汽车涂装新产线规划设计分析

摘要：文章结合行业内主流的涂装工艺特点，从新产线规划信息输入、规划设计要点等方面，介绍了如何应用业内的先进工艺，进而规划设计出一条先进、环保、精益的整车涂装线。

关键词：主流；新产线；输入；规划设计

近两年汽车产业由爆炸式发展进入到优质化发展的稳定时期。据数据显示，2018年全国汽车行业产量为2780万辆，而全国车企的产能之和超出了6000万辆。过剩产能的主要体现形式为大量闲置、关停的产线，这些产线具有以下共同缺点：工艺落后、能耗大、环保不达标等。“优质资源必不过剩”，在规划新产线时如何避免上述缺点，使之成为优势资源，从而更好地承担未来汽车产品的孵化工作。这需要规划团队付出更多的心血和精力。下面笔者根据自身经验总结出新产线规划的设计的要点，以供讨论。

1新产线规划信息输入

规划具有前瞻性，这种前瞻性不仅仅针对新工艺、新材料，也包括了对公司未来产品、产线布局的前瞻性；输入的信息越准，规划的产线越精确、越有针对性。笔者总结了开展规划设计所需要的输入信息：（1）现有及未来车型开发范围（包括最大车身的长宽高、重量、电泳面积、喷漆面积）；（2）车身板材材质及产品定义信息（冷轧板、镀锌板、铝合金板所在的位置）；（3）各车型数模图；（4）涂胶、阻尼材料、电泳、面漆等定义图及质量要求；（5）电泳、PVC材料、阻尼材料、面漆材料等烘干窗口；（6）各涂层膜厚、化学品成分表、涂料稀释比、固体份等；（7）生产组织特点及要求（比如年时基数、班制、休息及吃饭、交接班时间）；（8）国家及地方环保、清洁生产等法规要求；（9）能源、气象等输入（如燃气、热水、冷水、压缩空气的供给标准，全年降水、风向、风压、雪压等）。在输入车身板材信息时，若车型设计采用冷轧板、铝材混用的连接形式，则需更进一步调查混用的比例：如冷轧板比例较低，则可建议冷轧板电泳外协件供货；反之则整车电泳。在输入化学品材料的定义时，需充分考虑质量要求、材料特性的不确定性。例如某生产线的X车型，在喷漆图上要求内表面不少漆，色漆膜厚定义为15-20μm，而在喷涂过程中，由于某白色涂料的工程遮盖力较差，内表面需喷到22-25μm才可以满足目视质量；这样增加了内喷机器人的叠枪次数，会对机器人运动速度和节拍造成一定影响；因此在计算机器人数量时需要放一定余量。在输入生产组织要求时，需同步考虑工艺特点。例如水性漆生产线的自动内喷工序，每2小时需保洁一次，每次保洁需放4个空位；而传统溶剂型非内喷工艺，则3-4小时保洁一次；做节拍链速设计时，需充分评估工艺特性带来的生产节拍损失，计算时予以考虑。在下一节的内容中，笔者将进一步介绍各工艺段布置规划的要点。

2新产线规划设计要点

智能化、高质量、合规化、节能化，是新涂装产线规划设计的原则；但一味追高、不结合产品特性和实际情况，会造成“水土不服”。下面我们以某产线的各工序为例，列举规划思路来加以说明。2.1前处理电泳工艺的规划。为了投资及运营的精益性，同时对工业三废的排放也有较大削减，工艺上选择某薄膜型前处理材料。但该材料处理冷轧板时，对于钣金粗糙度的遮盖较差，对面漆橘皮是不利影响，需选择配套性好的高外观电泳漆。如下图1所示，选用某型号电泳漆，即便是钣金粗糙度达到1.4（Ra2.5量程），该电泳漆也能使电泳涂膜的粗糙度＜0.25（Ra2.5量程）。机械化输送形式方面：目前业内主流为C型钩、摆杆输送机、Rodip输送机、多功能穿梭机，这四种形式对于内腔防腐、排气沥液效果依次提升。但采用翻转式输送，对车身钣金的强度、底板平台化有较高要求（通常要求钣金过涂变形量≤±0.7mm）；建议选用翻转式输送设备前，进行钣金力学CAE分析，同时将试验用白车身送去试验线进行实况模拟，做前处理、电泳前后的三坐标测量对比。某项目综合考虑后最终选择了摆杆输送机作为前处理电泳的输送方式。考虑到电泳漆单耗、电泳膜厚一致性、故障发生后不影响生产，分布式IGBT整流器是不错的选择。为降低电泳二次流痕、钣金拉延油暴沸造成的缩孔问题，宜在电泳烘干前选用预烘干工艺。2.2PVC工艺的规划。PVC是涂装人员定编最多的工序，合理引入机器人来提升自动化率，就显得尤为至关重要；同时考虑大气污染物排放以及职业卫生健康，应在材料上选用高固体份、水性的材料。底板焊缝密封、底板喷涂，宜选用UBS、UBC机器人来代替人工打胶（或喷胶）；但如果想提高UBS机器人的使用效果，需要和涂装同步工程专业紧密结合，在车型数据阶段进行适应性分析。例如：某车型X底板存在排气管吊钩、线束孔等和机器人轨迹产生干涉的地方，造成断胶则，增加了人工检查、刷补的工作量；如在数据阶段优化车身布置，则可尽量避免此类情况。粗细密封，宜选用ISS机器人来代替打胶工作（刷胶依然靠人工）；这里需要注意的是，输送精度误差+车身精度的误差，不能超出±1mm，否则会导致密封不严造成的批量质量问题。通常采用二次成像的技术来降低该误差。这里可以参考前面的做法，用三坐标测量车身及滑橇综合误差，作为是否选用该工艺的参考。阻尼片宜选用LASD喷涂工艺来代替传统沥青板。其优点是：①轻量化：在同等阻尼效果下，选用LASD可减重30%-70%；②环保性：大大降低了VOC及甲醛排放，对整车气味性指标有一定提升；③采用机器人代替人力放置，可提升防错一致性、节约现场器具空间。对于PVC烘干炉的选择，建议选择废气焚烧炉+换热体+新风风幕的形式，而不建议采用三元体燃烧器，原因有以下两点：①烘干过程中胶产生的VOCs，后者不加以处理，需要再设RTO设备予以净化；②烘干过程中产生大量增塑剂，容易在强冷处产生凝结、滴油现象；如采用前者，每小时炉内换气次数可达6-8次；而采用后者，每小时换气次数仅为2次左右，会加重车身滴油现象。选用自动化PVC工艺，很多工序需要定位及二次拍照，故输送形式必选步进式；同时，在进行修检查、刷胶人工工位的定编规划时，应考虑输送进出占用的时间。2.3喷漆工艺的规划。喷漆材料上选用B1B2水性色漆+2K清漆，前者满足法规，后者配套薄膜型前处理工艺，可以使面漆外观数据达到较好的水平（尽量选用各涂层施工固体份高、VOCs占比少的涂料体系）。喷涂设备方面，选用外表面擦净机器人+内喷内加电机器人+外喷外加电机器人，来替代人工作业（内表面擦净依然需要人工）。选用这种配置，可以保障油漆利用率达75%以上，大大节约了单车材料的消耗。输送设备可选用连续式和步进式两种：选用前者，工艺链的脉动、卡停会对内喷质量会造成一定影响，也更容易损坏雾化器，优点是线体短、省动能、易于改造提产；选用后者对内喷质量的稳定性有很大保障，但如果要提产则涉及二次开门，从而更浪费机器人。空气处理方面，宜选用全新风+循环风空调设备；废气处理则选用沸石转轮+TNV/RTO进行末端治理。这里笔者给出建议：转轮浓缩后，浓度超过6g/m³（或废气量低于30000m³/h）宜选用TNV处理；浓度低于5g/m³则宜选用RTO处理。漆雾捕集及分离系统，目前业内主要有两种形式：湿式文丘里处理、干式纸盒处理（ECODRY），笔者从动能消耗、处理成本做了对比分析，如下图2所示：图2干、湿式喷漆处理成本对比由上表可以看出，采用干式纸盒处理，节约了大量制冷机及循环水泵用电量；综合考虑材料、动能、人工及处理成本，可降低约40%。2.4面漆修饰区路线的规划。很多人在规划面漆修饰区路线时，总是难以兼顾该区域的各种生产情况、逻辑关系。笔者根据自身经验总结出如下路线，结合下图作为案例，供大家参考：（1）正常车身路线（即一次交检合格车）：面漆后正常车→移行机①→修饰→移行机②→移行机③→装饰→去喷蜡。（2）点修后合格路线：面漆后正常车→移行机①→修饰→移行机②→移行机③→点修补→移行机④或⑤→装饰→去喷蜡。（3）修饰后直接去返工路线：面漆后正常车→移行机①→修饰→移行机②→返工车专用道→移行机⑥→移行机⑦→大返修→去喷漆室。（4）点修补后去返工路线：面漆后正常车→移行机①→修饰→移行机②→移行机③→点修补→移行机④或⑤→移行机⑧→套色线→移行机②→返工车专用道→移行机⑥→移行机⑦→大返修→去喷漆室。（5）套色车路线：面漆烘干后套色车→移行机⑧→套色线→移行机②→返工车专用道→移行机⑥→移行机⑦→去喷漆室。（6）AUDIT车、车身下件路线：漆后正常车→移行机①→修饰→移行机②→移行机③→AUDIT间→车身下件。（7）停线排空存储路线：面漆烘干后正常车→移行机①→面漆车身存储→移行机⑦→循环。（8）批量问题临时储存路线：面漆后正常车→移行机①→修饰→移行机②→点修补等待区→移行机⑦→面漆车身存储。上述路线可满足所有生产情况；在做平面布置时需结合逃生及物流路线、设备检修、公益维护的便利性，统筹规划考虑。

3结语

新产线规划工作，需要规划团队结合预算及周期；充分了解自身汽车产品的特性；合理地评估工艺设备的先进、环保、精益性；全面地调研新工艺的应用前提，科学地论证其优缺点；切忌一味追高、生搬硬套。

参考文献

[1]王锡春.汽车涂装工艺技术[M].北京:化学工业出版社,2005.

[2]王明磊.汽车涂装生产线绿色设计技术研究[J].现代涂料与涂装,2010,08.

[3]马汝成.汽车涂装绿色制造的发展研究[J].汽车工艺与材料,2018,10.

[4]周海滨.汽车涂装新工厂建设规划和发展研究[J].时代汽车,2019,06.

作者:柳青， 王秀锦 张黎霖 张五青 屈忠孝 张鹏 单位:奇瑞商用车（安徽）有限公司