电池工厂的智能自动化：大福和松下能源如何重塑干电池生产

当机器人制造出维持遥控器运转的电池时，制造业的未来就已经开始了。

干电池是现代消费社会中最不起眼却又无处不在的产品之一。每年，数十亿个这种小型储能装置被应用于遥控器、手电筒、玩具和医疗设备等各种产品中。然而，在这种看似平凡的量产产品背后，却蕴藏着一场产业变革，这场变革也体现了整个日本制造业格局的转变。松下能源将干电池生产线迁至位于大阪府海塚市的西木之滨新工厂，并委托物料流专家大福公司实施高度自动化的生产系统，这远非一个简单的运营搬迁项目。它代表着在人口结构变化、可持续发展需求以及全球智能工厂转型要求三者交汇处的一次战略调整。.

电池百年历史与森口告别

松下在干电池生产领域拥有极其悠久的历史。公司的能源业务始于1923年，当时松下电器家用器制造株式会社推出了一款球形电池供电的自行车灯及其配套的Excel干电池。1931年，松下开始自主生产干电池，并作为国际扩张的先驱，于1939年在上海建立了其在日本以外的第一家生产工厂。此后，公司在泰国、秘鲁、哥斯达黎加、巴西、比利时、印度、印度尼西亚和波兰等地相继建厂。截至2020年9月底，松下已成为首家全球累计出货量突破2000亿节干电池的日本企业。.

九十多年来，位于大阪府守口市的守口工厂一直是日本国内电池生产的核心。该工厂每月生产多达4800万节D型、C型、AA型和AAA型干电池。然而，厂房老化、现有工业园区的空间限制以及现代自动化生产日益增长的需求，使得根本性的调整势在必行。最终，工厂选址于海塚市的西木之滨工业园，在那里，一座原太阳能电池板工厂被彻底重建，并被设计成面向未来干电池业务的全球旗舰工厂。.

时机选择经过深思熟虑。2023年是松下能源业务成立100周年，而位于西木之滨的工厂于2023年11月全面投产，标志着这一里程碑式的产业成就。工厂管理层明确表示，他们的目标在于打造一套智能化的生产系统，使其成为全球干电池制造的标杆，并确保市场长期稳定的供应。.

为什么干电池尤其需要自动化？

乍看之下，干电池生产全面自动化的决定似乎令人惊讶。干电池是一种成熟且技术复杂的成熟产品。然而，正是这一点，使得自动化项目背后的经济逻辑显得尤为精辟。.

2024年全球干电池市场规模约为229.5亿美元，预计到2035年将达到321.8亿美元，年均增长率约为3.12%。在规模较小的碱性电池领域（也是西木之滨电池公司的主要生产领域），2024年市场规模为89亿美元，预计到2033年将达到143.1亿美元，年均增长率同样为5.5%。全球每年生产超过100亿节碱性电池，其中亚太地区占据市场主导地位，预计2025年市场份额将达到38.3%。.

这些数据表明，干电池市场远未萎缩，但却面临着激烈的价格和成本竞争。利润微薄，产量巨大，生产效率决定着经济效益。在这样的环境下，自动化并非奢侈品，而是企业生存的必需品。此外，物联网、智能家居设备、便携式医疗设备以及日益频繁的自然灾害对应急电源的持续需求，都在推动着市场对干电池的需求。.

日本的人口定时炸弹加速了工厂自动化进程

然而，松下能源公司做出自动化决策的真正驱动因素远不止成本优化那么简单。日本正面临前所未有的人口挑战，这给整个制造业带来了转型压力。招聘工作研究所预测，到2040年，日本将出现1100万劳动力缺口；到2042年，65岁以上人口将占总人口的近30%。目前，劳动年龄人口（15-64岁）占总人口的比例已降至59.7%。.

麦肯锡全球研究院估计，日本未来十年生产率增长需要提高2.5倍才能维持目前的GDP增速。疫情前，日本计划到2030年实现约27%的现有工作岗位自动化，这可能导致1660万人失业。即便如此，日本仍将面临150万的劳动力缺口。.

这一宏观经济现实与西木之滨项目直接相关。新工厂的建筑面积比原先的森口工厂大了20%，生产分布在三栋楼内，原材料、半成品和成品从A楼经B楼流向C楼。各工序之间的运输距离显著增加，如果继续使用手推车进行人工运输，则需要大幅增加人手。考虑到招聘额外工人的困难以及人工运输带来的安全和质量风险（例如电池箱倾倒），自动化成为维持工厂持续运营的必要前提。.

大福生态系统和智能工厂架构

全球领先的物料搬运系统和物流设备供应商大福（Daifuku）被选为自动化合作伙伴。大福已连续九年蝉联《现代物料搬运》（Modern Materials Handling）杂志评选的全球最大物料搬运系统供应商榜首。该公司成立于1937年，从一家日本机械制造商发展成为一家业务遍及50多个国家、为电子商务、半导体制造、汽车生产、食品行业和机场等行业提供解决方案的全球内部物流集团。.

最新的业绩数据凸显了公司的强劲发展势头。在2025财年上半年（2025年1月至6月），大福实现销售额3264亿日元，较上年同期增长7.9%。营业利润大幅增长34%至511亿日元，净利润增长26.6%至376亿日元。所有关键指标均创下半年历史新高。公司预计2025年全年订单量和销售额将分别达到7000亿日元和6500亿日元，营业利润将达到870亿日元。大福社长下代浩强调，本地化生产、本地化市场的战略有效降低了美国关税上调的影响。.

大福为西木之滨工厂开发了一种集成自动化解决方案，该方案结合了两项核心技术：Ramrun 单轨运输系统和 Mini Load 自动化存储和检索系统。.

Ramrun单轨列车与厂内运输的革新

Ramrun系统是Daifuku公司近九十年历史中最成功的产品线之一。该系统于1983年开发，旨在满足汽车制造业对更灵活运输系统日益增长的需求，并首先安装在丰田汽车公司的元町工厂。Ramrun是Random Access Monorail（随机存取单轨列车）的缩写，取自计算机术语“随机存取存储器”（Random Access Memory），体现了该系统的灵活性和自由存取特性。.

该系统允许配备独立电机和车轮的单个载具沿铝制轨道独立移动，速度可变，并能精确停在指定位置。最大运输速度为每分钟 120 米，并提供 20 种不同的速度设置，因此该系统可适用于机器人和人工生产线。大福公司已在全球范围内安装了 Ramrun 系统，总轨道长度超过 400 公里，主要应用于汽车行业，用于运输车身和重型零部件。.

在西木之滨工厂，Ramrun系统利用生产车间的天花板空间，将成品电池从B栋运送到C栋的自动化存储设施，然后再送至包装工序。空容器在返程途中自动回收。D型电池的最大运输重量约为80公斤，对于一个在汽车行业中能够运输数吨重车身部件的系统来说，这个重量完全可以胜任。一项关键创新是集成了条形码系统，该系统能够动态调整位置和速度指令，从而轻松适应未来生产计划的变更或Ramrun站点的扩建。.

Ramrun HID 型号于 1993 年推出，技术卓越，是世界上首款基于电磁感应的非接触式供电系统。这种高效感应式配电系统无需物理接触即可为运动部件供电，从而消除火花和磨损，并显著降低维护需求。这项非接触式技术不仅应用于汽车行业，还广泛应用于半导体、制药和食品行业。.

自动化小零件仓库是库存优化的核心

自动化解决方案的第二个支柱是大福的Mini Load AS/RS，这是一个配备堆垛机的自动化小型零件仓库。西木之滨工厂的系统方案是逐步形成的。松下能源最初咨询的是大福的SPDR（蜘蛛）临时存储和分拣系统。在之前的守口工厂，电池盒平放堆放，员工需要根据送货单手动查找正确的产品。.

然而，大福的项目团队意识到，真正的挑战需要从更广泛的角度来考虑。经过深入分析，团队推荐迷你装卸式自动存储/检索系统（Mini Load AS/RS）作为更合适的解决方案，因为它能够处理从D型到AAA型电池的不同尺寸包装盒，并将存储空间需求减少到平面存储所需空间的三分之一。迷你装卸式自动存储/检索系统采用铝制存储和检索装置，配备聚氨酯轮，移动快速安静，并且凭借其高精度定位功能，最大限度地提高了存储密度。.

新仓库解决方案的关键优势在于对库存策略的根本性重新设计。在原先的森口工厂，干电池通常以收缩包装的形式存放，每包数量不等。例如，如果两节装的电池用完，不能简单地重新包装成十节装，而必须重新生产新电池。新策略则将电池拆封存放，仅在需要时才进行拣选。这使得应对需求波动更加灵活，提高了生产计划的准确性，并降低了整体库存。此外，新的追踪系统还能快速定位特定产品，与在托盘上进行人工搜索相比，显著提高了运营效率。.

最新一代迷你负载自动化存储和检索系统 (AS/RS) 比上一代产品轻 15%，并配备了更小的电机，从而降低了能耗。对于一家致力于实现碳中和的工厂而言，能源效率至关重要。.

仓储自动化市场以及大福为何在正确的时间出现在正确的位置。

西木之滨工厂的自动化解决方案并非孤立项目，而是全球仓储和内部物流自动化这一巨大趋势的一部分。2024年，全球仓储自动化市场规模为221亿美元，预计到2030年将达到578亿美元，复合年增长率（CAGR）为17.4%。仅自动化存储和检索系统（AS/RS）细分市场，预计就将从2025年的约100亿美元增长到2030年的约150亿美元，复合年增长率为8.5%。.

日本智能工厂市场也体现了这种发展趋势。2025年，该市场规模为42亿美元，预计到2034年将达到92亿美元，年均增长率达9.03%。推动市场增长的因素众多：人工智能和机器人技术的日益融合、弥补劳动力短缺的需求、不断提高的产品质量要求，以及日本政府对产业数字化转型的政治承诺。.

作为物料搬运系统和输送技术领域的全球市场领导者，大福公司认为这一趋势蕴藏着巨大的增长机遇。物料搬运及物料搬运设备市场整体规模预计将从2025年的2525.3亿美元增长至2034年的4896.5亿美元。大福公司正通过多元化的产品组合进行战略布局，其产品不仅包括传统的自动化立体仓库（AS/RS）和输送技术，还包括基于穿梭车的微型配送系统、用于包裹分拣中心的高吞吐量分拣系统以及模块化自主移动机器人（AMR/AGV）系统。.

工厂搬迁历时三年的漫长历程

从守口工厂搬迁至锦之滨工厂是一项耗时约三年（2021年至2023年）的物流奇迹。其核心挑战在于如何在整个搬迁过程中维持电池生产。解决方案是分阶段实施：首先，守口工厂逐步提高D型和C型电池的产量，以储备充足的库存。然后，将生产设备拆卸并重新组装到锦之滨工厂，一楼生产D型和C型电池，二楼生产AA型和AAA型电池，两套设备基本相同。之后，AA型和AAA型电池的生产线也采用相同的流程进行搬迁。.

由于厂址的历史，带来了一些意想不到的挑战。西木之滨工厂在2003年之前是一家太阳能电池板工厂，尽管工厂设计基于原始蓝图，但仍发现了未记录的电气装置和管道。此外，屋顶略有倾斜，导致上层天花板高度不一。大福公司灵活应对了这些问题，例如，通过延长高架输送系统来弥补天花板高度的差异。.

这种务实的解决问题能力是日本工业文化的标志，也是项目成功的关键因素。尽管需要在短时间内采购额外材料并安排轨道延伸工程，但由于现场所有相关方的通力合作，安装工作最终顺利完成，没有出现重大问题。.

电池工厂的变更管理及自动化的局限性

自动化项目中一个常被低估的方面是变革管理。在西木之滨工厂，并非所有员工最初都对变革充满热情，因为他们已经习惯了传统的生产系统。他们的担忧各不相同：复杂的操作流程、对日常工作的影响，以及引入自动化仓库后库存总量可能会下降。.

项目团队采用系统化和数据驱动的方法。早在设计阶段，就将新工厂运输距离增加的信息可视化并传达给团队成员。通过联合参观设备制造商，员工们能够亲身体验自动化技术，并对最终建成的工厂有更清晰的了解。为了消除对库存水平降低的担忧，项目团队基于过去三年的生产数据进行了模拟，结果表明库存降低不会造成任何问题。.

项目经理铃木斗真于2016年加入松下能源，最初负责森口工厂生产设备的维护、设计和开发工作。他提出了一项基本指导原则：内部生产工程师的客户就是生产线上的员工。这种将松下集团内部同事视为外部客户并积极征求他们意见的做法，是变革过程得以顺利开展的关键。.

同样值得注意的是，他们有意识地选择不追求100%的自动化。西木之滨工厂的自动化水平约为80%，已达到较高水平。剩余的20%主要用于电极材料的供应以及需要人工干预的任务，例如机器的临时停机。为了能够妥善应对此类情况，首先必须确保安全的工作环境；而在出现问题时，维持生产则需要对设备有一定的了解。这种务实的认识——即最佳解决方案并非完全消除人工劳动，而是人机之间进行周密的任务划分——使日本的自动化理念区别于一些以“黑暗工厂”为最终目标的西方方法。.

建设零二氧化碳排放工厂是生态方面的必然选择

西木之滨工厂不仅是自动化技术的展示平台，更是可持续工业生产的旗舰项目。工厂屋顶全部覆盖太阳能电池板，为容量约2兆瓦的光伏系统供电。一种全新的安装方法无需对变电站进行大规模改造，从而显著降低了成本并缩短了工期。自2024财年起，该工厂已实现二氧化碳净零排放，与松下能源的可持续发展战略相契合。.

该公司对环境的承诺不仅限于单个生产基地。截至2024年9月，松下能源在日本的九个生产基地均已实现碳中和。2025年4月，该公司还与久电未来能源公司签署了一项长期地热购电协议，每年可获得约50吉瓦时的电力供应，并减少约2.2万吨二氧化碳排放。此举使日本可再生能源电力自给率从约15%提高到约30%，整体二氧化碳减排效果达到每年约5万吨，相当于约56平方公里森林的年二氧化碳吸收量。.

这些数据表明，自动化与脱碳并非矛盾，而是一种相辅相成的战略。例如，Mini Load AS/RS 等自动化系统，其最新一代产品重量减轻 15%，能耗更低，直接提升了能源效率。通过智能仓储减少库存总量，降低了空间需求，从而间接降低了照明、制冷和运输的能耗。.

自动化决策的经济剖析

从商业角度来看，西木之滨工厂自动化投资决策可以从几个价值创造维度来分析。首先也是最显而易见的杠杆是降低劳动力成本。在劳动力市场日益紧缺、生产工人招聘难度不断加大的情况下，无需再为内部运输额外招聘人员，这无疑是一项立竿见影的经济效益。在日本，一名生产工人的年成本在400万至600万日元之间，其中包括社保缴款和福利。工厂在其整个生命周期内节省数十个工作岗位，累计起来是一笔相当可观的数目。.

第二个杠杆是库存优化。从基于包装的存储转向无包装存储，可以显著提高订单处理的灵活性，并降低整体库存。在消费品行业，库存通常会占用15%到25%的营运资金，而每减少一次库存，就能释放出可用于其他方面的资金。.

第三个杠杆涉及质量和安全成本。人工用手推车搬运沉重的电池箱不仅效率低下，而且存在发生事故和产品损坏的风险。堆叠的电池箱可能倾倒，导致员工受伤和电池损坏。自动化运输可以很大程度上消除这些风险，从而降低与废料、返工和工时相关的成本。.

第四个杠杆是生产灵活性。条形码控制的Ramrun系统和Mi​​ni Load自动化存储和检索系统能够快速适应不断变化的生产计划和需求模式。在电池规格和封装尺寸需求波动较大的市场中，这种灵活性是一项至关重要的竞争优势。.

国际背景下的日本智能工厂战略

锦之滨工厂是日本制造业转型战略的一个缩影。日本拥有独特的起点：数十年来不断完善的精密制造文化，以及在主要工业化国家中最紧迫的人口挑战。.

智能工厂的概念源于德国的工业4.0倡议，在日本则通过独特的日本视角加以拓展。德国的模式高度依赖标准化和横向整合，而日本则强调工厂内部的纵向整合、人机交互界面的完善以及通过精益求精（Kaizen）原则实现的渐进式改进。西木之滨工厂正是这种理念的体现：它并没有追求完全自动化、无人值守的工厂模式，而是精心设计了80/20的人工/人工比例，在最能创造价值的地方充分发挥人类的灵活性和判断力。.

然而，研究表明，只有少数日本企业完全完成了向智能工厂的转型。挑战在于重新设计传统流程、确保管理层的承诺以及有效利用数字孪生等技术。2024年9月，京瓷投资约660亿日元在长崎建设一座最先进的半导体封装和精密陶瓷元件智能工厂。2024年10月，由佳能、理光和富士胶片赞助的日本地平线创新园展示了先进的自动化技术。.

受电动汽车和氢燃料电池汽车转型驱动，日本汽车行业的机器人安装量预计在2024年增长11%。汽车行业约占日本年度机器人安装总量的25%，仅次于电子行业。汽车行业历来是Daifuku输送技术的最大客户，其强劲的增长势头产生了乘数效应，带动了电池生产等相关行业的自动化发展。.

大福的全球扩张战略及物料搬运技术的未来

与松下能源的合作体现了大福公司将其广泛的技术组合应用于各个行业的能力。该公司奉行一贯的多元化战略，业务范围远远超出其传统的核心市场。.

在北美，大福集团正优先整合2012年收购的Wynright公司，旨在通过在美国中西部和东南部新建组装厂和服务中心，提供交钥匙式电子商务物流项目并缩短交付周期。在印度，预计到2027财年，扩大的销售工程团队以及与当地制造商的合作将使收入份额从个位数低位提升至个位数中位。在东盟地区，公司正在扩大产能，以充分利用跨国公司“中国+1”战略带来的业务转移机遇。.

新产品线包括用于微型订单履行和冷链存储的穿梭式自动化立体仓库系统、用于包裹配送中心的高吞吐量分拣系统，以及用于补充固定自动化系统的模块化自主移动机器人/自动导引车系统。与此同时，大福正在扩大其用于半导体制造和机场系统改造的洁净室运输系统规模，以满足芯片工厂和航空枢纽的全球投资周期需求。.

2025年7月，大福总厂（“母厂”）新厂房的落成，凸显了公司的发展雄心。在印度，公司新建了一座生产设施，占地133,020平方米，建筑面积33,987平方米，用于生产物料搬运系统，包括自动化立体仓库（AS/RS）、轨道式托盘分拣机、箱式分拣机和输送机，投资额约为40亿日元。.

码垛、装载和后续自动化步骤

尽管西木之滨工厂的自动化程度已达到80%，但其转型尚未完成。下一步的重点是收缩包装后的工序，特别是托盘堆垛和装载。目前，员工必须手动将15公斤以上的纸箱装载到托盘上，然后再用叉车将托盘运送到卡车上。这一过程每天需要重复1000多次，对员工造成了巨大的体力消耗，因此显然是下一阶段自动化改造的重点。.

剩余的20%非自动化流程主要涉及正负极材料的送料。虽然这部分流程仍有自动化的空间，但并非完全自动化，而是经过深思熟虑的策略。机器的临时停机需要人工干预，而维持生产在出现问题时则需要对设备有深入的了解，而这种了解只能通过定期的人工操作才能获得。这一理念与日本的“母厂”概念相契合，该概念在专业领域中扮演着核心角色：核心技术和质量标准在国内研发完善后，再进行标准化，以便进行大规模生产，必要时再外包。.

工厂作为公共空间以及自动化的社会维度

锦之滨工厂的一个独特之处在于它同时也是一个社交场所，这一点尤其值得关注。自1966年投产以来，该厂一直致力于工厂参观和电池组装工作坊，吸引了超过一百万名参与者。搬迁后，这些项目也进行了修订和扩展，旨在提供更加丰富的体验。.

在全球工业格局中，这种​​做法堪称独树一帜。许多制造商纷纷将生产设施用安全围栏和保密协议严加保护，而松下能源却敞开大门，将工厂作为公共关系和人才招聘的平台。在日本，制造业正面临日益严重的年轻人才短缺问题，因为年轻人更倾向于服务和技术领域的工作。因此，展示现代化、清洁且高度自动化的生产环境，无疑是吸引人才的一项战略优势。.

大阪电池厂给世界带来的启示

松下能源干电池生产的转型在多个层面都具有启发意义。在运营层面，该项目展示了如何将诸如架空输送系统和自动化小零件仓库等成熟技术应用于新的场景，从而显著提升效率。优先实现内部运输和仓储的自动化，而非实际生产流程的自动化，体现了对价值创造关键环节务实考量的理念。.

从战略层面来看，西木之滨工厂体现了日本传统制造商如何应对人口结构变化、可持续发展要求和全球竞争等多重挑战。投资自动化并非可有可无，而是关乎生存。随着劳动年龄人口持续减少，以及来自半导体和科技等高薪行业的劳动力竞争日益激烈，如果没有自动化系统，日本的生产将根本无法维持。.

从全球范围来看，该项目传递出一个明确的信息：即使在看似成熟、增长速度适中的行业，通过智能自动化也能显著提高生产率并优化价值创造。干电池本身并非高科技产品，但其生产过程却可能成为一场技术革命的舞台，为整个制造业树立新的标杆。预计到2030年，自主移动机器人（AMR）的年出货量将从2023年的约54.7万台增长到约279万台，收入也将从180亿美元增长到1240亿美元。在这个自动化加速发展的世界里，大阪电池工厂并非个例，而是未来的发展趋势。.

松下能源与大福公司的合作表明，制造业的未来并非孤立发展，而是专家之间的协作。松下能源贡献了其对生产流程的深刻理解，而大福则带来了数十年来在物料搬运技术领域的丰富经验。双方携手打造的工厂不仅生产电池，更展现了工业制造的未来发展方向：人与机器不再是竞争对手，而是互补的合作伙伴。.

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