应用工业工程技术进行硅片作业分析和改善的案例Word

1、IE技术在浙江昱辉阳光能源有限公司的应用研究专业：工业工程 姓名：XXX 指导老师：XXX摘要：本文是针对浙江昱辉阳光能源有限公司的单晶硅生产流程，应用基础工业工程技术对 切割车间，清洗车间和检验车间的作业流程进行分析，发现不合理操作并加以改善。通过分析和改善，在整体上优化了生产线结构，缩短了生产周期，提高了生产效率，同 时改善了整体生产现场的环境。关键词：工业工程 工作研究作业测定1引言IE的全称是Industry Engineering （工业工程），起源于美国,发扬于日 本，服务于制造业。2000年左右，对于竞争日益激烈的市场，很多大中型制造 企业或加工厂开始重视如何提高生产力和降低成本

2、这些方面的问题，开始重视工 业工程的应用了。随着企业对IE认识的加深和了解，工业工程在我国的发展慢 慢进入良性循环。在这个制造业发展日新月异的时代，IE的存在，使得一个企 业更具有竞争力。浙江昱辉阳光能源有限公司主营产品为生产太阳能级电池单硅片，集先进硅 片回收处理专利技术及大规模硅晶生产、切割工艺为一体，是世界领先的废硅片 回收商和晶硅再生产商。公司生产的太阳能硅片质量达到行业内最高标准。公司 致力于光伏能源的开发和发展，力争打造世界光伏领域一流企业。本论文是应用基础工业工程的工作研究方法对阳光能源公司的单晶硅生产 流程中的切割、清洗和检验车间进行分析、研究和改善，力求最大限度的优化单 晶硅

3、的生产流程、缩短生产周期，同时还从操作者的角度进行分析，减少无效操 作，降低操作者的疲劳，并针对检验车间的一些作业采用秒表时间研究，制定了 该作业的标准时间。2 方法研究在企业生产中的应用2.1 程序分析单晶硅的生产流程：分选一腐蚀一-拉吊切断一一切方 切片清洗检查。分选车间就是为了挑选出质地较好的硅材料，腐蚀车间就是为了去除硅块表 面的氧化物和杂质以保证硅原料的纯度。硅原料在单晶炉中经过拉晶的过程拉成 硅棒。考虑到分选车间和腐蚀车间的操作过程十分简单，对操作工的要求也不高， 同时也没有严格的操作标准。拉晶车间硅原料在炉中的时间约为60小时，人工 装卸时间为30分钟左右，考虑到操作时间只占整个

4、拉晶总时间的1%左右，工作 研究没有意义。p等待Q粘胶Q装到切片机上Q切片Q取下硅片Q脱胶为了更加有效和准确的对加工过程进行工作研究，因此我只对切断、切方、 切片、清洗和检查车间进行工作分析。同时考虑到工作研究的连贯性和整体性， 我将切断、切方和切片车间作为一个整体切割车间来研究，而清洗车间和检查车 间则作为单独的车间进行研究。2.1.1 切割车间流程程序分析切割车间进入的是合格的单晶硅硅棒，产出的是单晶硅硅片。对切割车间我采用流程程序图的方法对硅棒切割流程进行分析，同时用“ECRS四大原则” 对切割车间进行改善切割车间的流程程序如图2.1。运硅棒至切断机o取下硅棒Q装到切断机上o运硅棒至倒圆

5、机切断Q装到倒圆机上Q取下硅棒A倒扇丁检脸取下硅棒y4运硅棒至切方机丫0粘胶 Q脱胶Q装到切方机上Li检嗡Q切方一运硅棒至切片机一运至清洗车间图2.1切割车间的流程程序2. 1.2用ECRS原则改善切割车间表2.1中的现行方法统计中可以看出，整个流程中需要搬运5次，而搬运对 于生产是没有意义的，因此要尽量减少；现行方法中还有一个lOmin长的等待。 因此，运用“5W1H”的提问方法和“ECRS”原则将取下硅棒与搬运至倒圆机两个 步骤并为一个步骤，同时将“运硅棒至切片机”、“粘胶”进行重排，这样就减少 了等待时间，甚至可以做到没有等待时间，缩短了整个加工周期。表2.1切割车间流程程序表统计表工作

6、部别：切割车间工作名称：单晶迷棒切片 开始：合格的硅棒 结束：初始的硅片阴究者；郑新军审阅者：郑新军加工次数：O16151搬运次数：f54：1检查次数：口220等待次数：D101储存次数；V000搬运距离/m27261共需时间/min4：0238319项别现行方法改良方法 节省、1-上以.步 骤1234加 工情况1报检等存、运查待储工作说明 运硅棒至 才口D切断机距离加需时/Tn改善要点 取合重简 消并排化步 骤加 工,h 搬 运飘 检等存 查待储工作说明 运硅棒至 切断机距离/JIL时 /m inO351C3DV35fD装机22DV装机2>D切断233fDV切断23U D取棒34：*f

7、D取棒35D检验15ODV检验16OD运硅棒至切方机636O-DV运硅棒至 切方机637>D粘股107DV粘股108(一D装机38DDV装机39(一D切方309DfDV切方3010>D取棒210>DV取棒并运 至倒圆机21112OD运硅棒至倒圆机11V0u D装机311fDV31314CCfD倒圆1512fDV15fD取棒213DV2154D脱胶514fDV516O->叨D检验215ODV21718OnD运硅棒至切片机15516DV粘股10等待1017o>DV运硅棒至 切片机15519 D 粘股1020CtD装机318fD装机32122CC一D切片24919)fn

8、DV切片24：9一D取片520一DV取片52324D脱胶521口DV运至清洗 车间22oD运至清洗车间22现行方法改良方法2. 1.3清洗车间流程程序分析由于经过切割车间加工后得到的硅片，其表面粘有各种污物和杂质，例如 油污、剩余的胶等，所以必须对加工后的硅片进行多重清洗，才能使硅片达到客 户的要求，同时也是决定硅片质量的关键的一步。清洗车间进入的带有污物的大量单晶硅片，产出的是25片塑料盒装的干净的硅片。清洗车间的流程程序图如图2.2所示。:将硅片运至水槽自动清洗用纯水冲洗大量硅片Q 单片清洗A每25片装入清洗盒运至清洗机 A放人清洗槽AA自动清洗I 转至清洗槽B A自动清洗转至清洗槽C A

9、A自动清洗一转至清洗槽D ,转到漕洗槽EJ 自动清洗转至清洗槽FQ 自动清洗移至甩干机旁4）6等待A装入用干机Q甩干Q取出硅片（25片盒装）k运到检始车间图2. 2清洗车间的流程程序图2.1.4 用ECRS原则改善清洗车间表2. 2很明显的能够看出现行方法中搬运过于频繁，应该尽量减少无效的 多余的搬运过程，减少时间的浪费，从而加快清洗的整个流程，缩短周期。在第 一个水槽中现行方法中纯水冲洗和单片冲洗是由两个不同的工人操作的，经过分 析发现可以合并到一个工人同时完成这项操作，因为硅片属于易碎品，且十分容 易被污染，所以接手的人越少，就越不容易导致硅片破碎和污染。统才表工作部别：清洗车间工作名称：

10、硅片清洗开始：加工完的硅片结束：干净的硅片研究者：郑新军 审阅者：郑新军项别现行方法改良方法节省 1加工次数：。1211搬运次数：一936检查次数：口 等待次数：D000000储存次数： 搬运距离/皿00021138共需时间/min11510213现行方法改良方2A表2. 2清洗车间流程程序图步 骤离情况 加搬检等存情况二T距需改善要点加搬检等存步时 /Hl离时取合重简/加消并排化工运查待储工作说明加将硅片12OO12345679将硅片运口 D叼至水槽D V纯水冲洗 D V单片冲洗D至清洗机DV放入槽AD自动清洗DV转至槽BDV自动清曲目亘回歹硅片入盒 D V转至槽C D V自动清洗 D V转

11、至槽D、 D 自动清洗 D V转至槽E21OO15171820 D V自动清洗 D V转至槽FD V自动清洗 移至甩D 干机旁亚7甩3£取出硅片运至检验车间1234：口 0 V至水槽” D V纯水冲洗放入槽A f 口 D 清洗1011121314放入槽E清洗放久槽C 清洗放入槽D 清洗放入槽EV清洗放入槽FV清洗片机 硅车 至千千出至验 移甩旁甩取运检间61812292.1.5 检验车间流程程序分析硅片清洗之后，必须进行严格的检验。随着光伏行业的发展和竞争日益激烈, 质量是企业的灵魂，因此必需要对硅片进行严格的检查，不能让不合格品出厂。检验车间主要是对硅片的外观（表面划痕、污染等），

12、尺寸（边长、厚度等）, 电阻率，极性（分为P型和N型），少子（教流子）寿命和C、0含量进行检查。检验车间流程程序图如图2. 3所示。硅片移动到外双检嗡台从A盒中取出硅片检嗡外观A合格品放入B盒移动到电限率测试仪旁 J、 从B盒中取出硅片Q游标卡尺测边长A测电阻率Q合格品放入c盒»移动到分选机旁O从c盒中取出硅片I自动分选（测厚度、极性） OQ 合格品放入D盒移动到C、0含篦监测仪Q 测C、0含量和少子寿命Q合格品放入硅片包装袋n°包装入库o 一片一片放入分选机图2. 3检验车间流程程序图2.1.6 用ECRS原则改善检验车间检验车间时一个人工操作耗时最多的车间，检验车间用E

13、CRS原则改善前后 的流程程序图如表2. 3所示。从表2. 3我们很容易看出现行方法中最大的一个问题就是每检查一项时都要 把硅片装入盒中，然后进行下一项检验时乂全部拿出来检验，如此循环好几次， 这样做的目的主要是为了防止在搬动硅片的过程中碰撞硅片和员工的手直接接 触硅片，导致硅片缺陷以及造成污染，严重影响硅片的质量。改善后的操作次数有原来的8次减少到3次，减少了 5次；检验次数有5次 减少到4次，减少了 1次；整个流程的时间有原来的92分钟减少到62分钟，减 少了 30分钟。表2.3检验车间流程程序图工作部别: 工作名称: 开始 结束: 研究者: 审阅者:检验车间 桂片检验 所有硅片 合格的硅

14、片 郑新军 郑新军统计表一项另一E见行方法改良方法 加工次数：O 搬运次数：一 检查次数：口 等待次数；D 储存次数：V 搬运距离/皿 共需时间为83555054：100000015150926230现行方法 情况步加搬检等存骤工运查待储工作说明硅片移至距离/皿需改善要点 时取合重简 勾消并排化改良方法情况步加搬检等存骤工运查待储工作说明|硅片移至1 O X n D V检验台距离小需时d va盒取硅片 。SA D外观检验5678_O口 D D DV测边长测电阻率DD放入B盒 移至电阻率测试仪V E盒取硅片9 Gt卬D D630574O135253D V A盒取硅片D P外观检验10 O>

15、1112 'D13 O14 'DDDDis on硅片包装硅片入库16 |Q17 OC*18s D放入C盒 移至V分选机旁V C盒取硅片V放入分选机 半动分选.放入D盒 移至CO含V量检测仪 测CO含量 少子寿命11101112/移至电阻 口 D 率测试仪 "y 测边长GB D V和电阻率 f 移至 D V分选机旁O0DDOD放入V分选机V自动分选移至8含V量检测仪O测CO含量V少子寿命1811V硅片包装2硅片入库 5 22.2作业分析作业分析是以人为主的，即人操作消耗时间占总时间的比例越大，应用作业 分析的意义也就越大，改善后就能更大程度上缩短作业时间。分别计算经过E

16、CRS原则改善后的切割车间、清洗车间以及检验车间中人操 作消耗的时间占总时间的白分比：切割车间，人在搬运及操作中消耗的总时间 为66min ,整个流程总时间为383min ,人消耗的只是见占总时间的 66/383x100%=17. 2%；清洗车间，人在搬运及操作中消耗的总时间为43min, 整个流程总时间为102min,人消耗的只是见占总时间的43/102xl00%=42.2%； 检验车间，人在搬运及操作中消耗的总时间为49min,整个流程总时间为62min, 人消耗的只时间占总时间的49/62xl00%=79%o由上分析结果，选择检验车间进行作业分析，为了使作业分析更加具有针对 性，在检验车

17、间，针对外观检验、边长和电阻率检验这两道工序采用双手作业分 析法进行分析2。2. 2.1绘制双手作业分析图（1）外观检验双手作业分析图对于现行方法（经过前面程序分析干善后的状况），绘制外观检验工人双手 作业分析图如图2. 4所示。图2. 4外观检验双手作业分析图使用“5W1H”提问技术考察现行方法的细节，发现以下问题:为什么左手取硅片之后要持住？必须持住硅片吗？是否可以取消持住过程？为什么左手持住的硅片要转至右手，然后放到存放区？对记录图研究分析之后，得到问题的答案如下：左手持住硅片是为了观察硅片，检查硅片外观。必须持住硅片，不能取消，但是可以和后面的翻转硅片合并到一起。 因为硅片存放区在右手

18、边，但是可以通过改变工作台的布置来改变。（2）边长电阻率检验双手作业分析图对于现行方法（经过前面程序分析图改善后的状况），绘制边长及电阻率检 验过程中工人双手作业分析图2.6 （注：检查前工人已经佩带好手套，且在正常 工作的情况下开始操作）。分析：使用“5W1H”提问技术考察现行方法的细节，发现以下问题：左手的等待测量过程是否可以取消或者简化？ 左手的持住过程是否可以取消？右手的定位动作是否可以取消？是否可以改变工作台布置，使双手动作减少或者更加协调？对记录图研究分析之后，得到问题的答案如下：左手的等待测量不能取消，因为用游标卡尺测量时需要时间定为和读数。左手的持住过程可以简化，可以将硅片放在

19、电阻率检测仪上测量尺寸。右手的定位动作不能取消，因为测量电阻率时采用5点测量法，必须平放定 位。工作：检查硅片边长和电阻率 开始：双手空时硅片在工作台上 结束：检验好一片放在旁边布置图会改良方法左手3501右手O 3=>3D 。n"I-6图2. 7硅片尺寸和电阻率检验改善后的方法（3）双手作业分析总结分析检验车间硅片外观检验和尺寸电阻率检验，从改善前和改善后进行比 较，可以得出一个结论：要想最大限度的减少工人双手的动作，减少工作疲劳和 提高工作效率，很关键的一点就是工作台的布置。只有合理的布置好工作台，才 能在工作台上建立一套合理、经济和实用的操作动作，最后把动作规范化，根据

20、规范拟定作业规程，为编制标准化作业指导书提供参考。2.3动作分析由以上的工人双手作业分析改善后，尺寸电阻率检验的现场布置图2. 8。电阻率检测 仪待检硅片电子游标卡R 已检 硅片Z图2. 8尺寸电阻率检验工作台布置图根据改良后的工作台和改良后的工人双手操作作业流程，绘制动素分析表, 如表2.4所示。表2.4尺寸电阻率检验动素分析表要素序号作也左手动作1J伸手到半导体纸-2|抓住半导体氮工抓取移动到硅片丁碓片抓住硅片I将硅片移动到游标卡测硅尺5 筲调整方向6"|尺寸定位7持住硅片?J移至电阻率测试仪9定位等待 等待右手动作改善点10 使用11测电放开硅片12阻率等待ns十Co5n3伸手

21、到游标卡尺噂罐就等待和硅片存储区尽量靠近工作 台02 .量减少右等待u 1使用游标卡 m放开游标卡尺 9移至左手硅片处 3定位手等待时间。3 .尽量取消眼的动作。4 .对于预置等 第三类动作应 该尽量取消。5 .探讨是否能 进一步改变工使用持住硅片移至存储区作台布置，达 到双手同时检 脸2片的可能 性。3作业测定一秒表时间研究在检验车间的应用在双手动作研究和动素分析中都是以检验车间测硅片尺寸和电阻率为研究 对象，为了更加深入的分析和改善检验车间测硅片尺寸和电阻率这个操作，所以 在此对该操作进一步进行作业测定，最后制定这一操作的标准时间。在这个检验过程中，从操作者的手接触硅片开始到检验后把硅片放

22、入存储 区，这个过程是不断重复循环的。3.1 制定作业分解表为了在秒表时间研究中，秒表测量时间段的明确性和准确定，同时为了时间 研究中易于测定性，制定操作作业分解表3.1。表3.1检验硅片尺寸和电阻率的作业作业分解操作单元观测点1）坐到椅子上，调整好姿势1）移到待检硅片处手抓住硅片的瞬间2）戴好手套，取半导体纸3）移到待检硅片处4）硅片移到工作台2）移到电阻率测试仪硅片离开游标卡尺瞬间5）测量硅片边长6）移到电阻率测试仪7）电阻率测试3）硅片放到存储区硅片放到存储区 手松开硅片瞬间8）移动硅片换点测试9）测试好的硅片放到存储区由上表可知，在测定过程中，一个周期中能测得两个时间段，两个时间段分

23、别记做测尺寸时间和测电阻率时间。3.2 确定观测次数一误差界限法采用误差界限法来确定观测次数，在计算中可靠度取为95%,精确度为5%（样 本均值与总体均值之间的误差范围控制在±5%以内）。对作业进行10次测量，统 计如表3. 2所示。表3.2各单元操作时间测量次数n尺寸检验时间Vs电阻率检验时间Y/s1122821027392441029511266122579248102891222101125总时间106258平方和11366700£x = 106S, X2 = 1136S; y= 258S,、丫？ = 6700S,n = 10次。40X10 .-Nx = -J(113

24、61062/10)/ (10 - 1) = 19.6次 « 20次I I 、Ny = J(6700-258)10)/ (10-1) 一"r =11.6 次比 12 次由计算结果可知，尺寸检验和电阻率检验的应观测次数不等，实际观测次数 应该取各单元中次数最大者，即实际观测次数取20次。采用连续记时法对该作业进行20次的连续记时，得到表3. 3.表3,3连续记时法周程X/sY/s外来单元RTRTRT说明112123725A245/23015更换半导体纸24697422B512/47527更换手套3841010824C690/67020操作人员喝水4119111452651571

25、2184276194102232972307270A 252222123102293201034020103511137322113829406241241594442913456124751914522B 1054226155591158627166021662624176361066125186709723C 33197331075724207621179325得到两组数据 X： 12, 9, 10, 11, 12, 10, 7, 12, 10, 11, 9, 9, 12, 10,11, 16, 10, 9, 10, 11.Y： 25, 28, 24, 26, 27, 29, 25, 28

26、, 20, 22, 24, 29, 19, 26, 27, 24, 25, 33, 24, 25.3.3 采用三倍标准差法剔除异常值根据正态分布的原理，在正常惜况下，若计算同一分布的的抽样数值，其 99. 7%的数应在均值正负三倍标准偏差区域内。超过5士3。界限的为异常值。X=EX/n=201/20=10. 05sx=E(X")Z 二性"8(3. 1)管制上限 UCL= X +3。x=制+5. 4=15. 4so管制下限 LCL= X 3。x=105. 4=5. 6s。经过观察，16大于15. 4,在管制上限之外，为异常值，剔除。F = SY/n =510/20=25. 5

27、s, 。y=，Z'% =,，19/2O=3- ls （3- 2）管制上限 UCL=r+3 O y=25. 5+9. 3=34. 8s管制下限 LCL=P3 o y=25. 5-9. 3=16. 2s经过观察，Y中所有数据都在管制范围之内。对于X,剔除异常值16之后， 重新求得平均值为9. 74so3.4 计算正常时间正常时间是指以正常速度完成一项作业或操作单元所需要的时间。一般来 说，对于周期短而重复的动作，整个研究时间在30min之内的作业，应对整个研 究加以评定。对于检测硅片尺寸和电阻率的作业，整个研究在30min之内，因此 整个作业点的观测时间即实际时间为9. 74+25. 5=35. 24s。正常时间二观测时间X评定系数观测时间已知是35. 24s,为了确定评定系数，我采用速度评定法。常用的速 度评比尺度有三种：60分法、100分法和75分法。通常采用前两种，在这里我 采用100分法。由于观察的工人为熟练工，做该项作业已经1年多了，因此其作业速度敏捷, 动作干净利落，很像平均合格的工人，确实可以达到必要的质量标准和精度。我 的评比