全自動制絨導片機產能提升分析

杜虎明

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024)

全自動制絨導片機產能提升分析

杜虎明

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西太原 030024)

通過對現有制絨導片機結構模塊逐一分析，對模塊中現有籃具上下料方式進行了改進設計，實現了導片機產能大幅提升。通過實際操作和大量現場應用，改進后的制絨導片機產能大幅提升13%，在一定程度上降低了操作人員的勞動強度，滿足生產使用要求。

制絨導片機；產能提升；結構改進

智能化已經成為現代企業的發展方向，光伏電池車間無人工廠已經是光伏各大龍頭企業的規劃。全自動制絨導片機作為光伏電池車間的第一道工藝自動化設備，在生產線上已經不可或缺,從一定程度上導片機的產能指標能反應出該電池車間的自動化水平。制絨導片機的產能要求逐漸成為電池車間考核產能的主要指標。

如何在現有設備運行模式上提升產能成為很多設備制造廠商思考的問題，光伏太陽能經過不斷的發展，導片機的產能從原有的2 500片/h，逐漸增加到4 600片/h，與此同時設備的成本要求逐漸降低。

本文通過對制絨導片機現有結構和生產工藝逐一分析，對籃具上下料結構進行改進，達到了即降低設備成本又提升產能的目的。

1 制絨導片機功能

制絨導片機主要實現將硅片從疊片狀態逐片分離，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，以供制絨設備及后道工序使用，作為電池車間第一道工藝自動化設備，該自動化設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，已經成為光伏電池生產廠家不可或缺的工藝設備。

2 現狀問題描述

現有制絨導片機為兩個工位，通過4個吸盤兩兩一組分別吸取疊片籃具中的硅片，然后經傳送帶到導入100片籃具中，籃具更換方式為左右切換，單臺設備產能為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。按現有設備結構各零部件性能調節到最大運行狀態，產能也無法有效提升，而且短時間不斷重復的更換籃具對操作人員是一個很大的考驗，這樣的運行方式完全無法實現設備的自動化，更無法達到廠家要求的產能，成為整個電池車間產能提升的瓶頸。

3 制絨導片機各結構模塊產能分析

制絨導片機主要由4個結構模塊組成：疊片升降系統、硅片吸取系統、硅片傳輸系統和籃具切換系統。圖1制絨導片機結構示意圖。

圖1 制絨導片機結構示意圖

設備動作流程可分為4個相互關聯的循環流程。按照目前客戶的產能需求，雙工位設備完全能滿足要求，為了進一步提高設備效率，增加產能，滿足將來客戶更高的要求，對上述4個流程逐一進行分析，在設備成本保持不變的基礎上，進一步提高設備產能，降低操作人員的勞動強度。

3.1 疊片升降系統

升降機構采用伺服電機精確控制升降運動，該系統能兼容156.75 mm×156.75 mm、160 mm× 160 mm兩種規格的硅片，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。從時間和勞動強度上分析，若在該流程進行產能提升需要增大伺服電機的功率和線性模組的長度，從而增加疊片放置的數量，但這樣會大幅增加成本，因此權衡成本與產能在該系統改進的意義不大。如圖2所示。

3.2 硅片吸取系統

硅片吸取系統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。該機構先左右運動吸取硅片，然后上下運動放置硅片于傳輸系統上。該系統往返重復循環達到吸放硅片的目的。通過理論計算與現場調試可以實現從吸取硅片到放置硅片的時間在0.4 s左右，其系統結構見圖3。

該機構可以滿足理論產能。從穩定性和碎片率權衡滿足效率要求,若要提升效率需增加吸盤數量，這樣會增加成本。

圖2 疊片升降系統示意圖

圖3 硅片吸取系統示意圖

3.3 硅片傳輸機構產能分析

硅片傳輸系統實現皮帶傳輸硅片進入100片籃具，傳送過程有雙片檢測機構保證裝入籃具的硅片為單片。雙片檢測時間設定為0.2 s/片，由于為雙裝片工位，單側產能0.8 s/片可以對應整機0.6 s/片的裝片效率。電機速度設定為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。各系統反應時間對比如圖4所示。

圖4 反應時間對比圖

3.4 籃具切換系統產能分析

當100片籃具裝滿后，自動切換至另一空籃具工位進入循環。籃具切換機構為整個設備效率提升的瓶頸，從成本核算考慮改變機構可有效提高產能，大幅降低操作人員勞動強度，增加設備穩定性。

原籃具切換機構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片的產能要求，操作人員在2 min之內需要取走裝滿硅片的籃具，實際操作中該工序的勞動強度很高。隨著操作時間增加，更換籃具的時間會明顯增加，進而影響設備的產能。現場實際操作中暴露出該問題。其結構見圖5所示。

圖5 籃具左右切換機構示意圖

4 改進方法和措施

經過理論計算、現場調試、總結對比，參考眾多現有傳輸設備，分析計算設備產能要求，將上述機構更改設計為如下結構：升降伺服由原來的兩套變為一套，線性模組更改為線性滾珠絲杠結構，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構。結余原有切換氣缸與多余的一套升降伺服和線性模組成本，從更換籃具結構上實現了左右到上下的轉變。設備在不增加成本的前提下實現了產能提升，達到了降低勞動強度的目標。其結構見圖6。

圖6 籃具上下切換機構示意圖

綜上所述，通過對全自動制絨導片機4個循環流程的分析得到，在原有結構基礎上不大幅增加成本，需改變籃具切換機構的整體結構性可將導片機產能由3 600片/h提升到4 600片/h，達到了客戶要求的產能。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度。有效地解決了降低成本、產能提升這一矛盾。

5 結構改進后效果

通過已交付客戶的設備，和大量的生產數據，也證實了該方法顯著提升了制絨導片機產能，得到客戶的認可，改進前后對比見表1。

表1 結構改進前后各指標參數對比

目前我所研制的制絨導片機已在多個知名光伏生產企業批量應用，性能穩定可靠，良品率大于99.6%，是性價比較好的國產電子專用設備。改進后的上下料方式對設備的產能和效率起到重要作用。

6 結束語

目前中國的光伏行業擁有完整的全球第一的制造產業，以及全球最大的應用市場，面臨著獨一無二的發展機遇。工信部已經在推進“中國制造2025”，而且在組織開展智能制造，已經把一部分光伏制造企業作為智能制造的示范項目范圍。如何在眾多企業中脫穎而出是擺在每一個光伏企業的大課題，而自動化設備的產能不斷提升會是這一課題的關鍵指標，本文通過對原有設備進行結構改進從而提升了產能，而后期的產能要求會越來越高、成本控制會越來越嚴格，只有不斷的技術創新與結構改進才能滿足這一大市場不斷的需求。

[1] 鄒慧君.機械系統設計原理[M].北京：科學出版社，2003.5-7.

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[3] 趙彤.現代實用氣動技術[M].北京：機械工業出版社，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，畢業于中北大學，工程師，主要從事光伏太陽能電子專用設備研發工作。

2016-12-22；

2017-03-07