油漆快速換色系統在主機廠的創新性應用

操金明，姚榮子，朱力友，宋衍國

（1.一汽-大眾汽車有限公司規劃部涂裝規劃科，吉林 長春 130011；2.機械工業第九設計研究院有限公司，吉林 長春 130011）

前言

中國經過 30年的改革開放，已經成為世界第二大經濟體，世界第一大汽車消費市場，汽車行業的競爭也進入了白熱化階段。伴隨國家綠色發展理念提出，如何降低油漆車間的材料消耗和保護環境成為汽車涂裝人刻不容緩的課題。

隨著汽車在中國城市和鄉村的普及，各種個性化車身顏色需求越來愈多，但是，其每次生產的產量又非常小，經常有幾個月都沒有需求，我們將這種油漆稱為“小批量顏色”，根據經驗，日產能為1000臺的工廠，某一種顏色每月累計小于350臺；每天產量小于50臺。都可以歸類為“小批量顏色”。這種顏色的油漆單價通常是“大批量顏色”油漆的兩倍甚至更高。 目前在主機廠供漆系統通常采用“傳統的循環管路系統”，一次投罐至少需要800到1000公斤油漆，由于油漆長期在循環管路系統里循環而消耗非常慢，尤其采用支管供給的系統，需要定期擠漆，從而導致小批量顏色油漆報廢量大，又會產生大筆的廢油漆處理費用。同時，采用傳統的循環管路系統現在已無法滿足銷售部門對更多個性化顏色品種數量和快速更換新顏色的需求。所以，改變主機廠所有油漆都采用傳統的循環管路系統供漆模式，由新型油漆快速換色系統解決“小批量顏色“涂裝的創新性應用已提上日程。

經過對各種油漆供漆系統的調查和研究，我公司采用一種油漆快速換色系統，這種系統在汽車配套件供應商的塑料件噴涂中已得到使用，由于整車生產線的特殊性，目前整車制造商還少有應用。

1 介紹油漆快速換色系統和傳統的循環管路系統

1.1 油漆快速換色系統

快速換色系統是在噴漆間兩側每一種顏色各鋪設一根內壁光滑的特制軟管，通過壓縮空氣隔膜泵將一個PIG小球（在前）和一定量的油漆（在后）快速推送到自動和人工取漆點，然后機器人和噴漆工就可以噴漆，這時油漆是不循環的，只是由壓縮空氣隔膜泵不斷地單向供給。如果沒有噴漆需求，在一定時間后(可根據油漆的屬性編程定義)，系統自動將軟管里剩余的油漆通過與特制軟管內徑緊密配合的PIG小球借助 18巴左右的壓縮空氣從最后一個用漆點開始推回到供漆桶，并慢速，低剪切力地攪拌，這些油漆在一定時間內可以再次噴涂使用。這樣，油漆在沒有噴涂需求時，不用像在傳統的循環管路系統里那樣必須強制地，不間斷地參與循環，導致其使用壽命和品質因系統剪切力的影響而縮短或損壞。而且這種系統能在 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，該系統非常適合多批次，少數量的小顏色油漆的生產，并大幅降低單車的油漆消耗和清洗劑消耗量。快速換色系統流程圖見圖1。

其單側管路的動畫圖如下：

圖1 快速換色系統圖

1.2 傳統的循環管路系統

傳統的循環管路系統是通過循環泵將油漆，借助繞噴漆間四周環形鋪設的不銹鋼循環管路，以一定的壓力和流量輸送到各個自動和人工取漆點。油漆必須始終在系統里循環，以防止油漆沉淀。它適合于大批量顏色油漆的集中生產。每個系統換色清洗時，需將填充在管路里的所有油漆倒空（為了保證生產質量，這樣油漆通常直接報廢，而不再重復使用），然后添加同樣量的清洗劑，通過泵的壓力和脈沖來不斷循環清洗系統，需要多次更換清洗劑，通常需要一周左右的時間。它在生產不同顏色油漆時損失的油漆，清洗劑以及寶貴的生產時間也非常大。傳統的循環管路系統流程圖見圖2。

圖2 傳統的循環管路系統圖

以上兩種供漆系統的主要差異見下表：

表1 供漆系統的主要差異表

從表中數據可以看出，快速換色系統具備換色快，投漆量少，生產柔性高的優勢，非常適用于小批量或者特殊顏色油漆的噴涂生產。

2 快速換色系統的適用范圍

對于年產30萬輛的油漆車間，我公司通常會安裝20套不銹鋼的傳統的循環管路系統同時供應兩條面漆線底色漆噴涂，安裝4套傳統的小循環管路系統供單條面漆線的底色漆噴涂。如果銷售公司同時需要的顏色品種更多，在機器人手臂上的換色閥空間、機器人七軸坦克鏈空間和調漆間的空間都難解決 。為解決生產無法滿足銷售對車型顏色需求的難題，我們對4種A級轎車使用的各種顏色實際裝車率進行了調查，見圖3：

圖3 各種顏色實際裝車率調查示意圖

通過對這4種A級轎車的各種顏色裝車率統計，發現其中有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。 如果對于這些小批量顏色，我們采用快速換色系統供給，就解決了設備空間的限制，減少油漆和清洗劑的浪費，同時還能生產更多顏色品種。因此， 建議針對不同的顏色裝車率（2%-5%），結合車間整體產能及排產計劃，采用不同的油漆供給系統。

3 系統的經濟性分析

采用傳統的循環管路系統供給小批量顏色的油漆， 主要會造成以下幾種浪費：

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

（2）油漆長時間循環而不使用導致老化，油漆品質不合格而報廢；

（3）為了保證最低系統投漆量而多訂的油漆材料；

（4）因為換色需要頻繁清洗循環管路系統而浪費的油漆和清洗劑；

（5）系統長期運行，產能無效能耗；

（6）上述浪費的油漆和清洗劑必須按照危險廢棄物進行處理，處理成本極高。

某年1月到12月小顏色油漆在傳統的循環管路系統里的實際應用情況示意圖見圖4。

圖4 小顏色過程浪費比率圖

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。

經過我們的測算，盡管目前快速換色系統的一次性投資是傳統的循環管路系統的2到2.5倍， 但是通過減少上述浪費，可以在不到兩年的時間內就能收回投資成本。

4 快速換色系統的環境友好性分析

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

快速換色系統只在噴漆時才消耗電能和壓縮空氣，在較長時間不噴漆時，只需保證供漆桶以較低轉速攪拌即可，管路系統是空的。所以與傳統的循環管路系統相比，能耗會低很多。

該系統可實現柔性化生產，即實現多種顏色通過一套系統供給，在滿足生產、保證質量前提下，節約了占地面積，實現社會資源最大化。

5 意見及建議

使用快速換色系統時，還需注意以下要點：

（1）系統設計時，應結合生產線取漆點數量及生產線整體長度，保證壓力、流速的均衡，克服輸送過程對材料性能的影響，并根據生產線整體產能，配置合理的供給桶。

（2）在編制生產計劃時，盡可能考慮將小批量顏色的車集中在幾個班次或者幾天生產；如果有多條面漆線生產的話，涂裝車間輸送設備控制系統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中央控制室和輸送設備控制系統，及時通知調漆間，后續生產將噴涂哪種顏色，以便根據小批量顏色需求信息，提前做好相應的油漆供應準備。

（4）將快速換色系統事后并入已投入生產的機器人系統時，必須考慮安裝在機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器人已有的油漆軟管保護套管里，并系統地測試在機器人運行各種軌跡時是否有干涉和折彎現象，以防止軟管長時間運動時破裂。

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

6 結束語

在供給側改革的大背景下，我們必須滿足各種小眾客戶的個性化車身顏色需求，采用最環保,最經濟的方式使用我們的油漆供給系統。 目前我們正在建設的年產三十萬輛車的油漆車間，與以往同等規模的項目相比，已少安裝10套傳統的底色漆循環管路系統，取而代之地是安裝四套快速換色系統。根據估算，能滿足工廠的各種顏色油漆生產的需要，同時將給主機廠帶來很好的經濟效益和環保效益。