光伏組件實(shí)現(xiàn)單件流生產(chǎn)的可行性研究

:在對單件流生產(chǎn)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，研究了光伏組件實(shí)現(xiàn)單件流生產(chǎn)的可行性，通過實(shí)證對非單件流生產(chǎn)工序?qū)崿F(xiàn)單件流的可行性進(jìn)行了分析，光伏組件實(shí)現(xiàn)單件流生產(chǎn)后可降低生產(chǎn)周期及在制品數(shù)量，提升了企業(yè)效益。

（來源：微信公眾號(hào)“太陽能雜志”ID：tynzz1980）

PART1 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，通過生產(chǎn)層面的縱向集成和市場層面的橫向集成，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。精益生產(chǎn)方式主要是通過自動(dòng)化和準(zhǔn)時(shí)化(JIT)2 種方式來實(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 是通過流動(dòng)生產(chǎn)和以信息流帶動(dòng)物流2 種方式來實(shí)現(xiàn)。目前，信息流主要通過制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)(WMS)等系統(tǒng)性物流管理軟件來實(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)過標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書(SOP) 培訓(xùn)持證上崗；

4) 按照既定排好的工序來設(shè)計(jì)生產(chǎn)流水線；

5) 新產(chǎn)品導(dǎo)入經(jīng)過小試、中試、大試和批量性試投；

6) 生產(chǎn)周期經(jīng)過仔細(xì)衡量與確認(rèn)。

OPF 的生產(chǎn)優(yōu)勢為：

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)過程中無需庫存多余的物料，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。

PART2 實(shí)施單件流生產(chǎn)的關(guān)鍵問題

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，TPT(Tedlar+PET+Tedlar，聚氟乙烯復(fù)合膜) 鋪設(shè)、層壓前人工外觀檢測、層壓前EL(Electroluminescent，電致發(fā)光) 測試、層壓、層壓后自動(dòng)削邊、層壓后人工外觀檢測、邊上料、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、絕緣耐壓測試、I-V 測試、層壓后EL 測試、分檔，以及工序前段的離線拆包和后段的包裝、入庫等工序。

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)方式無法進(jìn)行。批量生產(chǎn)過程中的工序不平衡是大量WIP 存在的根源。通過工業(yè)工程(Industrial Engineering，IE) 采用取、合并、重排、簡化 (Eliminate、Combine、Rearrange、Simplify，簡稱為“ECRS”) 等方式對作業(yè)工序進(jìn)行優(yōu)化重組，通過將相鄰工序的作業(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，因此對其進(jìn)行作業(yè)分析并優(yōu)化。

1) 首先，對接線盒自動(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。對匯流條引線焊接進(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4.27%?？梢钥闯鲎?、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，通過對左、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( 簡寫為“60P”) 和72 片( 簡寫為“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，無需其他設(shè)備切換。因此，阜寧集成在模型切換過程中主要有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，便于換型過程中的數(shù)據(jù)切換。

3) 對在串焊機(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)。

通過實(shí)施整個(gè)組合式換型過程，2018 年多次換型過程中的平均換型時(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)致物料無法一一對應(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)庫管理，將“層壓前EL 測試”和“層壓后EL 測試”這2 道工序連接大數(shù)據(jù)庫管理模塊，對測試產(chǎn)品進(jìn)行對比，通過大數(shù)據(jù)庫中大量的產(chǎn)品信息來確認(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)過程的設(shè)備異常、品質(zhì)異常等，并在此過程中提升員工技能、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。

PART3 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、庫存天數(shù)等均出現(xiàn)了不同程度地變化，如表2 所示。

從表2 中的數(shù)據(jù)可以看出，單件流生產(chǎn)的實(shí)施對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及庫存天數(shù)。

PART4 總結(jié)

本文對單件流生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了分析，并對光伏組件實(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。

阜寧協(xié)鑫集成科技有限公司

■ 王磊* 吳孫陽 李宗佰 張品選 王春成 呂其丹

來源：《太陽能》雜志2019 年第11 期( 總第307 期)P37-P40

原標(biāo)題:光伏組件實(shí)現(xiàn)單件流生產(chǎn)的可行性研究