涂裝車間輸送系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性簡析

朱金福，宋衍國

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

前言

輸送系統(tǒng)是汽車廠涂裝車間的重要組成部分，如同人體結(jié)構(gòu)一樣，工藝過程如同人類的血液，實現(xiàn)各個器官的功能正常運(yùn)作；而輸送系統(tǒng)就如同人類的血管，保證血液正常到達(dá)指定的目的地，可見涂裝車間輸送系統(tǒng)在涂裝車間生產(chǎn)過程中起到核心作用。涂裝車間輸送系統(tǒng)伴隨著汽車發(fā)展歷史，已經(jīng)有上百年歷史，從最初的手工線到半自動輸送線，再到目前全自動流水線，輸送系統(tǒng)逐步向機(jī)電一體化、節(jié)簡化方向發(fā)展。本文結(jié)合某知名車企從輸送系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性選型、輸送系統(tǒng)模擬優(yōu)化、輸送系統(tǒng)能效經(jīng)濟(jì)性分析、雪橇清理模式經(jīng)濟(jì)性分析四個方面進(jìn)行論述，研究如何用最優(yōu)的投入建設(shè)最佳的工廠涂裝輸送線。

圖1 輸送系統(tǒng)物流圖

1 輸送系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性選型

目前汽車廠涂裝車間的輸送系統(tǒng)主要包括鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、滾床輸送機(jī)、摩擦輪輸送機(jī)、EHB、穿梭小車以及相對獨立的前處理電泳輸送構(gòu)成。具體分析如下：

（1）鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)

鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)可以貫穿于整個涂裝車間，包括普鏈、積放鏈以及擺桿鏈都屬于類似結(jié)構(gòu)，通過一、二處電機(jī)帶動 30到80米鏈條同步前進(jìn)，該機(jī)構(gòu)通常由動力系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2所示。具有結(jié)構(gòu)簡單，動力消耗少，投入成本低的優(yōu)點。缺點是運(yùn)行過程噪音較大，柔性、輸送精度及平穩(wěn)性一般，長期潤滑污染設(shè)備。但這種形式仍然是多數(shù)國內(nèi)汽車廠首選方式。

圖2 烘房鏈條輸送系統(tǒng)

（2）滾床輸送機(jī)

其原理是滾床懸掛滾輪通過減速電動機(jī)和齒帶進(jìn)行驅(qū)動，滾輪借助雪橇一次輸送一臺或兩臺車身，如圖3所示。滾床輸送系統(tǒng)具有控制靈活、噪音小，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點，目前成本相對鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)高，在大型車企應(yīng)用廣泛。

圖3 滾床輸送系統(tǒng)

（3）摩擦輪輸送機(jī)

圖4 摩擦線輸送系統(tǒng)

其工作原理是靠摩擦支、吊具側(cè)面或底面推動支、吊具前進(jìn)或后推，與滾床輸送系統(tǒng)相比增加了摩擦輪，同時減少了傳動皮帶或者鏈條，其余基本結(jié)構(gòu)類似。該系統(tǒng)運(yùn)行能耗、噪音相對較低，經(jīng)濟(jì)性投入來看，介于滾床輸送系統(tǒng)和鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)間，缺點是輸送精度及平穩(wěn)性一般，目前該結(jié)構(gòu)在日系工廠應(yīng)用較多。

（4）EHB輸送系統(tǒng)

電力傳送吊具系統(tǒng)，該系統(tǒng)由車身鎖止器、吊具、鋁軌道、滑動道岔和行進(jìn)機(jī)構(gòu)組成。通過電線軌道由一側(cè)給行進(jìn)機(jī)構(gòu)供電和提供行進(jìn)命令，同時行進(jìn)機(jī)構(gòu)通過安裝的距離測量和定位激光頭，來實現(xiàn)對行進(jìn)位置的控制。該系統(tǒng)具有預(yù)組裝性強(qiáng)，使用靈活、機(jī)械調(diào)試簡易的特點，但同時對維護(hù)人員提出更高的機(jī)電知識要求，另外造價方面相對于純機(jī)械系統(tǒng)偏高。EHB系統(tǒng)目前在德系車企有較廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)上汽大眾、一汽大眾的灌蠟線具有使用案例。

圖5 EHB輸送系統(tǒng)

（5）穿梭小車系統(tǒng)

該系統(tǒng)是德國艾森曼公司研發(fā)的專有系統(tǒng)，其基本理念是給車間每臺噴涂車身配備上輪子。通過設(shè)計一種獨立的一對一載體，由該載體帶動車身到達(dá)指定的工藝區(qū)域，避免了涂裝系統(tǒng)冗余輸送設(shè)備和大量的同步運(yùn)行帶來的能源消耗。該系統(tǒng)目前在美國特斯拉工廠有實施案例。由于一次性投入相對較高，目前國內(nèi)還沒有工廠采用。

圖6 穿梭小車系統(tǒng)

（6）前處理電泳輸送系統(tǒng)

作為涂裝車間特殊又重要的工藝系統(tǒng)，前處理電泳通常設(shè)計為獨立的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。目前國內(nèi)主流的設(shè)計方式有鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)（擺桿系統(tǒng)、積放鏈等）、程控葫蘆、RODIP系統(tǒng)、多功能穿梭機(jī)等系統(tǒng)，不同項目由于受公司文化、項目成本控制、不同車企對車身涂裝質(zhì)量要求不一致等因素影響，該工藝區(qū)域輸送選型沒有絕對的標(biāo)準(zhǔn)，各種形式在國產(chǎn)、日系、德系車企中均有采用。

2 輸送系統(tǒng)模擬優(yōu)化

涂裝車間輸送系統(tǒng)的模擬，是對整個車間所有輸送設(shè)備和車身運(yùn)行狀態(tài)的物流仿真。能夠從工作站層面印證設(shè)計的生產(chǎn)能力以及輸送系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。通常模擬的目的包括：

1）找出生產(chǎn)能力不能達(dá)到目標(biāo)節(jié)拍的瓶頸點；

2）計算并優(yōu)化儲備區(qū)數(shù)量和使用情況；

3）計算并優(yōu)化車間輸送載具，包括雪橇、吊具等。

通過一系列的參數(shù)輸入，輸出最佳方案。目前比如德系汽車廠中采用西門子軟件公司開發(fā)的Plant Simulation軟件，其中有德國汽車協(xié)會專門為汽車行業(yè)開發(fā)的 VDA模塊，可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的建模。以某汽車廠60JPH車間為例，輸送單機(jī)通常要達(dá)到1500臺，輸送滑撬要達(dá)到900臺，根據(jù)實際生產(chǎn)能力和設(shè)備類型，進(jìn)行輸送系統(tǒng)的模擬能夠帶來最大限度的優(yōu)化，避免設(shè)備的投入浪費或者改造浪費。

圖7 模擬輸送量示例

3 輸送系統(tǒng)能效經(jīng)濟(jì)性分析

涂裝車間輸送系統(tǒng)能耗主要集中在電機(jī)上，目前國內(nèi)外對于電機(jī)能耗的要求不完全一致，國際上通行的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)IEC(International Electrotechnical Commission/國際電工委員會)標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)如下：

圖8 國內(nèi)外電機(jī)效率標(biāo)準(zhǔn)對比

圖9 不同等級電機(jī)能效對比

以SEW電機(jī)1.5KW為例，IE2能效對比IE1一次性投入雖然增加約45歐元，但成本運(yùn)行上一年既可以收回投資。同樣目前大眾體系已經(jīng)開始推行IE3標(biāo)準(zhǔn)，寶馬公司已經(jīng)開始在0.75KW以上電機(jī)采用IE4標(biāo)準(zhǔn)。

4 雪橇清理模式經(jīng)濟(jì)性分析

雪橇作為涂裝車間的車身輸送重要載體，對于工藝質(zhì)量有重要影響，因此雪橇清理是涂裝車間重要工作之一。目前涂裝車間的雪橇清理模式采用外委清理和自建清理兩種模式，并且在各大涂裝車間都有采用。前者具有管理便捷，結(jié)算簡單的優(yōu)勢。后者具有一次性投入大，但環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性更佳的特點。

以國內(nèi)某汽車廠為例，一次性投入土建、滑撬清洗設(shè)備、滾床設(shè)備等共計200萬人民幣，按照經(jīng)濟(jì)性測算結(jié)果，約3年能夠回收成本，后續(xù)10年內(nèi)，每年為公司節(jié)省150萬元外委費用，同時，采用中水回收技術(shù)用于清洗，能夠?qū)崿F(xiàn)能源節(jié)約的目的，增強(qiáng)社會責(zé)任。

圖10 滑撬自建模式經(jīng)濟(jì)性分析

5 意見及建議

通過上述研究，涂裝車間輸送系統(tǒng)在新建、改擴(kuò)建過程中，應(yīng)注意以下幾點：

（1）根據(jù)工廠情況選擇合適的輸送系統(tǒng)類型，目前滾床+雪橇的形式性價比較高；

（2）大型涂裝車間新建、改擴(kuò)建工藝方案確定后，需要做車間物流模擬，能夠最大效果的優(yōu)化車間輸送設(shè)備投入；

（3）電機(jī)等級選擇方面建議采用IE2以上，如果投資額允許，IE3長期回報更大；

雪橇系統(tǒng)建議采用自建模式，能夠最大限度的節(jié)省運(yùn)行成本。