应用工业工程技术进行硅片作业分析和改善的案例.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流应用工业工程技术进行硅片作业分析和改善的案例.精品文档.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

2、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

3、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 腐蚀拉晶切断切方切片 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

4、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拉晶总时间的1%左右，工作研究没有意义。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1。切割车间的流程程序如图2.1。 图2.1切割车间的流程程序

5、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10min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

6、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。：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。表2.2清洗车间流程程序图2.1.5 检验车间流程程序分析硅片

7、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），尺寸（边长、厚度等），电阻率，极性（分为P型和N型），少子（载流子）寿命和C、O含量进行检查。检验车间流程程序图如图2.3所示。 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ECRS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又全部拿出来检验，如此

8、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2.2 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ECRS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百分比：切割车间，人在搬运及操作中消耗的总时间为66min，整

9、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43/102x100%=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49/62x100%=79%。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

10、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边，但是可以通过改变工作台的布置来改变。硅片外观检验改善后的方法如图2.5所示：图2.5硅片外观检验改善后的方法（2）边长电阻率检验双手作业分析图对于现行

11、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

12、法，必须平放定位。 可以改善工作台的布置来减少操作者手的移动距离。图2.6尺寸电阻率检验双手作业流程图改善后的工作台布置和工人双手作业分析图如图2.7。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

13、的现场布置图2.8。 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3 作业测定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3。 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

14、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，两个时间段分别记做测尺寸时间和测电阻率时间。3.2 确定观测次数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

15、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X/s电阻率检验时间Y/s1122821027392441029511266122579248102891222101125总时间106258平方和11366700=11.6次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 得到两组数据 X：12，9，10，11，12，10，7，12，10，11，9，9，12，

16、10，11，16，10，9，10，11. Y：25，28，24，26，27，29，25，28，20，22，24，29，19，26，27，24，25，33，24，25.3.3 采用三倍标准差法剔除异常值根据正态分布的原理，在正常情况下，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3界限的为异常值。=X/n=201/20=10.05s x=1.8 (3.1)管制上限UCL=+3x=10+5.4=15.4s。管制下限LCL=3x=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。=Y/n =510/20=25.5s, y=3.1s

17、(3.2)管制上限UCL=+3y=25.5+9.3=34.8s管制下限LCL=3y=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9.74s。3.4 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=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

18、。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。我的评比为133分。则正常作业时间=35.24X（133/100）=46.9s47s.3.5 确定宽放时间正常时间并没有考虑操作者个人需要和各种不可避免的延迟因素所耽误的时间，例如疲劳、喝水、上厕所、更衣等。所以在制定标准时间以前，必须找到操作者操作者所需的停顿与休息，加入正常时间这才符合实际要求，也更能使操作者维持正常的操作。在时间研究中，宽放时间通常表现为宽

19、放率。宽放率（%）=（宽放时间/正常时间）X100%目前宽放种类通常划分为私事宽放、疲劳宽放、延迟宽放和政策宽放。在硅片检验中不存在政策宽放，主要涉及到的宽放为私事宽放和疲劳宽放，因此在确定硅片尺寸和电阻率检验宽放时间时对延迟宽放和政策宽放不予考虑。私事宽放的参照标准：对于轻松工作，宽放时间一般为正常时间的2%-5%；对于较重工作（或不良环境）则大于5%；对于举重工作（或天气炎热）定位7%。考虑到硅片检验是一项轻松的工作，且工作现场为恒温的（温度控制在25左右），所以对于私事宽放设为正常时间的2%。根据硅片检验的实际情况查表可以得到精密与精确操作的疲劳宽放时间为约为正常时间的2%。3.6 确定

20、标准时间 标准时间包括正常时间和宽放时间两部分，即： 标准时间=正常时间+宽放时间=正常时间X（1+宽放率） 所以硅片的尺寸和电阻率检验的标准时间=47X（1+2%+2%）=48.88s49s参考文献：1 张文久，何廷贵， 张铁铮等.工业工程技术与定置管理相结合实现生产现场管理整体优化J.工业工程与管理1997年12月第4期：54-60.2唐乾三，顾元杰，肖玉经.推行工业工程技术实现企业管理整体优化J.中国管理科学1993年第4期：1-6.3 齐二石，蔺宇，史英杰.我国工业工程在制造业中的应用及发展J.工业工程与管理2006年第6期：1-3.4Workflow balancing strategies in parallel machine scheduling S. Rajakumar .V. P. Arunachalam V. Selladurai.