全自动制绒导片机产能提升分析

杜虎明

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

全自动制绒导片机产能提升分析

杜虎明

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原 030024)

通过对现有制绒导片机结构模块逐一分析，对模块中现有篮具上下料方式进行了改进设计，实现了导片机产能大幅提升。通过实际操作和大量现场应用，改进后的制绒导片机产能大幅提升13%，在一定程度上降低了操作人员的劳动强度，满足生产使用要求。

制绒导片机；产能提升；结构改进

智能化已经成为现代企业的发展方向，光伏电池车间无人工厂已经是光伏各大龙头企业的规划。全自动制绒导片机作为光伏电池车间的第一道工艺自动化设备，在生产线上已经不可或缺,从一定程度上导片机的产能指标能反应出该电池车间的自动化水平。制绒导片机的产能要求逐渐成为电池车间考核产能的主要指标。

如何在现有设备运行模式上提升产能成为很多设备制造厂商思考的问题，光伏太阳能经过不断的发展，导片机的产能从原有的2 500片/h，逐渐增加到4 600片/h，与此同时设备的成本要求逐渐降低。

本文通过对制绒导片机现有结构和生产工艺逐一分析，对篮具上下料结构进行改进，达到了即降低设备成本又提升产能的目的。

1 制绒导片机功能

制绒导片机主要实现将硅片从叠片状态逐片分离，通过吸盘逐片吸取到传送带上，最后自动装入到100片专用篮具中，以供制绒设备及后道工序使用，作为电池车间第一道工艺自动化设备，该自动化设备可避免人工接触硅片造成的污染,极大地降低了人为操作引起的碎片，降低人工成本，有效提高电池良品率，已经成为光伏电池生产厂家不可或缺的工艺设备。

2 现状问题描述

现有制绒导片机为两个工位，通过4个吸盘两两一组分别吸取叠片篮具中的硅片，然后经传送带到导入100片篮具中，篮具更换方式为左右切换，单台设备产能为3 600片/h。操作人员需要放置叠片篮具、不断更换100片篮具，更换时间为2 min一次。按现有设备结构各零部件性能调节到最大运行状态，产能也无法有效提升，而且短时间不断重复的更换篮具对操作人员是一个很大的考验，这样的运行方式完全无法实现设备的自动化，更无法达到厂家要求的产能，成为整个电池车间产能提升的瓶颈。

3 制绒导片机各结构模块产能分析

制绒导片机主要由4个结构模块组成：叠片升降系统、硅片吸取系统、硅片传输系统和篮具切换系统。图1制绒导片机结构示意图。

图1 制绒导片机结构示意图

设备动作流程可分为4个相互关联的循环流程。按照目前客户的产能需求，双工位设备完全能满足要求，为了进一步提高设备效率，增加产能，满足将来客户更高的要求，对上述4个流程逐一进行分析，在设备成本保持不变的基础上，进一步提高设备产能，降低操作人员的劳动强度。

3.1 叠片升降系统

升降机构采用伺服电机精确控制升降运动，该系统能兼容156.75 mm×156.75 mm、160 mm× 160 mm两种规格的硅片，4个工位分别放置350～400片硅片于专用叠片篮具。一次放置约1 400～1 600片，可供14～16个篮具使用，更换时间约为25 min/次。从时间和劳动强度上分析，若在该流程进行产能提升需要增大伺服电机的功率和线性模组的长度，从而增加叠片放置的数量，但这样会大幅增加成本，因此权衡成本与产能在该系统改进的意义不大。如图2所示。

3.2 硅片吸取系统

硅片吸取系统将分离开的硅片分组吸取，采用伯努利吸盘，对硅片无损伤和无污染，能有效降低碎片。该机构先左右运动吸取硅片，然后上下运动放置硅片于传输系统上。该系统往返重复循环达到吸放硅片的目的。通过理论计算与现场调试可以实现从吸取硅片到放置硅片的时间在0.4 s左右，其系统结构见图3。

该机构可以满足理论产能。从稳定性和碎片率权衡满足效率要求,若要提升效率需增加吸盘数量，这样会增加成本。

图2 叠片升降系统示意图

图3 硅片吸取系统示意图

3.3 硅片传输机构产能分析

硅片传输系统实现皮带传输硅片进入100片篮具，传送过程有双片检测机构保证装入篮具的硅片为单片。双片检测时间设定为0.2 s/片，由于为双装片工位，单侧产能0.8 s/片可以对应整机0.6 s/片的装片效率。电机速度设定为0.3 m/s,硅片装篮距离为0.2 m，装篮时间为0.6 s，等待硅片时间为0.8 s。通过上述分析传送带传送速度能满足装片要求。各系统反应时间对比如图4所示。

图4 反应时间对比图

3.4 篮具切换系统产能分析

当100片篮具装满后，自动切换至另一空篮具工位进入循环。篮具切换机构为整个设备效率提升的瓶颈，从成本核算考虑改变机构可有效提高产能，大幅降低操作人员劳动强度，增加设备稳定性。

原篮具切换机构由气缸带动两套升降伺服左右切换，切换速度为2 s，按3 000片的产能要求，操作人员在2 min之内需要取走装满硅片的篮具，实际操作中该工序的劳动强度很高。随着操作时间增加，更换篮具的时间会明显增加，进而影响设备的产能。现场实际操作中暴露出该问题。其结构见图5所示。

图5 篮具左右切换机构示意图

4 改进方法和措施

经过理论计算、现场调试、总结对比，参考众多现有传输设备，分析计算设备产能要求，将上述机构更改设计为如下结构：升降伺服由原来的两套变为一套，线性模组更改为线性滚珠丝杠结构，将原来的左右篮具切换更改为篮具上下切换，增加上篮与下篮传输机构。结余原有切换气缸与多余的一套升降伺服和线性模组成本，从更换篮具结构上实现了左右到上下的转变。设备在不增加成本的前提下实现了产能提升，达到了降低劳动强度的目标。其结构见图6。

图6 篮具上下切换机构示意图

综上所述，通过对全自动制绒导片机4个循环流程的分析得到，在原有结构基础上不大幅增加成本，需改变篮具切换机构的整体结构性可将导片机产能由3 600片/h提升到4 600片/h，达到了客户要求的产能。人工更换篮具时间也由原来的2 min增加到8 min，很大程度上减低操作人员的劳动强度。有效地解决了降低成本、产能提升这一矛盾。

5 结构改进后效果

通过已交付客户的设备，和大量的生产数据，也证实了该方法显著提升了制绒导片机产能，得到客户的认可，改进前后对比见表1。

表1 结构改进前后各指标参数对比

目前我所研制的制绒导片机已在多个知名光伏生产企业批量应用，性能稳定可靠，良品率大于99.6%，是性价比较好的国产电子专用设备。改进后的上下料方式对设备的产能和效率起到重要作用。

6 结束语

目前中国的光伏行业拥有完整的全球第一的制造产业，以及全球最大的应用市场，面临着独一无二的发展机遇。工信部已经在推进“中国制造2025”，而且在组织开展智能制造，已经把一部分光伏制造企业作为智能制造的示范项目范围。如何在众多企业中脱颖而出是摆在每一个光伏企业的大课题，而自动化设备的产能不断提升会是这一课题的关键指标，本文通过对原有设备进行结构改进从而提升了产能，而后期的产能要求会越来越高、成本控制会越来越严格，只有不断的技术创新与结构改进才能满足这一大市场不断的需求。

[1] 邹慧君.机械系统设计原理[M].北京：科学出版社，2003.5-7.

[2] 赵丁选.光机电一体化设计使用手册（上、下册）[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3] 赵彤.现代实用气动技术[M].北京：机械工业出版社，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，山西岚县人，毕业于中北大学，工程师，主要从事光伏太阳能电子专用设备研发工作。

2016-12-22；

2017-03-07