全自動制絨導(dǎo)片機(jī)產(chǎn)能提升分析

杜虎明

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

全自動制絨導(dǎo)片機(jī)產(chǎn)能提升分析

杜虎明

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

通過對現(xiàn)有制絨導(dǎo)片機(jī)結(jié)構(gòu)模塊逐一分析，對模塊中現(xiàn)有籃具上下料方式進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)片機(jī)產(chǎn)能大幅提升。通過實(shí)際操作和大量現(xiàn)場應(yīng)用，改進(jìn)后的制絨導(dǎo)片機(jī)產(chǎn)能大幅提升13%，在一定程度上降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，滿足生產(chǎn)使用要求。

制絨導(dǎo)片機(jī)；產(chǎn)能提升；結(jié)構(gòu)改進(jìn)

智能化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)的發(fā)展方向，光伏電池車間無人工廠已經(jīng)是光伏各大龍頭企業(yè)的規(guī)劃。全自動制絨導(dǎo)片機(jī)作為光伏電池車間的第一道工藝自動化設(shè)備，在生產(chǎn)線上已經(jīng)不可或缺,從一定程度上導(dǎo)片機(jī)的產(chǎn)能指標(biāo)能反應(yīng)出該電池車間的自動化水平。制絨導(dǎo)片機(jī)的產(chǎn)能要求逐漸成為電池車間考核產(chǎn)能的主要指標(biāo)。

如何在現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行模式上提升產(chǎn)能成為很多設(shè)備制造廠商思考的問題，光伏太陽能經(jīng)過不斷的發(fā)展，導(dǎo)片機(jī)的產(chǎn)能從原有的2 500片/h，逐漸增加到4 600片/h，與此同時設(shè)備的成本要求逐漸降低。

本文通過對制絨導(dǎo)片機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝逐一分析，對籃具上下料結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，達(dá)到了即降低設(shè)備成本又提升產(chǎn)能的目的。

1 制絨導(dǎo)片機(jī)功能

制絨導(dǎo)片機(jī)主要實(shí)現(xiàn)將硅片從疊片狀態(tài)逐片分離，通過吸盤逐片吸取到傳送帶上，最后自動裝入到100片專用籃具中，以供制絨設(shè)備及后道工序使用，作為電池車間第一道工藝自動化設(shè)備，該自動化設(shè)備可避免人工接觸硅片造成的污染,極大地降低了人為操作引起的碎片，降低人工成本，有效提高電池良品率，已經(jīng)成為光伏電池生產(chǎn)廠家不可或缺的工藝設(shè)備。

2 現(xiàn)狀問題描述

現(xiàn)有制絨導(dǎo)片機(jī)為兩個工位，通過4個吸盤兩兩一組分別吸取疊片籃具中的硅片，然后經(jīng)傳送帶到導(dǎo)入100片籃具中，籃具更換方式為左右切換，單臺設(shè)備產(chǎn)能為3 600片/h。操作人員需要放置疊片籃具、不斷更換100片籃具，更換時間為2 min一次。按現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)各零部件性能調(diào)節(jié)到最大運(yùn)行狀態(tài)，產(chǎn)能也無法有效提升，而且短時間不斷重復(fù)的更換籃具對操作人員是一個很大的考驗(yàn)，這樣的運(yùn)行方式完全無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動化，更無法達(dá)到廠家要求的產(chǎn)能，成為整個電池車間產(chǎn)能提升的瓶頸。

3 制絨導(dǎo)片機(jī)各結(jié)構(gòu)模塊產(chǎn)能分析

制絨導(dǎo)片機(jī)主要由4個結(jié)構(gòu)模塊組成：疊片升降系統(tǒng)、硅片吸取系統(tǒng)、硅片傳輸系統(tǒng)和籃具切換系統(tǒng)。圖1制絨導(dǎo)片機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 制絨導(dǎo)片機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

設(shè)備動作流程可分為4個相互關(guān)聯(lián)的循環(huán)流程。按照目前客戶的產(chǎn)能需求，雙工位設(shè)備完全能滿足要求，為了進(jìn)一步提高設(shè)備效率，增加產(chǎn)能，滿足將來客戶更高的要求，對上述4個流程逐一進(jìn)行分析，在設(shè)備成本保持不變的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高設(shè)備產(chǎn)能，降低操作人員的勞動強(qiáng)度。

3.1 疊片升降系統(tǒng)

升降機(jī)構(gòu)采用伺服電機(jī)精確控制升降運(yùn)動，該系統(tǒng)能兼容156.75 mm×156.75 mm、160 mm× 160 mm兩種規(guī)格的硅片，4個工位分別放置350～400片硅片于專用疊片籃具。一次放置約1 400～1 600片，可供14～16個籃具使用，更換時間約為25 min/次。從時間和勞動強(qiáng)度上分析，若在該流程進(jìn)行產(chǎn)能提升需要增大伺服電機(jī)的功率和線性模組的長度，從而增加疊片放置的數(shù)量，但這樣會大幅增加成本，因此權(quán)衡成本與產(chǎn)能在該系統(tǒng)改進(jìn)的意義不大。如圖2所示。

3.2 硅片吸取系統(tǒng)

硅片吸取系統(tǒng)將分離開的硅片分組吸取，采用伯努利吸盤，對硅片無損傷和無污染，能有效降低碎片。該機(jī)構(gòu)先左右運(yùn)動吸取硅片，然后上下運(yùn)動放置硅片于傳輸系統(tǒng)上。該系統(tǒng)往返重復(fù)循環(huán)達(dá)到吸放硅片的目的。通過理論計算與現(xiàn)場調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)從吸取硅片到放置硅片的時間在0.4 s左右，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

該機(jī)構(gòu)可以滿足理論產(chǎn)能。從穩(wěn)定性和碎片率權(quán)衡滿足效率要求,若要提升效率需增加吸盤數(shù)量，這樣會增加成本。

圖2 疊片升降系統(tǒng)示意圖

圖3 硅片吸取系統(tǒng)示意圖

3.3 硅片傳輸機(jī)構(gòu)產(chǎn)能分析

硅片傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)皮帶傳輸硅片進(jìn)入100片籃具，傳送過程有雙片檢測機(jī)構(gòu)保證裝入籃具的硅片為單片。雙片檢測時間設(shè)定為0.2 s/片，由于為雙裝片工位，單側(cè)產(chǎn)能0.8 s/片可以對應(yīng)整機(jī)0.6 s/片的裝片效率。電機(jī)速度設(shè)定為0.3 m/s,硅片裝籃距離為0.2 m，裝籃時間為0.6 s，等待硅片時間為0.8 s。通過上述分析傳送帶傳送速度能滿足裝片要求。各系統(tǒng)反應(yīng)時間對比如圖4所示。

圖4 反應(yīng)時間對比圖

3.4 籃具切換系統(tǒng)產(chǎn)能分析

當(dāng)100片籃具裝滿后，自動切換至另一空籃具工位進(jìn)入循環(huán)?；@具切換機(jī)構(gòu)為整個設(shè)備效率提升的瓶頸，從成本核算考慮改變機(jī)構(gòu)可有效提高產(chǎn)能，大幅降低操作人員勞動強(qiáng)度，增加設(shè)備穩(wěn)定性。

原籃具切換機(jī)構(gòu)由氣缸帶動兩套升降伺服左右切換，切換速度為2 s，按3 000片的產(chǎn)能要求，操作人員在2 min之內(nèi)需要取走裝滿硅片的籃具，實(shí)際操作中該工序的勞動強(qiáng)度很高。隨著操作時間增加，更換籃具的時間會明顯增加，進(jìn)而影響設(shè)備的產(chǎn)能?，F(xiàn)場實(shí)際操作中暴露出該問題。其結(jié)構(gòu)見圖5所示。

圖5 籃具左右切換機(jī)構(gòu)示意圖

4 改進(jìn)方法和措施

經(jīng)過理論計算、現(xiàn)場調(diào)試、總結(jié)對比，參考眾多現(xiàn)有傳輸設(shè)備，分析計算設(shè)備產(chǎn)能要求，將上述機(jī)構(gòu)更改設(shè)計為如下結(jié)構(gòu)：升降伺服由原來的兩套變?yōu)橐惶?，線性模組更改為線性滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，將原來的左右籃具切換更改為籃具上下切換，增加上籃與下籃傳輸機(jī)構(gòu)。結(jié)余原有切換氣缸與多余的一套升降伺服和線性模組成本，從更換籃具結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了左右到上下的轉(zhuǎn)變。設(shè)備在不增加成本的前提下實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)能提升，達(dá)到了降低勞動強(qiáng)度的目標(biāo)。其結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 籃具上下切換機(jī)構(gòu)示意圖

綜上所述，通過對全自動制絨導(dǎo)片機(jī)4個循環(huán)流程的分析得到，在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上不大幅增加成本，需改變籃具切換機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)性可將導(dǎo)片機(jī)產(chǎn)能由3 600片/h提升到4 600片/h，達(dá)到了客戶要求的產(chǎn)能。人工更換籃具時間也由原來的2 min增加到8 min，很大程度上減低操作人員的勞動強(qiáng)度。有效地解決了降低成本、產(chǎn)能提升這一矛盾。

5 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后效果

通過已交付客戶的設(shè)備，和大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，也證實(shí)了該方法顯著提升了制絨導(dǎo)片機(jī)產(chǎn)能，得到客戶的認(rèn)可，改進(jìn)前后對比見表1。

表1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后各指標(biāo)參數(shù)對比

目前我所研制的制絨導(dǎo)片機(jī)已在多個知名光伏生產(chǎn)企業(yè)批量應(yīng)用，性能穩(wěn)定可靠，良品率大于99.6%，是性價比較好的國產(chǎn)電子專用設(shè)備。改進(jìn)后的上下料方式對設(shè)備的產(chǎn)能和效率起到重要作用。

6 結(jié)束語

目前中國的光伏行業(yè)擁有完整的全球第一的制造產(chǎn)業(yè)，以及全球最大的應(yīng)用市場，面臨著獨(dú)一無二的發(fā)展機(jī)遇。工信部已經(jīng)在推進(jìn)“中國制造2025”，而且在組織開展智能制造，已經(jīng)把一部分光伏制造企業(yè)作為智能制造的示范項目范圍。如何在眾多企業(yè)中脫穎而出是擺在每一個光伏企業(yè)的大課題，而自動化設(shè)備的產(chǎn)能不斷提升會是這一課題的關(guān)鍵指標(biāo)，本文通過對原有設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)從而提升了產(chǎn)能，而后期的產(chǎn)能要求會越來越高、成本控制會越來越嚴(yán)格，只有不斷的技術(shù)創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)改進(jìn)才能滿足這一大市場不斷的需求。

[1] 鄒慧君.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計原理[M].北京：科學(xué)出版社，2003.5-7.

[2] 趙丁選.光機(jī)電一體化設(shè)計使用手冊（上、下冊）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3] 趙彤.現(xiàn)代實(shí)用氣動技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.232-244.

The Analysis Promote Capacity of Fully Automated Wafer Plush Guide Machine

DU Huming
(The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China)

In this paper,by analyzing the existing structure of the plush guide machine,The improved design of the existing basket in the module is put forward,Achieved a substantial increase in the capacity of the plush guide.Through practical operation and a large number of field applications,After the improvement of the wafer plush guide machine production capacity increased by 13%,To a certain extent,reduce the labor intensity of operators,Meet production requirements,Customer acceptance.

wafer plush guide machine;promote capacity;Structure improvement;

TN605

B

1004-4507(2017)02-0043-04

杜虎明（1982-），男，山西嵐縣人，畢業(yè)于中北大學(xué)，工程師，主要從事光伏太陽能電子專用設(shè)備研發(fā)工作。

2016-12-22；

2017-03-07