杜虎明

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

全自動(dòng)制絨導(dǎo)片機(jī)產(chǎn)能提升分析

杜虎明

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原 030024)

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有制絨導(dǎo)片機(jī)結(jié)構(gòu)模塊逐一分析，對(duì)模塊中現(xiàn)有籃具上下料方式進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)片機(jī)產(chǎn)能大幅提升。通過(guò)實(shí)際操作和大量現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(chē)間無(wú)人工廠已經(jīng)是光伏各大龍頭企業(yè)的規(guī)劃。全自動(dòng)制絨導(dǎo)片機(jī)作為光伏電池車(chē)間的第一道工藝自動(dòng)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(chē)間的自動(dòng)化水平。制絨導(dǎo)片機(jī)的產(chǎn)能要求逐漸成為電池車(chē)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(wèn)題，光伏太陽(yáng)能經(jīng)過(guò)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(shí)設(shè)備的成本要求逐漸降低。

本文通過(guò)對(duì)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(duì)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(guò)吸盤(pán)逐片吸取到傳送帶上，最后自動(dòng)裝入到100片專(zhuān)用籃具中，以供制絨設(shè)備及后道工序使用，作為電池車(chē)間第一道工藝自動(dòng)化設(shè)備，該自動(dòng)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(wèn)題描述

現(xiàn)有制絨導(dǎo)片機(jī)為兩個(gè)工位，通過(guò)4個(gè)吸盤(pán)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(tái)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(shí)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(wú)法有效提升，而且短時(shí)間不斷重復(fù)的更換籃具對(duì)操作人員是一個(gè)很大的考驗(yàn)，這樣的運(yùn)行方式完全無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化，更無(wú)法達(dá)到廠家要求的產(chǎn)能，成為整個(gè)電池車(chē)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(gè)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(dòng)作流程可分為4個(gè)相互關(guān)聯(lián)的循環(huán)流程。按照目前客戶(hù)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(lái)客戶(hù)更高的要求，對(duì)上述4個(gè)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(dòng)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(dòng)，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(gè)工位分別放置350～400片硅片于專(zhuān)用疊片籃具。一次放置約1 400～1 600片，可供14～16個(gè)籃具使用，更換時(shí)間約為25 min/次。從時(shí)間和勞動(dòng)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(zhǎng)度，從而增加疊片放置的數(shù)量，但這樣會(huì)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(kāi)的硅片分組吸取，采用伯努利吸盤(pán)，對(duì)硅片無(wú)損傷和無(wú)污染，能有效降低碎片。該機(jī)構(gòu)先左右運(yùn)動(dòng)吸取硅片，然后上下運(yùn)動(dòng)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(guò)理論計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)從吸取硅片到放置硅片的時(shí)間在0.4 s左右，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(pán)數(shù)量，這樣會(huì)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(guò)程有雙片檢測(cè)機(jī)構(gòu)保證裝入籃具的硅片為單片。雙片檢測(cè)時(shí)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(duì)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(shí)間為0.6 s，等待硅片時(shí)間為0.8 s。通過(guò)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(shí)間對(duì)比如圖4所示。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)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(dòng)切換至另一空籃具工位進(jìn)入循環(huán)。籃具切換機(jī)構(gòu)為整個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)度很高。隨著操作時(shí)間增加，更換籃具的時(shí)間會(huì)明顯增加，進(jìn)而影響設(shè)備的產(chǎn)能?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作中暴露出該問(wèn)題。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(guò)理論計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、總結(jié)對(duì)比，參考眾多現(xiàn)有傳輸設(shè)備，分析計(jì)算設(shè)備產(chǎn)能要求，將上述機(jī)構(gòu)更改設(shè)計(jì)為如下結(jié)構(gòu)：升降伺服由原來(lái)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(lái)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(dòng)強(qiáng)度的目標(biāo)。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 籃具上下切換機(jī)構(gòu)示意圖

綜上所述，通過(guò)對(duì)全自動(dòng)制絨導(dǎo)片機(jī)4個(gè)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(hù)要求的產(chǎn)能。人工更換籃具時(shí)間也由原來(lái)的2 min增加到8 min，很大程度上減低操作人員的勞動(dòng)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(guò)已交付客戶(hù)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(hù)的認(rèn)可，改進(jìn)前后對(duì)比見(jiàn)表1。

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

目前我所研制的制絨導(dǎo)片機(jī)已在多個(gè)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?xún)r(jià)比較好的國(guó)產(chǎn)電子專(zhuān)用設(shè)備。改進(jìn)后的上下料方式對(duì)設(shè)備的產(chǎn)能和效率起到重要作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

目前中國(guó)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(chǎng)，面臨著獨(dú)一無(wú)二的發(fā)展機(jī)遇。工信部已經(jīng)在推進(jìn)“中國(guó)制造2025”，而且在組織開(kāi)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(xiàng)目范圍。如何在眾多企業(yè)中脫穎而出是擺在每一個(gè)光伏企業(yè)的大課題，而自動(dòng)化設(shè)備的產(chǎn)能不斷提升會(huì)是這一課題的關(guān)鍵指標(biāo)，本文通過(guò)對(duì)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(huì)越來(lái)越高、成本控制會(huì)越來(lái)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(chǎng)不斷的需求。

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

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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(yáng)能電子專(zhuān)用設(shè)備研發(fā)工作。

2016-12-22；

2017-03-07