阜寧協(xié)鑫集成科技有限公司 ■ 王磊 吳孫陽(yáng) 李宗佰 張品選 王春成 呂其丹

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，客戶對(duì)產(chǎn)品的數(shù)量、式樣和質(zhì)量的需求日益嚴(yán)格[1]。因此，除了具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品價(jià)格和質(zhì)量外，必須以有限的人力、資源，以更短的生產(chǎn)時(shí)間、準(zhǔn)時(shí)將少量的產(chǎn)品送到客戶手中。面對(duì)市場(chǎng)需求形態(tài)的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)形態(tài)的應(yīng)變能力明顯不足，以傳統(tǒng)制造業(yè)的生產(chǎn)形態(tài)應(yīng)對(duì)縮短生產(chǎn)周期、降低在制品數(shù)量和實(shí)現(xiàn)少量多樣的生產(chǎn)方式，往往造成成本增加和效益下降，在這種現(xiàn)狀下，新生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。流水化生產(chǎn)是新生產(chǎn)技術(shù)的根基，是實(shí)現(xiàn)新生產(chǎn)技術(shù)安定化生產(chǎn)(人、設(shè)備、物料、質(zhì)量和管理安定化)的前提。單件流生產(chǎn)是流水化生產(chǎn)的最終目標(biāo)。它是一種人員、過(guò)程和設(shè)備有機(jī)結(jié)合，每個(gè)生產(chǎn)單元以最小數(shù)量的單位生產(chǎn)和轉(zhuǎn)移，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)停滯的生產(chǎn)方式[2]，單件流程度是體現(xiàn)流水化生產(chǎn)程度的關(guān)鍵指標(biāo)。

單件流生產(chǎn)已經(jīng)在部分行業(yè)進(jìn)行了理論和實(shí)踐的探索：田合偉等[3]通過(guò)對(duì)服裝企業(yè)的硬件和軟件影響因子進(jìn)行分析，提出實(shí)現(xiàn)服裝企業(yè)單件流生產(chǎn)的條件；魏煒[4]在某公司采用單件流和標(biāo)準(zhǔn)在制品(SWIP)庫(kù)存控制方法，提出了在制品控制實(shí)施策略；林永濤[5]從定性和定量方法兩方面對(duì)生產(chǎn)線實(shí)施單件流生產(chǎn)進(jìn)行了指導(dǎo)和分析。從上述研究可以看出，單件流生產(chǎn)技術(shù)在制造業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)取得了較好的實(shí)施效果，但并未結(jié)合智能化與信息化對(duì)制造業(yè)實(shí)施單件流生產(chǎn)進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)于光伏組件行業(yè)實(shí)施單件流生產(chǎn)的文獻(xiàn)研究較少。

本文以阜寧協(xié)鑫集成科技有限公司(下文簡(jiǎn)稱“阜寧集成”)為研究背景，通過(guò)將智能化與信息化相結(jié)合，對(duì)阜寧集成的單件流生產(chǎn)進(jìn)行分析與評(píng)估，同時(shí)提出光伏組件實(shí)施單件流生產(chǎn)技術(shù)的必要性與可靠性。

1 智能制造及單件流生產(chǎn)技術(shù)概論

1.1 智能制造概論

智能制造是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，是緊密圍繞智能產(chǎn)品、智能生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)模式和基礎(chǔ)4個(gè)部分進(jìn)行推進(jìn)的，其中智能產(chǎn)品是主體，智能生產(chǎn)是主線，以客戶為中心的產(chǎn)業(yè)模式變革是主題，信息物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是基礎(chǔ)[6]。智能制造的實(shí)質(zhì)是建立在“智能化+網(wǎng)絡(luò)化”之上的產(chǎn)品數(shù)據(jù)化，通過(guò)生產(chǎn)層面的縱向集成和市場(chǎng)層面的橫向集成，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)低端產(chǎn)業(yè)化的全面轉(zhuǎn)型。工廠端實(shí)施智能制造的必要前提是精益生產(chǎn)方式的全面推行，通過(guò)全面灌輸精益生產(chǎn)方式，使智能制造管理模式能夠順利展開(kāi)。精益生產(chǎn)方式主要是通過(guò)自動(dòng)化和準(zhǔn)時(shí)化(JIT)2種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中，自動(dòng)化主要是指以自動(dòng)化設(shè)備替代人工作業(yè)，JIT是通過(guò)流動(dòng)生產(chǎn)和以信息流帶動(dòng)物流2種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前，信息流主要通過(guò)制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(WMS)等系統(tǒng)性物流管理軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，流水化生產(chǎn)的最高狀態(tài)就是實(shí)施單件流。

1.2 單件流生產(chǎn)技術(shù)概論

單件流生產(chǎn)技術(shù)(OPF)起源于精益生產(chǎn)方式，是指通過(guò)合理的制訂標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)流程并安排好每個(gè)工序的人員量和設(shè)備量，使每個(gè)工序耗時(shí)趨于一致，以達(dá)到縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少轉(zhuǎn)運(yùn)消耗的一種高效管理模式[7]。

OPF的生產(chǎn)特點(diǎn)為：1)所有加工作業(yè)都按照作業(yè)順序細(xì)化拆分；2)找到關(guān)鍵工序，通過(guò)調(diào)整人員、設(shè)備，按照關(guān)鍵工序的耗時(shí)整合次要工序，以便使所有工序趨于一致；3)所有員工均經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)(SOP)培訓(xùn)持證上崗；4)按照既定排好的工序來(lái)設(shè)計(jì)生產(chǎn)流水線；5)新產(chǎn)品導(dǎo)入經(jīng)過(guò)小試、中試、大試和批量性試投；6)生產(chǎn)周期經(jīng)過(guò)仔細(xì)衡量與確認(rèn)。

OPF的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)為：1)在單件流生產(chǎn)中，由于各分工工序的同步運(yùn)行，在保證生產(chǎn)效率顯著提高的前提下，可最大限度地減少人力資源的浪費(fèi)，縮短生產(chǎn)周期，提高線體平衡率；2)由于線體采用拉動(dòng)式生產(chǎn)方式，只有工序后段有需求時(shí)前段才開(kāi)始生產(chǎn)，確保了流水線線體上在制品(Work-in-Process，WIP)數(shù)量的絕對(duì)可控與最低化；3)單件流生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速出成品的制程，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需庫(kù)存多余的物料，節(jié)約了生產(chǎn)空間；4)單件流生產(chǎn)方式是在整個(gè)線體的單個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)1次只生產(chǎn)1個(gè)成品，所以能及時(shí)在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的異常，減少不良產(chǎn)品的產(chǎn)生；5)單件流生產(chǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了單元作業(yè)同步化，每一道作業(yè)工序即為1個(gè)作業(yè)單元，同步化的作業(yè)環(huán)境提升了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和高度配合能力，有效提升了生產(chǎn)效率。

2 阜寧集成實(shí)施單件流生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題

光伏組件在線作業(yè)的主要工序有玻璃上料、前膜 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer，乙烯-醋酸乙烯共聚物)自動(dòng)裁切及鋪設(shè)、串焊、排版、手動(dòng)排版、疊層焊接、背膜EVA及TPT(Tedlar+PET+Tedlar，聚氟乙烯復(fù)合膜)鋪設(shè)、層壓前人工外觀檢測(cè)、層壓前EL(Electroluminescent，電致發(fā)光)測(cè)試、層壓、層壓后自動(dòng)削邊、層壓后人工外觀檢測(cè)、邊框上料、邊框涂膠與自動(dòng)裝框、邊框打螺絲、離線貼嘜拉、接線盒自動(dòng)涂膠及安裝、匯流條引線焊接、接線盒自動(dòng)灌膠、恒溫恒濕固化、背面清洗及撕膜、正面清洗、絕緣耐壓測(cè)試、I-V測(cè)試、層壓后EL測(cè)試、分檔，以及工序前段的離線拆包和后段的包裝、入庫(kù)等工序。

2.1 光伏組件線體平衡率的解決

標(biāo)準(zhǔn)單件流生產(chǎn)方式要求各工序的生產(chǎn)節(jié)拍必須基本保持一致，否則節(jié)拍較長(zhǎng)的工序會(huì)有半成品積壓，導(dǎo)致WIP增多。當(dāng)不同工序存在明顯時(shí)間差異時(shí)，作業(yè)時(shí)間最長(zhǎng)的工序稱為“作業(yè)瓶頸”，其存在會(huì)嚴(yán)重影響單件流生產(chǎn)的實(shí)施，導(dǎo)致該生產(chǎn)方式無(wú)法進(jìn)行。批量生產(chǎn)過(guò)程中的工序不平衡是大量WIP存在的根源。通過(guò)工業(yè)工程(Industrial Engineering，IE)采用取消、合并、重排、簡(jiǎn)化 (Eliminate、Combine、Rearrange、Simplify，簡(jiǎn)稱為“ECRS”)等方式對(duì)作業(yè)工序進(jìn)行優(yōu)化重組，通過(guò)將相鄰工序的作業(yè)重新排列組合，達(dá)到降低瓶頸工序的時(shí)間、提升產(chǎn)線效率的目的。

以阜寧集成的光伏組件在線作業(yè)為例，使用ECRS工具進(jìn)行作業(yè)優(yōu)化。層壓后人工外觀檢測(cè)與恒溫恒濕固化這2道工序中間的工序主要為邊框上料、邊框涂膠與自動(dòng)裝框、邊框打螺絲、離線貼嘜拉、接線盒自動(dòng)涂膠及安裝、匯流條引線焊接、接線盒自動(dòng)灌膠等，改善前各工序的節(jié)拍如表1所示。

通過(guò)分析工序的節(jié)拍可以發(fā)現(xiàn)，接線盒自動(dòng)涂膠及安裝、匯流條引線焊接的作業(yè)時(shí)間最長(zhǎng)，因此對(duì)其進(jìn)行作業(yè)分析并優(yōu)化。

表1 層壓后人工外觀檢測(cè)至恒溫恒濕固化之間的各工序作業(yè)內(nèi)容及節(jié)拍

1)首先，對(duì)接線盒自動(dòng)涂膠及安裝、匯流條引線焊接的作業(yè)內(nèi)容進(jìn)行步驟劃分，其可分為6個(gè)步驟。其中，匯流條引線焊接的作業(yè)時(shí)間為27.38 s，時(shí)間最長(zhǎng)。對(duì)匯流條引線焊接進(jìn)行雙手作業(yè)分析，左手作業(yè)時(shí)間為5.01 s，等待時(shí)間為22.37 s，左手作業(yè)效率為18.30%；右手作業(yè)時(shí)間為23.53 s，等待時(shí)間為3.85 s，右手作業(yè)效率為85.47%；雙手同時(shí)作業(yè)效率為4.27%?？梢钥闯?，左、右手作業(yè)效率嚴(yán)重失衡，雙手同時(shí)作業(yè)效率低。因此，使用雙手聯(lián)合作業(yè)分析法，通過(guò)對(duì)左、右手的作業(yè)內(nèi)容及同時(shí)作業(yè)效率進(jìn)行改善，將匯流條引線焊接的作業(yè)時(shí)間優(yōu)化為17.50 s。其中，左手作業(yè)時(shí)間為14.88 s，等待時(shí)間為2.62 s，左手作業(yè)效率為85.03%；右手作業(yè)時(shí)間為11.65 s，等待時(shí)間為5.85 s，右手作業(yè)效率為66.57%；雙手同時(shí)作業(yè)效率為51.60%。整個(gè)作業(yè)效率提升了36.08%。

2)其次，對(duì)邊框打螺絲、離線貼嘜拉、接線盒自動(dòng)涂膠及安裝與匯流條引線焊接等作業(yè)進(jìn)行工序重組排列。打螺絲人員協(xié)助完成匯流條引線曲翹度作業(yè)。貼嘜拉人員協(xié)助完成接線盒自動(dòng)涂膠作業(yè)。接線盒自動(dòng)涂膠及安裝與匯流條引線焊接作業(yè)的節(jié)拍優(yōu)化至33.56 s/件，邊框打螺絲作業(yè)的節(jié)拍為33.01 s/件，離線貼嘜拉作業(yè)的節(jié)拍為24.42 s/件。

3)最后，優(yōu)化接線盒自動(dòng)涂膠機(jī)的位置和電烙鐵的位置，減少作業(yè)人員的行走時(shí)間及拿取電烙鐵的時(shí)間；對(duì)大桶膠實(shí)施“桶膠一拖二”項(xiàng)目(即桶膠出膠處引出1根出膠管，直通接線盒自動(dòng)涂膠連接口)，實(shí)現(xiàn)邊框膠及接線盒涂膠共用桶膠，避免更換接線盒涂膠使用的支膠所造成的停線風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 光伏組件快速換模的推行

阜寧集成的光伏組件生產(chǎn)版型包含60片(簡(jiǎn)寫為“60P”)和72片(簡(jiǎn)寫為“72P”)，類型有常規(guī)、雙玻及貼膜組件。其中，貼膜組件只需要串焊機(jī)啟動(dòng)貼膜設(shè)備，無(wú)需其他設(shè)備切換。因此，阜寧集成在模型切換過(guò)程中主要有6種切換情況：

1) 60P常規(guī)組件與72P常規(guī)組件相互切換；2) 60P常規(guī)組件與60P雙玻組件相互切換；3)60P常規(guī)組件與72P雙玻組件相互切換；4) 72P常規(guī)組件與60P雙玻組件相互切換；5) 72P常規(guī)組件與72P雙玻組件相互切換；6) 60P雙玻組件與72P雙玻組件相互切換。

從阜寧集成歷月的訂單及排產(chǎn)情況來(lái)看，基于每月每車間50 MW的排產(chǎn)情況，基本版型至少有3種，車間進(jìn)行版型切換的頻次保持在5次以上。按照2017年評(píng)估的版型平均切換時(shí)間為4.5 h，穩(wěn)定時(shí)間需要12 h計(jì)算，單一線體進(jìn)行版型切換的產(chǎn)能損失為595件/次。因此，需要導(dǎo)入快速換模(Single Minute Exchange of Die，SMED)方式。

SMED實(shí)施的關(guān)鍵為：1)確定換型的流程及SOP，對(duì)換型準(zhǔn)備、換型、換型調(diào)整、再調(diào)整等作業(yè)進(jìn)行內(nèi)、外部區(qū)分，對(duì)需要提前準(zhǔn)備的換型設(shè)備、人員、物料等，提前4 h進(jìn)行確認(rèn)。2)一鍵切換功能的設(shè)置及實(shí)現(xiàn)。對(duì)整個(gè)流水線的可編程控制器(Programmable Logic Controller，PLC)制定一鍵切換功能，并保存原有類型的參數(shù)設(shè)置，便于換型過(guò)程中的數(shù)據(jù)切換。3)對(duì)在串焊機(jī)切刀、模塊及裝框機(jī)組塊等配件實(shí)施模塊化換型方案，預(yù)先采購(gòu)一套備用的換型模具，到換型時(shí)一次性更換，離線進(jìn)行模型重組作業(yè)。

通過(guò)實(shí)施整個(gè)組合式換型過(guò)程，2018年多次換型過(guò)程中的平均換型時(shí)間為2.28 h，設(shè)備穩(wěn)定時(shí)間約為6 h，提升了整體換型效率，產(chǎn)能損失減少50%。

2.3 光伏組件自動(dòng)化的實(shí)施

阜寧集成的疊層工序的作業(yè)人員為8人，為整線流水化生產(chǎn)作業(yè)人員最為集中的一段，一直以來(lái)都是實(shí)施單件流生產(chǎn)的困難點(diǎn)。由于人員作業(yè)波動(dòng)大，因此在此段作業(yè)前后均有堆棧緩沖，以減少產(chǎn)能損失。通過(guò)自動(dòng)疊焊機(jī)和自動(dòng)EVA/TPT項(xiàng)目的導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)了疊層焊接及隔離條裁切焊接作業(yè)的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)了疊層工序的單件流作業(yè)；同時(shí)，EVA/TPT在線自動(dòng)裁切與自動(dòng)鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)了單塊組件使用唯一的EVA和TPT，避免了離線裁切導(dǎo)致物料無(wú)法一一對(duì)應(yīng)?？紤]到目前疊層作業(yè)前段人員進(jìn)行模板及高溫膠帶手動(dòng)擺放時(shí)存在穩(wěn)定性不足的情況，正在考慮將機(jī)械排版機(jī)換成光感定位排版機(jī)，后者的精度高，無(wú)需手工二次排版；同時(shí)使用自動(dòng)粘貼高溫膠帶設(shè)備，將手工作業(yè)改為設(shè)備自動(dòng)作業(yè)。目前協(xié)鑫(集團(tuán))控股有限公司與阿里云協(xié)同建設(shè)了大數(shù)據(jù)庫(kù)管理，將“層壓前EL測(cè)試”和“層壓后EL測(cè)試”這2道工序連接大數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，對(duì)測(cè)試產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)大數(shù)據(jù)庫(kù)中大量的產(chǎn)品信息來(lái)確認(rèn)當(dāng)前產(chǎn)品的狀態(tài)，以減少不良品流向下一道工序的機(jī)率。

2.4 全員參與

全員參與生產(chǎn)管理的前提是多能工(指滿足3個(gè)工序作業(yè)能力的復(fù)合型員工)的培養(yǎng)與實(shí)踐，在同一作業(yè)工序形成良性學(xué)習(xí)的工作氛圍，使所有崗位的生產(chǎn)員工都能夠掌握2種及2種以上的崗位技術(shù)，在人員流動(dòng)及崗位人員缺失的情況下能夠快速形成梯隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力，避免人員流動(dòng)造成崗位生產(chǎn)節(jié)拍的頻繁波動(dòng)。同時(shí)在生產(chǎn)規(guī)程中，多能工能夠協(xié)助解決工序生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備異常、品質(zhì)異常等，并在此過(guò)程中提升員工技能、提高效率及改善產(chǎn)品良率。另外，全員參與生產(chǎn)管理可形成局部團(tuán)隊(duì)，大幅提高了人員的機(jī)動(dòng)性及異常處理的及時(shí)性。

3 阜寧集成實(shí)施單件流生產(chǎn)的效果

采用上述單件流生產(chǎn)工序?qū)Ω穼幖傻纳a(chǎn)流程進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化完成后，生產(chǎn)能力、生產(chǎn)直通率、人均效率(UPPH)、直接人力、庫(kù)存天數(shù)等均出現(xiàn)了不同程度地變化，如表2所示。

表2 阜寧集成單件流生產(chǎn)的實(shí)施效果對(duì)比

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，單件流生產(chǎn)的實(shí)施對(duì)OEE、UPPH和生產(chǎn)直通率等有顯著提升作用，能夠降低生產(chǎn)加工費(fèi)、PPM、WIP及庫(kù)存天數(shù)。

4 總結(jié)

本文對(duì)單件流生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了分析，并對(duì)光伏組件實(shí)現(xiàn)單件流生產(chǎn)的可行性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，單件流生產(chǎn)技術(shù)是提升精益生產(chǎn)的有效途徑，能夠快速響應(yīng)生產(chǎn)需求。尤其是目前我國(guó)制造類企業(yè)正在大力推行智能制造及精益生產(chǎn)的形勢(shì)下，優(yōu)先提升單件流生產(chǎn)技術(shù)是提升生產(chǎn)效率和改進(jìn)產(chǎn)品品質(zhì)的有效措施，可為后續(xù)實(shí)施智能制造提供助力。