淺談乘用車涂裝生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)

近10年是中國汽車工業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期， 2017年中國汽車市場全年累計(jì)銷量達(dá)2 376.44萬輛，中國市場已成為全球最大的汽車銷售市場。伴隨著新能源汽車的推廣與應(yīng)用，互聯(lián)網(wǎng)造車新勢力也紛紛布局汽車行業(yè)，然而國內(nèi)汽車品牌經(jīng)過多年發(fā)展布局，產(chǎn)能已超過5 000萬輛/a。未來的涂裝車間規(guī)劃，必然會(huì)向高效、節(jié)能的方向發(fā)展，涂裝是汽車生產(chǎn)四大工藝中工藝最復(fù)雜，建設(shè)成本、運(yùn)行成本最高的工藝。立足于汽車行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，未來涂裝生產(chǎn)線規(guī)劃將對運(yùn)行穩(wěn)定性、高效性、節(jié)能性、先進(jìn)性提出更高的要求。乘用車涂裝因其車身結(jié)構(gòu)板表面質(zhì)量更高，用戶對乘用車舒適性、美觀性的要求也高于其他類型汽車，乘用車涂裝生產(chǎn)線較其他汽車有先進(jìn)、高效、成熟的規(guī)劃設(shè)計(jì)特點(diǎn)。本文主要介紹乘用車涂裝生產(chǎn)線的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1 產(chǎn)能計(jì)算

在設(shè)計(jì)的前期需要和用戶明確設(shè)計(jì)輸入，這是做好涂裝車間規(guī)劃工作的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)輸入主要需要收集以下三方面信息。

1.1.1 項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)

明確項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)有兩個(gè)重要意義:1）涂裝車間的規(guī)劃在以滿足國家和地方的安全衛(wèi)生環(huán)保相關(guān)規(guī)范法規(guī)下實(shí)施開展，明確項(xiàng)目建設(shè)地后，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐陌踩?、衛(wèi)生、環(huán)保、消防等法規(guī)規(guī)劃涂裝車間。2）根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)地的氣象條件進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的選型計(jì)算，車間、工位是否考慮制冷、采暖措施，為噴漆室空調(diào)能耗計(jì)算提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1.1.2 車型參數(shù)

確定該生產(chǎn)線投產(chǎn)的工件種類、最大車型尺寸、最大車型質(zhì)量、最大電泳面積和最大內(nèi)外噴漆面積和最大涂膠面積等信息。其中最大車型尺寸不能簡單作為車間內(nèi)最大設(shè)計(jì)通過尺寸，往往要考慮車身正、側(cè)、后方車門安裝夾具后的開門尺寸。準(zhǔn)確的車型參數(shù)是精益規(guī)劃、降低建設(shè)成本、保障低運(yùn)行成本的前提，在生產(chǎn)產(chǎn)品明確的前提下，盡量提供準(zhǔn)確的車型參數(shù)，合理選擇生產(chǎn)節(jié)距、按需配置工位長度、精益化規(guī)劃配套的材料、公用供給設(shè)備，可最大限度地保障生產(chǎn)線的高效與精益。

1.1.3 班制及生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

需明確以下數(shù)據(jù)：年產(chǎn)量（Ny）、生產(chǎn)班制安排、備件率（Es）、返修率（Er）、設(shè)備開動(dòng)率（E）、年時(shí)基數(shù)（Ty），作為1.2綱領(lǐng)設(shè)計(jì)的原始資料。

1.1.4 生產(chǎn)配套公用參數(shù)

明確項(xiàng)目中使用的工業(yè)水、純水、天然氣、熱水（蒸氣）、壓縮空氣的設(shè)計(jì)參數(shù)及供應(yīng)壓力等信息，以某項(xiàng)目為例：

照明電：單相，（220±22）V/50 Hz；熱水：供應(yīng)壓力（0.5±0.1） MPa，供水溫度95 ℃，回水溫度70 ℃；天然氣：供應(yīng)壓力0.03～0.05 MPa，熱值8 500 kcal/m³；工業(yè)水：供應(yīng)壓力0.3~0.4 MPa；壓縮空氣：供應(yīng)壓力0.6 MPa。

1.2 綱領(lǐng)計(jì)算

單個(gè)工位的節(jié)拍計(jì)算公式為：NJPH=Ny×（1+Es+Er）/Ty/E，

工位的節(jié)拍時(shí)間：ta=60/NJPH

根據(jù)不同工位的節(jié)拍時(shí)間ta和不同工序所需的節(jié)距D可計(jì)算出鏈速V：V=D/ta,根據(jù)該工位所需的工藝處理時(shí)間Tp，可計(jì)算出工位長度L：L=VTp， 圓整后可得出工位長度。

2  乘用車涂裝車間廠房設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

涂裝車間配套的廠房設(shè)計(jì)原則，除了考慮建設(shè)設(shè)計(jì)常規(guī)的抗負(fù)荷、抗震、耐火等能力外，對通風(fēng)、排煙氣的要求也比較高。汽車涂料中包含有害的氣體，如果不能迅速的排出氣體，可能會(huì)引發(fā)生產(chǎn)職業(yè)安全的問題；涂裝車間的材料易燃燒，為了避免發(fā)生火災(zāi)事故，必須做好防火設(shè)計(jì)。車間墻體、鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》考慮相應(yīng)的防火措施；涂裝車間還要求具有良好的密閉性及防塵性，減少車間內(nèi)的能量散失，為車間內(nèi)的非標(biāo)設(shè)備提供清潔的作業(yè)環(huán)境。乘用車因?yàn)槠焚|(zhì)要求高，車間的潔凈度要求高于專用車、工程機(jī)械的涂裝車間。

2.2 廠房形式

主要有兩種形式：鋼結(jié)構(gòu)廠房及混凝土廠房。鋼結(jié)構(gòu)廠房具有高強(qiáng)度、自重輕、整體剛性好、變形能力強(qiáng)、跨度大、施工工期短、建筑迅速、抗風(fēng)和抗震能力較好、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但由于鋼材耐火性能較差，易腐蝕的缺點(diǎn)致使鋼結(jié)構(gòu)廠房同樣有不耐火、易銹蝕的缺陷存在，而且這些缺點(diǎn)導(dǎo)致其后期維護(hù)費(fèi)用較高。而混凝土廠房合理地發(fā)揮了鋼筋和混凝土兩種材料的性能，因此其具備較好的整體性能，抗壓能力較強(qiáng)。另外人們對其較為熟知的優(yōu)點(diǎn)還有取材容易、不易銹蝕、耐火性能較好、維修費(fèi)用較低、保溫性能好等。但鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能較差、整體建筑質(zhì)量較大、抗裂性較差、建設(shè)周期長。

3  生產(chǎn)工藝配置

目前乘用車涂裝的生產(chǎn)工藝已趨向穩(wěn)定成熟，工藝配置的主要差別在于底漆與面漆兩個(gè)工段，底漆工段前處理目前有兩大主流工藝：磷化工藝和硅烷工藝。其中，磷化工藝作為國內(nèi)目前使用最廣泛、應(yīng)用較成熟的工藝不再過多介紹。硅烷工藝的成膜機(jī)理: 脫脂后的車身浸入硅烷槽液后，基材表面的金屬被氧化，導(dǎo)致基材微觀界面的 pH 升高，使附近的 ZrF6 2－ 變得不穩(wěn)定，從而在金屬表面形成復(fù)雜的鋯化合物，形成致密的硅烷膜，如圖1所示。

中面漆工位目前主流水性漆噴涂工藝分為以下3類: 3C2B工藝（三涂兩烘水性工藝）、3C1B工藝（三涂一烘水性工藝）、B1B2工藝（免中涂水性漆工藝）。三者的主要差別在于中涂噴漆及烘干（熱閃干）、中涂打磨工位的設(shè)置，其中B1B2工藝相較于3C2B及3C1B工藝，最節(jié)能、運(yùn)行成本及投資成本最低，但涂料成本、生產(chǎn)管理難度、對車身鋼板及電泳表面質(zhì)量要求最高。

4  繪制工藝平面圖

確定主要設(shè)備形式，選取最適宜的前處理電泳、噴漆、烘干設(shè)備后，結(jié)合節(jié)拍計(jì)算的結(jié)果，即可繪制出相應(yīng)的前處理電泳、噴漆、烘干、操作工位的布局圖，作為繪制工藝平面圖的基礎(chǔ)。其中對工藝圖布局影響較大的是前處理電泳的輸送形式及烘干爐的形式，根據(jù)節(jié)拍及產(chǎn)品品質(zhì)的不同要求，前處理電泳輸送形式主要包括：自行葫蘆單軌輸送系統(tǒng)、擺桿鏈輸送系統(tǒng)、積放鏈輸送系統(tǒng)、翻轉(zhuǎn)輸送系統(tǒng)。烘干爐的主要形式主要包括：直通式烘干爐、π型烘干爐、U型橋式烘干爐，幾種設(shè)備的設(shè)備尺寸，運(yùn)行方式均有差異。需要在規(guī)劃之初與使用方確認(rèn)好形式，保障工藝圖的準(zhǔn)確性。

4.2 確定分層分區(qū)原則

根據(jù)選取的工藝，依照各工序的外形尺寸，繪制簡單的區(qū)劃圖，廠房通常采用兩層（局部三層形式），通常人工操作區(qū)域、物流區(qū)域；噴漆、烘干設(shè)備應(yīng)分區(qū)明確。按該原則布置，可保障車間內(nèi)人流物流順暢便捷、冷熱分區(qū)分明、潔凈度便于控制、生產(chǎn)組織管理方便等。

4.3 高效節(jié)能新技術(shù)介紹

4.3.1 ED-RO技術(shù)

單純利用 UF 系統(tǒng)可保障電泳涂料回收率達(dá)到 97%以上，但仍會(huì)有少部分涂料樹脂等透過超濾膜；而ED-RO 反滲透技術(shù)可以進(jìn)一步提高電泳漆的回收率，達(dá) 99%以上，進(jìn)一步提高電泳漆的利用率，實(shí)現(xiàn)電泳系統(tǒng)“零”排放。ED-RO 系統(tǒng)分離出的濃水與純水，可以分別利用于超濾系統(tǒng)的噴淋及純水洗槽的噴淋。該處理過程不需要額外耗費(fèi)純水，也不增加需污水處理站凈化處理的廢水。可以降低生產(chǎn)線的用水成本、電泳漆消耗，但ED-RD系統(tǒng)本身運(yùn)行也會(huì)消耗能源，系統(tǒng)需要定期維修更換反滲透膜。對于污水處理成本較高的地區(qū)可以結(jié)合涂裝及污水處理站的運(yùn)營成本，綜合分析，根據(jù)綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮采用該技術(shù)。

4.3.2 智能工廠控制系統(tǒng)

通過實(shí)施能源智能監(jiān)控系統(tǒng)、各工廠大數(shù)據(jù)采集分析等功能實(shí)現(xiàn)對品牌旗下所有生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集，利用大數(shù)據(jù)可以分析出該某個(gè)地區(qū)項(xiàng)目的高能耗工位，對高能耗工位進(jìn)行專題分析研究，降低生產(chǎn)能耗。通過對外界氣溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控，降低空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)、強(qiáng)冷系統(tǒng)的冷凍水耗量，根據(jù)季節(jié)、每日時(shí)間段的變化，自動(dòng)切換工作模式，降低生產(chǎn)線的能源消耗。

4.3.3 水性LASD機(jī)器人自動(dòng)噴涂

LASD水性材料替代了瀝青阻尼隔音墊，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)噴涂以及環(huán)保減排，具有以下優(yōu)勢：1）機(jī)器人噴涂生產(chǎn)效率、材料利用率高，穩(wěn)定可靠；2）降低了該工序的物流需求，機(jī)器人LASD采用自動(dòng)材料供應(yīng)系統(tǒng)，原有瀝青阻尼隔音墊平均單車耗量為6~8 kg，極大降低了該工位的物流成本：3）該材料VOC、甲醛等物質(zhì)含量低，不僅提高了生產(chǎn)過程中的環(huán)保性，也避免了在駕駛艙內(nèi)使用有致癌風(fēng)險(xiǎn)的瀝青材料：4）較傳統(tǒng)材料質(zhì)量減輕約70%，有利于車身輕量化。

5 結(jié)語

乘用車涂裝車間的規(guī)劃涉及土建、結(jié)構(gòu)、公用、化工、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科的綜合性知識(shí)，規(guī)劃者在設(shè)計(jì)過程中需要與用戶充分溝通，收集準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)、建設(shè)地法規(guī)選取合理的工藝配置、建筑結(jié)構(gòu)、公用能源。收集用戶的使用習(xí)慣，合理規(guī)劃工藝平面布置圖。從設(shè)計(jì)階段要使用精益設(shè)計(jì)的原則對設(shè)備長度、形式合理選型，保障生產(chǎn)線的高效節(jié)能。