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深度探秘中环股份智能制造:人均年产值1000万,1人可操作192台机器

原创 一号团队 

5月21日,由全球半导体及新能源产业的领军者---中环股份(002129.SZ)主办的光伏智能大会上,该公司副董事长、总经理沈浩平就智能制造发表了演讲。多位中环管理层就天津环智工厂、内蒙古硅片制造基地的智能自动化产线、工艺流程及信息化等布局、未来计划分别做了详尽的分享。

沈浩平在演讲中强调,光伏行业正在被赋予新的历史使命,沐浴在新的春天里,中环股份看到了光伏智能发电和新能源汽车的动力变革,也亲身参与这场变革之中,中国光伏行业的发展前景依然激动人心。就在昨天,因为多晶硅价格的上升引发硅片价格的再度提高,中环股份这家硅片巨头也再次受到行业内外的关注。沈浩平表示,在多晶硅价格上扬期间,智能制造也将促进企业质量标准更高水准的发挥,并且大幅提升公司的生产效率及经营效益。这对于行业来说,将是更鼓舞人心的事情。

沈浩平指出,“总书记提出了碳中和的伟大目标,光伏行业也被赋予了新的历史使命,这是我们的光荣。作为同业者,我们又迎来了一个新的春天。在碳中和、新农村建设、西部开发等结合光伏产业的进一步成熟等多个利好驱动下,光伏智能发电、光伏排水淡化、新能源汽车的动力变革等进阶演变,给光伏行业带来的应用场景的不断变化,这样的发展前景是激动人心的。”

回望过去20多年全球光伏行业的发展,特别是光伏制造业的发生,中环始终发现,光伏制造业遵循着两条“曲线”:一条是由我们光伏从业者们、工程师们在工艺技术上带来的变革,带来了光伏转化效率的不断提升。另一条曲线,则是制造业基本遵循由有序代替无序,由自动化带动手工线,用更加科学的方式来管控替代相对传统的管理的落后。两条曲线,都带来了光伏行业的快速发展。

随着210硅片平台技术的推出,也更为发现一个事实:在大重量、大面积的光伏产品展现后,上述两条曲线的进步就显得更为重要了。工业4.0时代,两条曲线将“合二为一”。工业4.0这是制造业的,先进技术、先进集成的推动以及先进制造方式,是光伏行业未来3~5年制造业应始终高度重视的一个发展方向。“我个人认为,这种发展方式也符合总书记所提出的高质量要求,也符合做企业以人为本的理念,毕竟,我们不能由简单的劳动来维持光伏行业的持续发展。”

在沈浩平看来,一个全新的平台正由工业4.0开启。光伏制造、电站管理、智慧电网、智能应用等,将把能量流和应用流作为核心纽带,演化出光伏智能网络。从制造角度讲,智能化将通过信息化、能量流的强化,让光伏产业链的上下游合作更紧密,并提升整个制造环节的有效沟通。

“从我们最近的体验来看,由于现在多晶硅价格的上升,明显发现了智能制造、工业4.0制造在极大提升光伏制造业于质量标准上的归一性。换句话说,过去我们想实现产品的一致性,受限于我们的手段和设备。现在,一个新的制造体系里,这方面的水平得到了大幅度提升,从而促使经济效益的快速蝶变。另一方面,就工厂内部看,过去产生了无畏的消耗和工业垃圾。在新的制造体系里,原料利用率提升了将近1.5%-2%。”沈浩平说道。

中环半导体新能源材料BG晶片BU副总经理危晨,主要谈及了天津环智工厂是如何利用智能制造来实现更佳的产品设计、生产、交付这一路径的。

他表示,中环G12产品的推出,对于硅片加工、单晶生长自动化水平、制程控制能力提出了更高的要求。G12硅片,带来了终端光电转换效率的提升以及单个组件的瓦数提升,极大地技术性降低LCOE,产品推出为制造过程带来更大的挑战,其中硅片重量更重,硅片面积更大,传统手工作业的模式已无法实现高质量规模化的量产。

对于更大的硅片以及包括未来更薄的硅片,对支撑控制能力提出了更高的要求,从晶片加工以及晶体加工的产品追溯过程,包括下游电池对组件客户对产品质量的精准要求上,也需要产线进行相应信息化的升级。综合以上,在晶片加工端一定要通过智能制造的转型,来实现G12为客户创造最大化的价值。

2011年,中环建立全球首个DW工厂,这期间中环主要做了工艺设备单体的自动化,用近四年时间实现了单晶自动加工、工艺设备的自动化突破。在此基础上,2016年中环又在无锡建立了一个工业3.0制造厂,实现了物流自动化的全面贯通,运营和信息化的融合。到现在,它也是行业内自动化水平、信息化水平最高的工厂。

2018年,中环进行智能化工厂的搭建---天津环智G12工厂,2年后即2020年实现投产。从工厂的顶层设计上看,中环认为,在晶片加工方向上智能制造的转型,分为两个阶段:第一是垂直整合的制造系统,在工厂内部到交付实现智能化工厂的转型。通过工艺设备自动化和信息化相互之间的搭建和融合,最终实现更高产品质量的一致性,极致的生产运营效率和极致的成本。

在此之上,跟随G12产品的批量应用,带来了光伏产业的进步,同时意识到产业从工厂为单位的孤岛式的降本增效,需要向全产业链协同开始转变。相当于在第二层需要进行横跨产业链的数字整合,包括从产品的设计开发、从全产业链的质量数据的追溯。通过这样一个整合,能实现为客户的不同需求实现柔性化的生产。同时,在全产业链的质量追溯上,也更加针对于更高端的产品,能够实现原料的数据,及每一个环节上制程数据的相互融合,相应的制程分析。

在这样的设计理念之下,环智工厂搭建了相应的架构。底层来看,实现了工艺设备自动化和全面物流自动化的自主设计,通过现场的搭建实现了自动化工厂的特性。之后,通过信息化的系统集成包括数据采集的系统、运营系统的集成等,实现了整个工厂的智能化运行。

接下来,中环将要做的是工厂智慧化。通过运用大数据和云计算,实现自主分析、自主学习和自主决策的智慧化。同样,智慧工厂实现的路径也是自下而上搭建的。目前来看,该厂已实现了工业4.0智能工厂的水平,通过自动化产线的搭建以及信息系统的融合,实现了全面自主的生产。未来重点是打通整体产业链的数据,以及大数据应用的分析来实现智慧工厂的特性。

智慧工厂的应用是怎样的呢?在工厂层,是工序设备集中流程制造业,供需支链线路烦琐、人力密集,企业搭建时重点关注到搬运和物流自动化、物流动线设计、智能派工决策应用。比如立体库和流线的方式,来减少重复物流动作的浪费;工艺环节上的全面物料装载及物流的全面自动化等。此外,工厂所有的设备都是通过一些信息系统来互联互通的。

事实上,只有信息和工业的深度结合,才能够实现端到端的产供销打通。通过一系列的系统来实现底层和运营方的串联,从而保证由订单到最终交付的全面自动化运行。无人化生产的管控后,员工们只负责设备的技术性操作,对于物流以及派工完全不需要人工了。通过RFID等信息追溯系统,产品全面周期的追溯性能力被大幅提升。

工厂智能化的整体水平实现后,阶段性成果也出现了:比如,人均劳动生产率提高了3倍(相比传统工厂),人均年产值达到了1000万。

接下来,中环将实现产业链大循环,其中重点构建产业数据链,提高产业链的高质量发展。未来,当数据中台建立后,可让客户通过单晶和切片的数据,来实现关键制程数据的关联,建立数据分析的基础。再下一步,则是通过数据进行工艺处方的匹配和改进,提升整体的工艺以及质量的能力。同时,包括在生产进步上的信息互通。

在中环的供应链方向上,也会对于关键辅材和原材料提出相同需求,以适应大数据的应用。该应用,也对硅片加工质量的一致性和硅片的薄片化的能力上有所作用。

他也表示,智能制造,首先进行自上而下的工厂业务蓝图规划,再建设设备层、控制层、管理层,夯实底层架构平台。最终在规划设计、落地实施、实际应用上实施标准化管理,才能确保智能制造转型的落地。

中环半导体新能源材料晶体BG晶体BU数字化总监高润飞,也介绍了硅单晶工业4.0的智慧工厂发展情况。

2009年中环在内蒙古建厂后,历经10多年时间,目前已有五期工厂,产业规模为85GW,今年规划的六期宁夏厂50GW规模上线后,总体硅单晶的规模将高达135GW。

从一期到六期工厂,中环建设实施过程中不是简单的复制,热场尺寸、设备尺寸和生产方式都在不断升级。一期工厂投产的是192台单晶炉,热场尺寸20到22英寸,到了六期的尺寸是36到40寸。

在产品端,尺寸的变化,也让自动化模块不断升级。对单晶工厂来说,2009年来看,单人能操作四个机台;目前,四期、五期工厂的人均操作设备已经达到192台,人机比例大幅提升,劳动生产力同比提升也巨大。就工厂产能而言,现在相比过去的产能提升了5到8倍,加上人员配比的变化,人工效率的变化数据也很大。

未来,中环将建立智能拉晶系统:单晶炉与大数据模块相结合。通过模型的自主学习,再来控制这些机台,这样人机的配比可能进一步提高。今后整个拉晶系统可达到无人化生产。

信息化部分,从系统到客户端、SAP系统,整体工厂的MES系统等,都包含非常多的功能。加上其他系统与CRM系统的整合,产量、质量、设备等都有很好的搭建。

信息安全也需要很好地控制。举例来说,美国石油公司在今年5月9日被病毒所侵扰,可见制造业在这方面的潜在危险。我们的信息安全系统也做攻防演练,让信息系统更安全、更有保障。

本次中环智能大会上,还有诸多重磅嘉宾亮相:如天合光能全球产品战略与市场负责人张映斌博士、东方日升产品管理总监宋毅锋、阳光新能源科技有限公司副总裁张彦虎、协鑫集团副董事长舒桦、罗博特科董事长兼CEO戴军等。

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