油漆快速換色系統(tǒng)在主機(jī)廠的創(chuàng)新性應(yīng)用

操金明，姚榮子，朱力友，宋衍國(guó)

（1.一汽-大眾汽車有限公司規(guī)劃部涂裝規(guī)劃科，吉林 長(zhǎng)春 130011；2.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130011）

前言

中國(guó)經(jīng)過(guò) 30年的改革開(kāi)放，已經(jīng)成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，世界第一大汽車消費(fèi)市場(chǎng)，汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也進(jìn)入了白熱化階段。伴隨國(guó)家綠色發(fā)展理念提出，如何降低油漆車間的材料消耗和保護(hù)環(huán)境成為汽車涂裝人刻不容緩的課題。

隨著汽車在中國(guó)城市和鄉(xiāng)村的普及，各種個(gè)性化車身顏色需求越來(lái)愈多，但是，其每次生產(chǎn)的產(chǎn)量又非常小，經(jīng)常有幾個(gè)月都沒(méi)有需求，我們將這種油漆稱為“小批量顏色”，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，日產(chǎn)能為1000臺(tái)的工廠，某一種顏色每月累計(jì)小于350臺(tái)；每天產(chǎn)量小于50臺(tái)。都可以歸類為“小批量顏色”。這種顏色的油漆單價(jià)通常是“大批量顏色”油漆的兩倍甚至更高。 目前在主機(jī)廠供漆系統(tǒng)通常采用“傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)”，一次投罐至少需要800到1000公斤油漆，由于油漆長(zhǎng)期在循環(huán)管路系統(tǒng)里循環(huán)而消耗非常慢，尤其采用支管供給的系統(tǒng)，需要定期擠漆，從而導(dǎo)致小批量顏色油漆報(bào)廢量大，又會(huì)產(chǎn)生大筆的廢油漆處理費(fèi)用。同時(shí)，采用傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)現(xiàn)在已無(wú)法滿足銷售部門對(duì)更多個(gè)性化顏色品種數(shù)量和快速更換新顏色的需求。所以，改變主機(jī)廠所有油漆都采用傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)供漆模式，由新型油漆快速換色系統(tǒng)解決“小批量顏色“涂裝的創(chuàng)新性應(yīng)用已提上日程。

經(jīng)過(guò)對(duì)各種油漆供漆系統(tǒng)的調(diào)查和研究，我公司采用一種油漆快速換色系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在汽車配套件供應(yīng)商的塑料件噴涂中已得到使用，由于整車生產(chǎn)線的特殊性，目前整車制造商還少有應(yīng)用。

1 介紹油漆快速換色系統(tǒng)和傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)

1.1 油漆快速換色系統(tǒng)

快速換色系統(tǒng)是在噴漆間兩側(cè)每一種顏色各鋪設(shè)一根內(nèi)壁光滑的特制軟管，通過(guò)壓縮空氣隔膜泵將一個(gè)PIG小球（在前）和一定量的油漆（在后）快速推送到自動(dòng)和人工取漆點(diǎn)，然后機(jī)器人和噴漆工就可以噴漆，這時(shí)油漆是不循環(huán)的，只是由壓縮空氣隔膜泵不斷地單向供給。如果沒(méi)有噴漆需求，在一定時(shí)間后(可根據(jù)油漆的屬性編程定義)，系統(tǒng)自動(dòng)將軟管里剩余的油漆通過(guò)與特制軟管內(nèi)徑緊密配合的PIG小球借助 18巴左右的壓縮空氣從最后一個(gè)用漆點(diǎn)開(kāi)始推回到供漆桶，并慢速，低剪切力地?cái)嚢?，這些油漆在一定時(shí)間內(nèi)可以再次噴涂使用。這樣，油漆在沒(méi)有噴涂需求時(shí)，不用像在傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)里那樣必須強(qiáng)制地，不間斷地參與循環(huán)，導(dǎo)致其使用壽命和品質(zhì)因系統(tǒng)剪切力的影響而縮短或損壞。而且這種系統(tǒng)能在 30分鐘左右就可以完成最難清洗的顏色油漆之間的清洗和切換，例如，由紅色換成白色。因此，該系統(tǒng)非常適合多批次，少數(shù)量的小顏色油漆的生產(chǎn)，并大幅降低單車的油漆消耗和清洗劑消耗量。快速換色系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖1。

其單側(cè)管路的動(dòng)畫圖如下：

圖1 快速換色系統(tǒng)圖

1.2 傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)

傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)是通過(guò)循環(huán)泵將油漆，借助繞噴漆間四周環(huán)形鋪設(shè)的不銹鋼循環(huán)管路，以一定的壓力和流量輸送到各個(gè)自動(dòng)和人工取漆點(diǎn)。油漆必須始終在系統(tǒng)里循環(huán)，以防止油漆沉淀。它適合于大批量顏色油漆的集中生產(chǎn)。每個(gè)系統(tǒng)換色清洗時(shí)，需將填充在管路里的所有油漆倒空（為了保證生產(chǎn)質(zhì)量，這樣油漆通常直接報(bào)廢，而不再重復(fù)使用），然后添加同樣量的清洗劑，通過(guò)泵的壓力和脈沖來(lái)不斷循環(huán)清洗系統(tǒng)，需要多次更換清洗劑，通常需要一周左右的時(shí)間。它在生產(chǎn)不同顏色油漆時(shí)損失的油漆，清洗劑以及寶貴的生產(chǎn)時(shí)間也非常大。傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)圖

以上兩種供漆系統(tǒng)的主要差異見(jiàn)下表：

表1 供漆系統(tǒng)的主要差異表

從表中數(shù)據(jù)可以看出，快速換色系統(tǒng)具備換色快，投漆量少，生產(chǎn)柔性高的優(yōu)勢(shì)，非常適用于小批量或者特殊顏色油漆的噴涂生產(chǎn)。

2 快速換色系統(tǒng)的適用范圍

對(duì)于年產(chǎn)30萬(wàn)輛的油漆車間，我公司通常會(huì)安裝20套不銹鋼的傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)同時(shí)供應(yīng)兩條面漆線底色漆噴涂，安裝4套傳統(tǒng)的小循環(huán)管路系統(tǒng)供單條面漆線的底色漆噴涂。如果銷售公司同時(shí)需要的顏色品種更多，在機(jī)器人手臂上的換色閥空間、機(jī)器人七軸坦克鏈空間和調(diào)漆間的空間都難解決 。為解決生產(chǎn)無(wú)法滿足銷售對(duì)車型顏色需求的難題，我們對(duì)4種A級(jí)轎車使用的各種顏色實(shí)際裝車率進(jìn)行了調(diào)查，見(jiàn)圖3：

圖3 各種顏色實(shí)際裝車率調(diào)查示意圖

通過(guò)對(duì)這4種A級(jí)轎車的各種顏色裝車率統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其中有10種顏色的比率在2%以下，甚至有的月份為0%， 并且這些比率也是不斷變化。 如果對(duì)于這些小批量顏色，我們采用快速換色系統(tǒng)供給，就解決了設(shè)備空間的限制，減少油漆和清洗劑的浪費(fèi)，同時(shí)還能生產(chǎn)更多顏色品種。因此， 建議針對(duì)不同的顏色裝車率（2%-5%），結(jié)合車間整體產(chǎn)能及排產(chǎn)計(jì)劃，采用不同的油漆供給系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

采用傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)供給小批量顏色的油漆， 主要會(huì)造成以下幾種浪費(fèi)：

（1）為了防止油漆長(zhǎng)時(shí)間不使用而在支管中沉淀影響油漆質(zhì)量或者堵塞支管，需要定期擠出所有機(jī)器人及手工用漆點(diǎn)支管里的油漆；

（2）油漆長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)而不使用導(dǎo)致老化，油漆品質(zhì)不合格而報(bào)廢；

（3）為了保證最低系統(tǒng)投漆量而多訂的油漆材料；

（4）因?yàn)閾Q色需要頻繁清洗循環(huán)管路系統(tǒng)而浪費(fèi)的油漆和清洗劑；

（5）系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行，產(chǎn)能無(wú)效能耗；

（6）上述浪費(fèi)的油漆和清洗劑必須按照危險(xiǎn)廢棄物進(jìn)行處理，處理成本極高。

某年1月到12月小顏色油漆在傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)里的實(shí)際應(yīng)用情況示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 小顏色過(guò)程浪費(fèi)比率圖

從圖4可以看出，采用不合適的油漆供給方式，小批量顏色油漆的利用率只有24%-50% 左右。

經(jīng)過(guò)我們的測(cè)算，盡管目前快速換色系統(tǒng)的一次性投資是傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)的2到2.5倍， 但是通過(guò)減少上述浪費(fèi)，可以在不到兩年的時(shí)間內(nèi)就能收回投資成本。

4 快速換色系統(tǒng)的環(huán)境友好性分析

小批量顏色油漆采用快速換色系統(tǒng)供給后，可以顯著降低單車油漆消耗量，從根本上減少噴漆工藝過(guò)程中的 VOC排放和廢漆，廢清洗劑的處理量。

快速換色系統(tǒng)只在噴漆時(shí)才消耗電能和壓縮空氣，在較長(zhǎng)時(shí)間不噴漆時(shí)，只需保證供漆桶以較低轉(zhuǎn)速攪拌即可，管路系統(tǒng)是空的。所以與傳統(tǒng)的循環(huán)管路系統(tǒng)相比，能耗會(huì)低很多。

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，即實(shí)現(xiàn)多種顏色通過(guò)一套系統(tǒng)供給，在滿足生產(chǎn)、保證質(zhì)量前提下，節(jié)約了占地面積，實(shí)現(xiàn)社會(huì)資源最大化。

5 意見(jiàn)及建議

使用快速換色系統(tǒng)時(shí)，還需注意以下要點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)線取漆點(diǎn)數(shù)量及生產(chǎn)線整體長(zhǎng)度，保證壓力、流速的均衡，克服輸送過(guò)程對(duì)材料性能的影響，并根據(jù)生產(chǎn)線整體產(chǎn)能，配置合理的供給桶。

（2）在編制生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，盡可能考慮將小批量顏色的車集中在幾個(gè)班次或者幾天生產(chǎn)；如果有多條面漆線生產(chǎn)的話，涂裝車間輸送設(shè)備控制系統(tǒng)需要考慮將特定顏色的車身送到特定的面漆線，這樣可以避免頻繁更換供漆桶。

（3）在涂裝車間還需要通過(guò)中央控制室和輸送設(shè)備控制系統(tǒng)，及時(shí)通知調(diào)漆間，后續(xù)生產(chǎn)將噴涂哪種顏色，以便根據(jù)小批量顏色需求信息，提前做好相應(yīng)的油漆供應(yīng)準(zhǔn)備。

（4）將快速換色系統(tǒng)事后并入已投入生產(chǎn)的機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，必須考慮安裝在機(jī)器人手臂上的軟管的柔韌性和耐磨性，最好將它們安裝到機(jī)器人已有的油漆軟管保護(hù)套管里，并系統(tǒng)地測(cè)試在機(jī)器人運(yùn)行各種軌跡時(shí)是否有干涉和折彎現(xiàn)象，以防止軟管長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)時(shí)破裂。

（5）在發(fā)包新油漆時(shí)，對(duì)于小批量顏色的油漆，最好詢問(wèn)各種不同包裝大小桶的油漆單價(jià)，這樣可以根據(jù)情況采用更小體積供漆桶，將油漆消耗量降到最低。

6 結(jié)束語(yǔ)

在供給側(cè)改革的大背景下，我們必須滿足各種小眾客戶的個(gè)性化車身顏色需求，采用最環(huán)保,最經(jīng)濟(jì)的方式使用我們的油漆供給系統(tǒng)。 目前我們正在建設(shè)的年產(chǎn)三十萬(wàn)輛車的油漆車間，與以往同等規(guī)模的項(xiàng)目相比，已少安裝10套傳統(tǒng)的底色漆循環(huán)管路系統(tǒng)，取而代之地是安裝四套快速換色系統(tǒng)。根據(jù)估算，能滿足工廠的各種顏色油漆生產(chǎn)的需要，同時(shí)將給主機(jī)廠帶來(lái)很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。