【《平煤隆基有限公司生产线改善方案设计案例》8300字】

平煤隆基有限公司生产线改善方案设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u12811平煤隆基有限公司生产线改善方案设计案例 1255381平煤隆基有限公司生产管理现状与问题分析 1315961.1公司简介 17501.2公司生产流程现状 2169251.2.1工艺路线及生产流程 2327381.2.2平煤隆基有限公司三车间生产现状 380081.3公司生产现场存在问题及原因分析 458581.1.1物流待优化 4201971.1.2生产线不平衡 4107121.1.36S管理不到位 5127301.4本章小结 6109652公司生产线改善方案设计 6154702.1公司生产线改善目标 6172382.2公司生产线改善思路 792692.3生产线布局优化及现场改善 7263032.1.1物流优化 7240322.1.2平衡生产线 12127222.1.3现场6S改善 13272142.4作业改进结果 161平煤隆基有限公司生产管理现状与问题分析1.1公司简介平煤隆基有限公司位于河南省许昌市襄城县，于2016年7月成立，是由易成新能、中国平煤神马集团及隆基乐叶光伏科技共同控股，主要产品有单晶PERC高效电池、多晶硅片太阳能电池等光伏电池。平煤隆基有限公司作为半民企半国企，为襄城当地解决了很大的人员就业问题，公司已实现光电转换达23%的世界顶尖量产水平，各项指标优于国家光伏超跑计划。平煤隆基是国家级高新技术企业，规划建设4GW高效单晶硅电池片项目，项目规划总投资60亿元，分三期建设。单晶硅太阳能电池片项目工艺设备生产线采用国际领先的全自动化装备，是单晶硅电池片行业最新PERC工艺，技术水平国内一流。该公司共有四个车间，其中第三第四车间为新车间，这两个车间在高度的自动化生产下，追求无人化生产的目标，所以物流自动化就成为最后一个瓶颈，目前三、四车间已经在采用AGV物流生产的模式，目前处于实验阶段。1.2公司生产流程现状1.2.1工艺路线及生产流程对于常规的单晶硅太阳能电池生产线，从原始硅片到电池片一般需要经过导片、制绒、扩散、激光SE、刻蚀、退火、背面钝化、正面镀膜、激光开槽、丝网印刷、烧结、测试分选多道工序，如图3-1。前段工艺后段工艺丝网镀膜钝化ALD退火刻蚀SE扩散制绒导片前段工艺后段工艺丝网镀膜钝化ALD退火刻蚀SE扩散制绒导片 图3-1单晶硅片电池生产工艺流程图a）硅片检测：硅片原片是太阳能电池的载体也是原材料，所以原片的质量将对太阳能电池的转换效率有直接的影响，检测原片质量是必不可少的一步。该工序是对硅片的技术参数进行在线检测，主要对硅片表面平整度、电阻率以及裂纹等直接影响硅片质量的因素。硅片检测的设备已达成自动化水平，硅片从发片机发出，检测设备以每片不到一秒的速度进行检测，检测合格的会装入花篮，检测不合格的自动放入固定位置，从而提高检测精度以及生产效率；b）表面制绒：将硅片浸泡在各有腐蚀性的液体中，利用硅的各向异性，在表面腐蚀出一粒一粒的许多金字塔结构，从而增加太阳光的反射和折射，增加硅片对太阳能的吸收能力。经过表面制绒后的硅片，应尽快从液体中取出，不宜在水中久存，应尽快进行下一道工序扩散；c）扩散制结：利用扩散炉来制造实现光能到电能转换的PN结。首先由机械手将经过制绒后的硅片花篮搬运至石英舟上载部分，每舟载片约一千片，后石英舟进扩散炉进行扩散后，出舟再由机械手搬运至货架等待下一工序，激光SE；d）正面激光：制备选择发射极，用激光对硅片表面进行重掺杂，利用激光的可选择性有针对加热的特性，在电池的正表面电极位置处进行磷的二次掺杂，通过该技术进一步提升电池效率；e）等离子刻蚀：因为在扩散过程中，硅片的正反面以及边缘都会形成PN结，当光从硅片正面吸收光而产生电时，电子会经过边缘的PN结到达反面从而产生短路，所以需要经过刻蚀工序，将硅片边缘带有的磷去除干净，避免PN结短路造成并联电阻降低。f）退火：重新激活硅片表面死层中的磷原子，修复悬挂键，形成二氧化硅层；g）背面钝化：减少光的反射，降低载流子复合速度和增加光的吸收，提高了电池的短路电流和开路电压；h）丝网印刷：在硅片的表面涂上一层特定形状的银浆或者铝浆，经过烧结形成欧姆接触，提高电池功率；i）烧结：在高温烘烤下，将硅片也金属烧结形成合金，是一个经过高温扩散对硅片再次掺杂的过程。1.2.2平煤隆基有限公司三车间生产现状平煤隆基有限公司的三车间为500MW的光伏生产车间，平均每小时16000片现车间的生产已经是相当高的自动化程度，人工部分只有物流以及搬运部分，公司生产为24小时不间断生产，每班工人需要连续上12小时班，疲劳强度特别大，所以随着疲劳强度的增加，出现的失误率也随之提高，失误率也直接影响着硅片的碎片数量，从而增加生产成本，人工搬运硅片也会影响因为静电等缘故影响硅片的质量，所以全自动生产打造无人化生产成为行业发展的一个必然趋势。利用工业工程的时间测量对前段工艺做研究，用秒表对各工位作业时间进行测时，以每个花篮为单位，即一百片硅片，如下表3-1：表3-1工位作业时间工位制绒扩散SE刻蚀机台数量（台）2343单小时产出（个/小时）160210120135工位作业时间（秒）22.517.13026.6前段工艺即为制绒到刻蚀的循环工艺，前端工艺的物流图如图3-3，现结合物流图画出硅片前段工艺的程序流程图，如图3-2：图3-2湿花篮工序循环路线1.3公司生产现场存在问题及原因分析1.1.1物流待优化虽然平煤隆基有限公司单晶太阳能电池生产线各设备已经都采用自动化设备，包括发片机、机械手以及上下料机构，但整体水平仍处于半自动化状态。单个工序可以用专用的设备单独进行加工处理，但是每个工序的上料、下料仍是由人工进行搬运。人工搬运会造成如下影响：影响电池片的清洁度。尽管员工在车间都被要求穿上无尘服，进车间时也会经过风淋门，但经过观察发现衣服不干净的员工不在少数，当搬运花篮时则不可避免的会有一些灰尘落在硅片上。当人发生动作时，产生的静电也会不可避免的传播到电池片上，从而影响硅片的清洁度。b）增加电池片的碎片率。每片硅片都是非常薄的，稍不注意碰一下就会碎，当员工搬运花篮时，手指不小心碰到硅片，就会产生碎片，或是上下料摆放时，稍大一些的震动则会产生许多的碎片，所以人工搬运会增加许多电池片的碎片率，造成浪费，增加成本。c）影响生产效率。在上下料过程中，如果未及时上料或者下料都会造成生产设备停工，如果出料口满了，而员工并未及时发现，则会造成设备停止生产，知道出料口的花篮被卸下才会重新进行生产，而这等待的过程则是时间上的浪费，降低生产效率。半自动化水平的产线，因过多的人工干预，碎片率高、片源污染严重、产品一致性以及稳定性不高，反观国外先进的生产线已经实现了全自动化，整条产线甚至只需要极少数的人在设备发生故障时才需要去着手解决，具有很高的生产效率、生产质量以及生产成本的竞争优势。1.1.2生产线不平衡从精益生产理论角度出发，库存是各种浪费的根源，而在制品的库存量多，主要是由于生产线不平衡造成的。从工艺流程来看，产品从原材料投入到产出，以工序为生产单位经过多个工序，而工序之间的连贯性很重要。当各个工序间的负荷分配不能平衡时，就会造成部分工序的库存，当一部分工序库存区满时，则会影响其他工序的节奏，甚至导致整个生产线停工，从而导致整个工序的生产效率低下。生产线平衡是将每道工序的节拍在相近的时间内，保证都处于繁忙状态，使各工序的空闲时间最少。制绒下以及扩散需人工干预手动卸花篮，因为生产现场经常出现SE激光缓存区货架全部堆满，等待处理，前期制绒、扩散还在不断加工，这就将导致扩散出来的货架没地方可以放，从而使机器暂停运行。这时就需要人工干预，手动卸两三车花篮，等SE缓存区清空或空出三四个位置时重新开始运行。表3-2表示了各工位的工作时间和单小时产出情况，制绒、扩散、SE、刻蚀的标准工作时间分别是22.5、17.1、30和26.6。根据工位作业时间，画出产线平衡图。产线平衡图如下图3-3所示：图3-3产线平衡图从产线平衡图可以更直观的看出SE的生产节拍是最慢的，为瓶颈工序，生产节拍为30秒，这个工位对应的单小时产出为12000片，明显比其他工序慢。此外，也可以发现扩散的生产节拍明显比其他三个工序快很多，不在同一个节拍上造成工位生产能力过剩。根据上面的分析，得出结论SE与扩散这两道工序存在问题，制约了整条生产线的效率。所以，将改善聚焦在SE与刻蚀这两道工序上。前段工艺日产量为12000×24=288000片根据生产线平衡公式，计算生产线平衡率：W=×100%=（22.5+17.1+30+26.6）/（30×4）×100%=80.16%，根据表3-2生产线平衡对照表所示，生产线平衡尚有提升的空间。表3-2生产线平衡对照表平衡率平衡指数W<70%平衡率差70%<W<85%平衡率良好，可进一步改善85%<W<100%平衡率为优1.1.36S管理不到位平煤隆基有限公司推行了由集团统一制定的6S标准的现场环境管理制度和规范，但是由于教育和培训不到位，以及员工素质不统一，常常有个别着装不到位，许多员工穿的无尘服不连裤子，各车间主管监管不到位。生产工人工作服不定时更换，许多员工穿着破了的无尘服参加工作，远远达不到无尘车间的要求。员工物品摆放杂乱，机台附近常常有碎片未及时清理，甚至员工水杯会就近放在机台旁边。在看不到的地方，如紧急通道，往往会堆放托盘，不能及时处理（如图3-3），增加安全隐患。车间工作人员每日清扫不到位，员工拖地时常常地面会有过多的积水，AGV小车则容易打滑，发生报错。图3-3紧急通道被占用1.4本章小结在高度自动化的车间，但人机配合却没有将自动化的效率达到最高，本章提出自动化车间存在的生产线不平衡、6S管理不到位、自动化水平待提高等问题，都是降低生产效率的因素，下面针对这些问题做一些改善设计。2公司生产线改善方案设计2.1公司生产线改善目标根据平煤隆基有限公司目前的状况，将精益生产方式应用在自己的生产中，系统地将精益生产的生产线平衡、6S、消除浪费、物流优化、全员参与应用在实践中。从客户需求到产品研发、生产、物流、质量全部囊括了进来，目的就是通过精益生产模式来达成业务的要求，将符合客户要求的产品准时交给客户，最大限度地提升客户满意度。精益生产方案实施的目的是为了解决目前平煤隆基有限公司存在的问题，并希望对公司未来的发展提供帮助，提高公司的整体竞争力。具体目标如下。对不合理的生产线进行改善，将原有不平衡的产线按照现在的生产需要进行精益化改善，平衡生产线，减少在制品的积压。通过优化物流的自动化水平，提高生产线的自动化水平，降低碎片率，提高产品质量，提高生产效率。（3）通过全员6S活动的推广和精益文化的开展，建立长期稳定的精益化改善活动项目，公司将有一个更加干净整洁的工作环境，人员素质和能力大幅提升，将有一个更加积极的公司文化指引。2.2公司生产线改善思路通过对平煤隆基有限公司单晶太阳能硅片电池生产线生产现状存在的问题进行分析，能够发现在生产线物流方式、生产线平衡、6S等方面都需要进行优化改善，依据表4-1改善方法分析寻找出的问题制定出以下优化方案:表4-1改善方法分析表主要问题解决方法改善方法生产线不平衡重新布置生产线作业流程分析工作现场混乱实施6S管理6S管理工作流程复杂工作标准化ECRS，5W2H（1）提高物流自动化水平通过采用AGV物流取代人工小推车，因为用自动化取代了人工，导致有更多的时间做其他更多的工作，实现一人多线，减少人工数量，节约公司开销，也符合行业实现全自动化生产的趋势。（2）提高生产线平衡率原加工线存在较多的浪费，使得生产线平衡率较低，通过分析观察可以发现扩散经常因为SE缓存区满了而产生等待的浪费，通过减小扩散的生产能力，解决其生产能力过剩的问题，提高SE的生产能力，解决其瓶颈工序的问题。（3）改善现场6S管理通过实施现场6S管理，可以使车间生产环境更加整洁，划分危险区域，减少安全风险。还要提高员工素养，养成员工良好的习惯，培养责任心，增加生产积极性，提高生产效率。2.3生产线布局优化及现场改善2.1.1物流优化A）车间AGV的选用现车间仍采用人工上下料，运输花篮的小推车如图4-1所示，现车间追求无人化生产，物流部分采用AGV搬运，AGV为潜伏机器人，抬起货架（如图4-2）完成对机台设备的对接，实现自动传输。虽无法做到关上灯完全由机器操作的完全无人化，但是可以让人工部分减少到只有机器报错的时候去解决即可。AGV工作任务是完成硅片在工序间的流转，将前道工序的硅片传递到后道工序，运输的对象是硅片载具（花篮盒）。前道工艺完成后，装满硅片的花篮盒从自动化设备传输线传出，AGV小车接到任务后，与自动化设备对接，将花篮盒接收到货架小车内，然后将花篮盒运送到后道工艺的自动化设备前，与之对接，将花篮盒经传输线传入到自动化设备里，完成上料、下料以及物流搬运图4-3为AGV对接示意图。图4-1改善前人工小推车图4-2改善后货架图4-3AGV对接示意图选用AGV小车信息铭牌如下表所示（表4-1），采用的AGV小车为海康威视的移动机器人（HIKROBOT），导航模式为二维码导航。表4-1AGV小车铭牌产品名称移动机器人产品型号MR-Q3-600CE-C5（M）产品尺寸940×650×253mm产品重量135kg充电电压48V额定负载600kg电池容量24Ah额定速度1.5m/s旋转直径996mm导航模式二维码之所以选择二维码导航，是因为该导航模式具备以下优点：施工方便、对地面要求低、成本低、便于控制。但也存在些许缺点需在地面贴大量二维码影响美观如图4-4，后期需定期排查、更换二维码，后期维护成本大。图4-4车间二维码路径方案选择AGV在车间的路线规划分为点对点模式和区域循环模式，两种路线规划方案如图4-5、4-6。点对点模式为一台AGV小车只对应两台设备，区域模式为AGV小车在车间多台设备间循环工作，根据系统发布的任务服务不同的工作对象。点对点模式AGV需求量大，工作路径固定，如果一台设备出现故障，可能造成整条线出现断点，造成停机。而区域循环模式对调度系统要求高，它任务复杂，需将每一条任务只发给一辆小车，且需要完善自动避让功能，AGV需求没有点对点模式数量多，如果有设备发生故障，对整条线也不会造成多大的故障，适合柔性生产。经过综合考虑，区域循环模式更加适合光伏车间，所以选择区域循环模式。AGVAGVAGV工序二设备4设备5设备6工序一设备1设备2设备3AGVAGVAGV工序二设备4设备5设备6工序一设备1设备2设备3图4-5点对点模式设备4设备5设备6设备1设备2设备3设备4设备5设备6设备1设备2设备3工序一AGVAGV图4-6区域循环模式车间布局根据平煤隆基500MW车间的车间布局，为配合各工艺流程，将路径分为两个循环区域，如下图4-7所示，第一个是工序一到工序四，即制绒到刻蚀上料循环，称为湿花篮循环；第二个循环区域为工序五到工序八，即制绒下料到退火，称为干花篮循环。湿花篮工序正常运行需12辆AGV小车（2辆备用），货架23台；干花篮工序正常运行需15辆AGV小车（3辆备用），货架26台。整个车间合计共27辆AGV。图4-7车间布局图D）改善效果彻底避免人工搬运花篮，实现整线全自动化运行，节省人力从117人减少到63人；自动化与信息化生产，提升生产效率，减少管理难度；无人工干预、减少污染和碎片，提升电池良品率。改善效果如下表4-3：表4-3改善效果员工人数AGV数量碎片率A级率改善前11702.3%95.2%改善后63270.5%97.6%2.1.2平衡生产线在AGV项目联调测试过程中发现各工序缓存区位置不够，只要上个工序出现问题，延迟出料，就很容易导致下个工序待料，于是扩散新增1个缓存位置，SE新增2个缓存位置，刻蚀上新增3个缓存位置，从而保证有充足的时间处理各工序问题也不会影响机台产能，无新增成本，提高容错率。经过分析发现SE为整个生产工序的瓶颈工序，在无法对设备进行提速的情况下，本文提出两种改善方法，并分别计算改善后的平衡率：方案一：增加一台SE使用AGV模式，一台扩散改成人工上下料，增加SE工序的产能，减少前面工序的堆叠，节约缓存空间。经调整后的产能匹配模型如下表4-4以及产线平衡图4-8如下所示，表4-4工位作业时间工位制绒扩散SE刻蚀机台数量（台）2253单小时产出（个/小时）160140150135工位作业时间（秒）22.525.72426.6图4-8产线平衡图经调整后各工位作业时间分别是22.5、25.7、24和26.6，此时标准作业时间最长的工序为刻蚀26.6秒，刻蚀为瓶颈工序。计算前段工艺日产量为13500×24=324000计算生产线平衡率：W=×100%=（22.5+25.7+24+26.6）/（26.6×4）×100%=92.8%>85%，为优等平衡率。此方案无成本新增。改善效果：生产线平衡率提升到极高的一个程度，由原来的80.16%增加到92.8%，在无人干预的情况下，没有任何一道工序产生待加工品堆积的情况，每台设备的生产效率都达到了最大化，做到了自动化设备24h不停歇生产，下料机满立刻有货架来下料，上料机空立刻有货架来上料，加快了产品流动，减少生产周期日产量也增加了36000片。2.1.3现场6S改善6S管理是对企业进行精益生产优化中最基础的工作，它的执行效果能直接影响所有改善的效果，使一切改善的根本。也是企业改善时最简单、最直接、最有效的方法。比如物流改善实施AGV搬运，但由于6S管理不到位，小车运行路径上经常有杂乱物品占用，二维码也被占上泥污，导致无法正常识别。那将导致整个物流线瘫痪，整个改善也是失败的。首先是6S管理第一步：整理。本次整理需对车间内一切物品进行登记分析，包括生产物品、个人物品以及公共物品，制定一个留存标准，一切不要的东西及时清除，厂外来的材料不许放于消防通道，填写物品登记表4-4。表4-4生产现场物品分类表序号物品名称使用频率留存/移除目前地点1过期通知、文件一年使用小于一次移除办公区硅片碎片移除机台附近垃圾移除机台附近2维修工具每周高于三次留存服务器柜子旁备用设备留存车间临时仓库废弃推车移除临时仓库制绒补充液每天留存液体存放器皿3员工水杯每天留存员工休息区清洁工具留存清洁间第二步：整顿。将整理后留下的物品进行分类、标识，通过看板显示常用物品所在位置以及数量，腾出工作以及储存空间，用黄色胶带明确画出通道界限以及危险区域所在范围。（1）将每个人的生产、维修工具放置于工作箱内，并贴上所有者的姓名，放置于规定位置处。（2）在水房放置一个水杯放置架，划分小格子，水杯按要求放置于方格内。（3）生产中的在使用的推车临时停放于缓存区黄线内，不得超出黄线位置，并在区域贴上标识为哪道工序的缓存区。（4）暂时未在使用的推车放置于小车停放处，按地面黄线停放整齐，不得占用通道空间。（5）在危险液体存放处，贴上醒目的红色胶带，并贴上危险标识，非专业人员禁止靠近，在机台有危险的区域，如强酸、高温贴上醒目的危险标识。对于消防物品贴上不得随意触碰标识。（6）对三车间通道画上不同颜色警示线，红色代表消防及危险品区，黄色代表中转区，绿色代表安全通行区，均采用鲜亮胶带进行划分，胶带宽度为10CM。（7）地面上裸露的电线全部收于机台设备内部。第三步：清扫。经过整理、整顿两阶段执行，需要对车间地面、机器设备等进行清扫任务。清扫概括为6项操作任务：更衣室、货架缓存区、小车停放区、机台区、员工休息区、公共区域。不同区域有不同操作规范内容进行清扫，具体优化内容见表4-4。4-3清扫内容序号名称部位改善内容1更衣室鞋子存放区用潮湿的拖把拖地，不可以有积水，因为员工是脱鞋进来的，如果有积水将有滑倒的风险，检查每个柜式是否关好衣服存放区用清水拖把拖地，检查每个柜子是否锁好，以防贵重物品丢失2货架缓存区货架下方地面用清水的拖把拖地，注意不能有积水货架内部用滚胶粘起硅片碎片3小车停放区地面用清水的拖把拖地，注意不能有积水，用擦布擦拭小车托盘及外壳小车表面用擦布擦拭小车托盘及外壳4机台区机台内部交接班停机时，对机台内部进行打扫