自動化物流及裝框系統在光伏邊框鋁材生產中的應用

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摘要：應對光伏行業競爭日趨激烈的現實環境，光伏邊框鋁材生產企業在生產過程中，如何增產提效，如何降低人力物力成本，如何提升自動化水平淘汰落后工藝和產能等都成為了決定其是否能在行業競爭中破局重生的關鍵因素。本文介紹的自動化物流及自動裝框系統的合理運用將有效提升光伏邊框鋁材生產企業的行業競爭力。

關鍵詞：光伏邊框鋁材；自動化物流；大框模式；自動拆裝框；工廠規劃

作者：武志杰 馬笑

山西迎才物流設備科技有限公司

一

引言

近年來，在全球產業鏈重構加速、地緣政治博弈加劇的背景下，中國產業結構轉型面臨多重挑戰和機遇。對于鋁加工行業，傳統建筑鋁型材的需求持續萎縮，但新能源、汽車零部件、光伏等領域的高端鋁材需求卻保持增長，一定程度上填補了市場增量需求。

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據中國有色金屬加工工業協會通報，2024年中國鋁材綜合產量約為4900萬噸，同比增長4.4%。其中光伏型材為395萬噸，較2023年增加55萬噸，同比增長約16.2%，增長速度大幅領先鋁材行業整體水平，保持著穩健的上升態勢。而龐大的市場需求同樣也吸引了大量的競爭者爭相進入光伏邊框鋁材生產賽道，致使該領域競爭日漸激烈。光伏型材加工費已從2022年的約7000元/噸降至約2000元/噸，傳統的小批量、人工作業模式的生產企業逼不得已只能減產、停產，而大型企業也必須依托大規模、自動化生產才能攤薄成本，亟需大刀闊斧的升級轉型才有望在后續行業集中趨勢不斷加劇的過程中脫穎而出。

針對上述行業現狀，筆者及所在企業進行了多年的深耕探索，參與了十余家光伏邊框生產企業的規劃、籌建及改造。本文將重點介紹自動化物流及自動裝框系統在光伏鋁材生產企業生產升級轉型中發揮的顯著作用，并提出了企業在工廠規劃籌建過程中選配該系統時的要點和建議。

二

光伏鋁材生產企業升級轉型的現狀分析

光伏邊框鋁材市場需求興起的初期，鋁材廠普遍在原有工廠的建材生產設備及模式體系下轉型進入，廠房分布、設備配置、排產模式、人工配比、轉運方式等均從原建材生產體系轉換而來，生產效率低，成本居高不下。很多企業為了適應光伏型材的生產更換或改造了擠壓線、時效爐、氧化線等專機，自動化程度和生產效率得以改善，一定程度上提升了競爭力，而整個生產環節中最耗費人力的環節——鋁材的裝卸框、空滿框轉運就逐漸成為了越來越顯著的痛點。

應對這一痛點，有的企業在已投產產線上通過在擠壓出料位、噴砂上下排位、氧化上下排位等點位布置自動拆裝框系統，局部區域增設對接相鄰工序的輸送線、自動/半自動搬運車，有效減少作業人員，進一步提升行業競爭力。但改造升級的局限性較大，很難實現真正意義的全流程自動化生產，在行業競爭繼續深化，加工費進一步下探的大趨勢下，很難獲得預期競爭優勢。最終能夠在行業中保持領先競爭力的最有效途徑必然是投建專業的、具備極高的全流程自動化水平的、有較大規模產能釋放能力的新型鋁材生產廠區或車間。

圖1 某光伏邊框型材生產工廠設備及自動化物流布局示意圖

對于光伏邊框鋁材生產，其核心生產工藝流程為鋁擠壓—時效處理—噴砂—氧化—深加工。合理的廠房及設備排布應最大化的順應工藝流程的需求。但老廠因為早期規劃建設時的局限性，大多廠房、設備分散，各工序生產設備前后交叉，難以滿足全流程自動化生產的需求。而對于新建的廠區或車間，可以在整體布局時充分考慮各環節生產設備的布置位置，讓流程前后通暢，規避遠距離、重復搬運調度，同時預留合理的自動化物流輸送設備區域及各環節自動緩存區域。某光伏邊框型材生產企業的新建工廠布局如圖1所示，各環節工藝設備排布整齊合理，且充分預留了自動化物流及倉儲所需的運行空間，在實際生產過程中，各環節對接順暢，自動化程度非常高，具有非常顯著的競爭優勢。

三

合理的料框及裝框型式選擇

光伏邊框型材生產要解決眾多不同環節的型材流轉需求，其中以單只或單層型材進行輸送的場景均位于各生產機臺的進出料位置，通常各生產機臺廠家會配備相應的輸送設備，流轉輸送比較成熟。而跨流程對接不同的生產機臺則完全屬于物流搬運的范疇，自動化物流輸送系統需重點解決該類搬運問題。

而跨機臺搬運，出于穩定性和搬運效率考慮，需選用料框作為搬運載體。選用合適的料框對光伏邊框型材自動化生產意義重大。單框的裝載能力、裝卸框的型式、料框的輸送面結構和細節處理都是非常重要的因素，要滿足高效生產的需求，保證鋁型材的外形及表面不受損傷，同時也要保證空、滿料框流轉的穩定和順暢。

圖2 小框示意圖

目前，光伏邊框鋁材生產行業內使用的料框簡單按類型劃分主要為兩類，一類是如圖2所示的小框，外形尺寸基本在6000mm×1200mm×800mm左右，基本脫胎于常規鋁材廠原有的建材等生產模式時所用料框，從頂部逐層拆裝。另一類是如圖3所示的大框，外形尺寸基本在7500mm×1500mm×2500mm左右,是光伏行業興起后匹配光伏型材截面型式相對統一、單根壁厚薄重量輕等特點而特別設計制造的專用料框，從前后逐層輥入輥出拆裝。

圖3 大框示意圖

在眾多邊框型材工廠規劃及建設中，出于不同的考慮，兩類料框均有企業采用。有的企業考慮自身產品構成及遠期行業形勢轉變時具有更好的轉型靈活性，希望料框可以更好的兼容邊框型材和建材、工業材等，會優先選用兼容性更強的小框。而另一些企業，新建的工廠定位為專業的大型邊框型材生產基地，以追逐邊框生產最優模式為導向，最終很多選用了大框作為邊框鋁材生產的搬運載體。而多家專業生產邊框型材的頭部企業的實際應用和驗證都證明了大框模式在該領域內具有非常顯著的綜合優勢，具體體現在以下幾點。

一是裝載量大。每個料框隨著設計規格的不同可裝載700～1000支鋁材，對比常規小框200～400支鋁材的裝載量，可以明顯的降低物流搬運頻次，更好的滿足生產設備產能升級的的訴求，合理減少輸送設備數量，降低設備投資。

二是拆裝、轉運及存放過程不易對型材造成損傷。大框的自動化生產模式，為輥入式拆裝框，鋁材逐層沿著分布均勻的毛氈輥輸送進入料框，全程無剛性磕碰，同時進入料框后，每層隔條只承受該層型材重量，不存在相互疊層存放的問題，即使長時間存放也不會發生變形。而小框通常為抓取式拆裝框，抓取過程中因隔條發放偏差、夾具穩定性等原因，會有一定概率對型材造成磕碰及懸挑變形，同時鋁材與隔條逐層疊放，底層鋁材會因隔條承重太大變形而相應發生變形。

三是拆裝框速度快。大框模式，匹配輥入式拆裝框模式，以下沉式升降裝框機為例，每拆裝一層僅需要料框平臺進行一次80mm左右的微升降，輥道對齊后，整層料高速輸出/輸入。同時，一層容納支數通常在20～30支。而小框模式拆裝需機械手完成較大行程的兩次橫移及兩次升降，耗時較長，且易受隔條發放故障的影響。同時，一層容納支數通常在20支以內。

四是省去繁雜的隔條收發、轉運及養護工作。大框模式隔條嵌套安裝于料框結構上，全生產流程均不離框，隔條隨框，無需布置專用的搬運和收發設備。因隔條不離框且不重載，隔條變形概率極低，壽命長，只需定期檢查即可。而小框模式每層拆裝都要進行隔條收發，需要配備專用機構，同時需根據型材長短精準區分收發支數。此外，隔條還需通過專用設備或人工從后工序運送回前工序，再通過抓取機構送至隔條收發機構進行發放。而且在上述的這些環節中，隔條容易發生碰撞及變形，需經常安排專人對隔條進行檢查養護，避免因隔條變形造成拆裝框設備的故障和損壞。

綜上所述，在光伏邊框型材生產中，大框及與其匹配的輥入式裝框模式具有顯著的優勢，專業生產邊框型材的企業應優先選擇大框及輥入式拆裝框模式。

四

輥入式自動拆裝框機的結構及應用

對于大框模式，物流自動化項目面對的第一道至關重要的關卡就是自動化拆裝框。它不同于常規的小框不僅可以選用人工裝框，而且有較為成熟的半自動/全自動裝框設備，大框特有的結構型式決定其只能用高度定制化的專業設備才能完成拆裝框，人工及常規的自動拆裝框機均無法與其匹配。

應對這一需求，經過眾多項目的探索與驗證，結合客戶的愿望訴求和建議，并充分吸收學習行業內外相似應用場景中各家供應商的解決方案，從設備結構、作業模式到控制方式等多方面經驗。最終研發并投產出高度匹配大框裝/拆框需求的專業設備——輥入式自動拆裝框機，如圖4、圖5所示。

圖4 輥入式自動拆裝框機模型示意

圖5 輥入式自動拆裝框機實際應用圖

輥入式自動拆裝框機是一套多種機構協同運行的組合設備，其結構主要包括框架鋼結構、料框升降輸送載貨臺、側移式托料輸送機構、配重裝置及各方向驅動機構、各類定位、檢測、安全防護元件等。全程通過自動化程序控制各機構的協同動作，實現X軸、Y軸、Z軸三個方向的組合動作，高效穩定的完成拆/裝框作業。

以裝框為例，空框由物流系統RGV或輥式輸送機輸送入裝框機的料框升降輸送載貨臺，隨后載貨臺帶空框下降，直至料框頂層貨格到達指定裝料標高。隨后側移式托料輸送機構平移伸入料框立柱中間的空檔。托料輸送機構的輸送標高與裝框機前端的來料輸送機保持一致，待其伸縮到位后，整層料高速輸入，等料輸送到位后，載貨臺帶動料框進行微升降，頂層貨格隔條頂起托料輸送機構上的整層鋁材，完成該層裝料。隨后載貨臺繼續上升，至第二層貨格到達裝料標高，前端來料輸送機開始輸送第二層鋁材至托料輸送機構，待輸送到位后，載貨臺再次帶動料框進行微升降，第二層貨格隔條頂起托料輸送機構上的整層鋁材，完成該層裝料。按此動作循環往復，直至料框所有貨格均完成裝料后，托料輸送機構平移退出料框區域，載貨臺帶動料框升降至與物流系統RGV或輥式輸送機對齊后，將裝框完成的滿框送出，隨后由物流系統再補充一個空框進入裝框機，開啟下一個裝框循環。

該設備及其工作模式，深度契合光伏邊框鋁型材的產品結構特點和生產需求，具有非常顯著的優勢。

五

自動化物流及裝框系統的應用成效

全流程自動化物流及裝框系統已經在行業內多家頭部企業中得到應用，借助自動化物流系統及大框裝卸框模式的匹配和應用，獲得了顯著的行業競爭優勢。

江蘇某光伏邊框型材生產企業原為傳統鋁型材生產廠家，為切入光伏邊框型材，在反復論證評估后，最終決定投建全新的專業光伏邊框生產智能工廠。新工廠占地約200畝，規劃年產10～20萬噸鋁材邊框產品。工廠設計布局上充分貼合工序特性，同類型設備集中排布，不同類型設備按工序先后依次排布，深度匹配了自動化物流輸送系統，并在氧化前環節選用了高效穩定的大框及輥入式拆裝框模式，氧化后至深加工環節選用了靈活方便的小框配合自動抓取拆裝框模式，先進系統的設計理念，使其具備了行業領先的自動化生產條件和極高的土地利用率。其整體布局及生產流程路徑如圖6所示。

圖6 江蘇某光伏邊框型材生產企業自動化物流工廠布局

該工廠2024年建成投產后，很快展現出強勁的競爭力，借助于自動化生產設備與自動化物流輸送系統的高效協同，整個生產運營過程中，大大減少了人力成本的投入，對比同行業常規生產模式的企業，節省了60%的人員。同時，輥入式拆裝框系統高效穩定的性能表現，完全打破了常規生產模式中因為人工及不穩定的拆裝框系統對生產設備產能釋放產生的影響和瓶頸，整體生產節奏非常順暢，對產能的提升至少達到20%。

新廠投產不到半年，該企業即全面停產了原有的舊工廠，正式進入現代化生產的快車道。并且作為一個較晚進入光伏邊框鋁型材生產行業的后起之秀，不僅在近一年來光伏鋁材加工費不斷下行的競爭環境下能夠保持處于行業前列的利潤水平，同時不斷吸納周邊同行因無法降低生產成本而不得不釋放的訂單。目前該企業如同一匹行業黑馬，吸引了眾多下游客戶和同行的關注和青睞，產能和訂單量攀升迅速，已逐步達到了接近5%的國內市場占有率。

六

實踐應用建議

自動化物流及裝框系統在多家光伏邊框鋁材生產頭部企業的成功配套與實施，對行業內其他企業在原有工廠升級及新工廠規劃建設中均具有相當可觀的參考意義。針對新工廠規劃建設中對自動化物流及裝框系統的匹配，以圖7所示方案為例，總結如下幾個要點和建議：

圖7 新工廠規劃排布要點及建議示意圖

全局規劃,統籌設計。廠區規劃設計初期，通過全局規劃、統籌設計生產設備與自動化物流系統，避免后期介入時廠房或設備布局定型后物流交叉沖突以及設備的冗余浪費。比如，應充分考慮人員流動路線，即工人進出各自崗位的路線、管理人員及客戶參觀視察的路線等，通過專用通道設置盡量避免人員與設備的交叉，必須交叉的節點要設置自動化檢測聯動措施，人動機停，為安全生產提供可信可靠的保障措施。

一體車間，增效降本。建設一體化大型車間，集中容納全流程生產設備，避免生產流轉過程中連接不同車間產生的額外鋼構和設備成本，在一體化車間中打通全工序的生產銜接和物流調度。

自動物流，全線覆蓋。從擠壓裝框開始，一直到時效處理、噴砂、氧化整個主生產環節配備自動化物流系統及裝框系統，提升全流程范圍內的搬運效率，減少人工作業需求。

同類設備，集中布置。同類生產設備盡量同側對齊布置，保證物流輸送流向統一。同一工序所有設備集中通過一條物流線或物流軌道進入后道工序，避免因設備布置不合理導致的反復的交叉搬運，影響生產及物流效率。

大框為主，小框為輔。純粹的光伏邊框型材生產廠，料框模式選擇上建議在擠壓至氧化上排階段優先選用大框，在氧化下排至后續深加工或毛坯庫階段選用小框，這樣的組合可以保證整個系統兼具在型材生產階段各工序調度的穩定高效和在毛坯外發或深加工階段的靈活便利。

生產緩存，按需設置。充分考慮各工序前后存儲緩存需求，具備滿足生產工藝調度的緩存能力，同時具備局部區域或設備停機調整等特殊情況下的冗余存儲能力。對于儲量、吞吐量要求較高的環節，建議以立體倉庫作為生產環節的銜接樞紐，實現自動化在線緩存、大批量空滿料框信息化管理及精準定位取放，確保前后工序高效準確對接。

七

結語

在光伏邊框鋁型材生產行業，自動化物流及裝框系統的應用具有顯著的現實意義，其對于企業提升產能、降低生產成本、打造核心競爭力將發揮不可替代的作用，這一點已由眾多具有前瞻性開拓精神的企業于實際應用中得到驗證，也漸漸成為了行業共識。在光伏行業競爭進一步深化的過程中，自動化物流及裝框系統必然會隨著越來越多企業升級轉型而迎來更廣闊的市場和挑戰。為企業規劃匹配真正切合需求的自動化物流及裝框系統是一個系統性課題，需要大量的調研和探索，本文結合過往參與規劃實施的同類項目經驗，做出了粗淺的總結和建議，希望可以對光伏邊框鋁材生產行業全面擁抱自動化物流系統拋磚引玉，提供借鑒和經驗，進一步推動行業實現更高質量的發展。

———— 物流技術與應用融媒 ————

編輯、排版：王茜

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