噴涂工藝降成本創(chuàng)新案例淺析

紀大龍，馬英

（一汽轎車股份有限公司，吉林 長春 130000）

引言

現(xiàn)今汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，各大車企在著力提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時，也越來越關(guān)注產(chǎn)品的內(nèi)制成本問題，如何在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低生產(chǎn)降成本也越來越成為現(xiàn)場工藝人員無法避免的工作難點。

涂裝工藝流程的成本消耗主要分為材料消耗、人工工時及設(shè)備能耗，在這里我們以材料消耗為出發(fā)點，理清消耗分類，以工藝方案及設(shè)備程序優(yōu)化為方法，針對每項分支提出工藝創(chuàng)新降成本案例，以供現(xiàn)場工程師提供技術(shù)方向降低車間生產(chǎn)成本參考。

1 漆料噴涂工藝優(yōu)化分析

車身制造過程中涂裝工藝占據(jù)成本比例較大，而通過對涂裝內(nèi)部工藝成本結(jié)構(gòu)分析后，我們得知漆料消耗又是主要的成本輸出點，本文著力于漆料噴涂工藝降成本這一課題，通過油漆主材及溶劑輔材兩大類別分別深入探討現(xiàn)場改善方案，特此分享7 項改善案例。幫助我們提高生產(chǎn)效率，降低內(nèi)制成本。

圖1 漆料噴涂工藝優(yōu)化分析

2 降低油漆消耗

2.1 定制試線模擬程序

涂裝漆膜狀態(tài)對設(shè)備狀態(tài)及環(huán)境溫濕度波動較為敏感，因此針對工藝環(huán)境頻繁的調(diào)整噴涂參數(shù)及機器人噴涂軌跡在所難免，同時考慮新車型生準階段的顏色調(diào)試及每班次開線時的機器人試線等必要的工作。用于確認噴涂狀態(tài)的帶漆模擬噴涂所造成油漆的消耗成為我們的關(guān)注點。

傳統(tǒng)帶漆模擬方式為啟動生產(chǎn)線，進入噴涂設(shè)備模擬模式，選擇相應(yīng)（或任意）車型程序，進行完整的帶漆噴涂，此種方式最大的弊端為每次模擬都會造成至少1 量份的單車油漆消耗，積少成多，產(chǎn)生不可忽視的材料浪費。

針對此項問題我們編制試線專用噴涂程序，將試線專用程序命名為MONI，區(qū)別于傳統(tǒng)車型程序，為方便調(diào)用，將此程序定義為1 號程序，考慮到現(xiàn)場機器人相對固定的噴涂區(qū)域及姿態(tài)，我們針對MONI 程序進行特別編制，區(qū)分平面及立面，具體方案以立面MONI 程序為例，在模擬開始后，機器人運行至假設(shè)車身的前門位置，以400mm 為邊長，進行正方形運動，且每一圈賦予單獨可調(diào)配噴涂參數(shù)。以供工藝人員觀察確認機器人噴涂狀態(tài)，提高模擬效率。

圖2 試線模擬程序（立面）

該程序?qū)崿F(xiàn)降低80%油漆消耗的前提下，模擬平面及立面噴涂工況，達成試線目的。

2.2 填充程序優(yōu)化

連續(xù)生產(chǎn)過程中，機器人執(zhí)行換色清洗操作后，需執(zhí)行填充程序提前使噴涂管路填充油漆材料，以確保正式噴涂開始時，設(shè)備穩(wěn)定供漆穩(wěn)定。填充程序通常為設(shè)備廠家安裝調(diào)試設(shè)備階段編制。為滿足所有工況下填充量充足，填充程序通常具備優(yōu)化空間，因此我們選擇探索填充程序油漆消耗下限，降低油漆消耗。

通過對現(xiàn)有設(shè)備廠家制定的填充程序進行分析，輔以現(xiàn)場實驗出漆量計算，得出填充管路出漆速度為50ml/s。

現(xiàn)有填充程序設(shè)定為填充出漆時間為5s，即單機器人總填充量達到250ml。同時計算管路完全填充體積應(yīng)為100ml左右，現(xiàn)有填充量遠超填充滿管路所需基礎(chǔ)量，識別此處具備降低填充量的空間，通過對填充程序進行修改，并經(jīng)現(xiàn)場1 個月逐步放大驗證，最終鎖定將填充時間降低為3s，即出漆量降低為150ml 時，為最優(yōu)填充消耗下限，完成全面更改后，實現(xiàn)單次填充降低成本40%。

2.3 預(yù)噴涂程序優(yōu)化

現(xiàn)有車型噴涂程序中，在程序運行初期將執(zhí)行預(yù)噴涂設(shè)定，意義為賦予機器人固定噴涂流量，在程序正式對車身噴涂之前提前出漆，避免混色及甩漆點等缺陷發(fā)生。

現(xiàn)有程序邏輯為機器人在完成前車噴涂后立即執(zhí)行清洗填充程序，隨后馬上運行至準備位執(zhí)行預(yù)噴涂，直至下一臺車運動至規(guī)定位置，此時如果下一臺車距離前車較遠，則噴涂一直進行，造成不必要的浪費。

圖3 預(yù)噴涂程序改善邏輯對比

針對此情況進行程序優(yōu)化，在程序中加入條件語句，控制機器人清洗填充完成后空載運行至準備位，此時不出漆，在正式噴涂開始前2s 時執(zhí)行預(yù)噴涂程序，即在噴涂程序正式啟動前設(shè)定單獨的預(yù)噴涂啟動位，以此精準控制預(yù)噴涂執(zhí)行時間，避免不可控的浪費。

表1 預(yù)噴涂改善后經(jīng)濟效益計算

3 降低溶劑消耗

3.1 清洗程序優(yōu)化

3.1.1 探索清洗消耗下限

連續(xù)生產(chǎn)過程中，我們要使用溶劑對機器人噴杯表面及供漆管路進行清洗，如果前后兩臺車為相同顏色，我們將執(zhí)行溶劑消耗量較小的短清洗，即只對噴杯內(nèi)外表面進行清洗，如果前后兩臺車為不同顏色，我們將執(zhí)行溶劑消耗量較大的長清洗，即對噴杯內(nèi)外表面及管路皆進行充分清洗。

清洗程序通常為設(shè)備廠家安裝調(diào)試設(shè)備階段編制，為滿足所有工況下清洗量充足，清洗程序通常具備優(yōu)化空間。通過現(xiàn)場實驗計算噴杯內(nèi)表面及管路溶劑出漆速度為50ml/s，噴杯外表面清洗溶劑出漆速度為70ml/s。

因此我們著手針對清洗程序進行優(yōu)化，以短清洗為例，嘗試進行降低清洗消耗試驗，通過1 個月的逐步放大實驗，逐步將旋杯內(nèi)表面溶劑出漆實際由1.5s 降低至1.0s，旋杯外表面清洗溶劑出漆時間由1.0s 降低至0.5s，程序更改后穩(wěn)定運行，無不良缺陷產(chǎn)生，確定狀態(tài)后進行全面更改，實現(xiàn)單次清洗溶劑節(jié)約40%。

3.1.2 優(yōu)化無效清洗損耗

當我們分析長清洗程序時發(fā)現(xiàn)依然具備優(yōu)化空間，如現(xiàn)有面漆長清洗程序后段存在1s 噴杯內(nèi)表面溶劑出漆，而長清洗之后馬上將進行的填充程序中同樣存在足量的噴杯內(nèi)表面清洗，因此判定長清洗中的這1s 清洗為無意義浪費，因此決定予以取消，長期運行后觀察無異樣，實現(xiàn)單次清洗溶劑節(jié)約20%。

3.2 降低設(shè)備清洗頻次

3.2.1 油漆一站式噴涂

某油漆產(chǎn)量大并且色差對噴涂環(huán)境不敏感，占比我廠年總產(chǎn)量的約33%，該油漆為金屬漆，在常規(guī)工藝布置下按照兩站式（4+4）噴涂，單次噴涂占用8 臺面漆機器人。

通過長期對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，分析確認該油漆具備兩站式噴涂改為一站式噴涂的可行性。油漆一站式噴涂可以減少4 臺機器人的使用。將極大減少溶劑消耗。

因為此項更改涉及全部5 款在產(chǎn)產(chǎn)品的工藝方案垂直切換，風險較大，項目實施需要完備的推進計劃。

表2 油漆一站式噴涂項目推進計劃

通過近10 個月的調(diào)試驗證，歷經(jīng)油漆配方調(diào)整、漆膜膜厚優(yōu)化、噴涂軌跡調(diào)整、痱子點、桔皮等漆膜缺陷改善等多項問題，最終完成一站式噴涂方案切換，實現(xiàn)機器人占用數(shù)量減半，直接降低清洗溶劑消耗50%。

3.2.2 單/雙機器人噴涂雙色車頂部

隨著客戶對車身涂裝個性化需求逐漸強烈，雙色涂裝車身（頂部與下部噴涂不同兩種顏色）需求比例逐漸升高。雙色噴涂工藝流程一般設(shè)計為兩遍噴涂，即第一遍對車身進行整體噴涂，第二遍噴涂車身雙色部分，并對非雙色部分進行遮蔽，避免兩次噴涂車身混色。

我們發(fā)現(xiàn)二遍雙色部分噴涂時，噴涂區(qū)域往往較小，一般僅限于頂蓋及A 柱區(qū)域，因此我們考慮在車身進行第二遍雙色噴涂時，進行針對性程序編制，利用1-2 機器人完成雙色區(qū)域噴涂，將機器人占用數(shù)量由4 臺降至1-2 臺。同時免去余下機器人的清洗填充步驟，節(jié)約成本。當雙色方案為僅頂蓋雙色時，可采用1 臺機器人完成噴涂任務(wù)，當雙色方案為頂蓋及A 柱雙色時，考慮機器人有限的作業(yè)空間，可采用2 臺對側(cè)機器人完成噴涂任務(wù)。

機器人仿形程序編制過程中我們會遇到一些困難，因為根據(jù)噴房機器人布置及生產(chǎn)節(jié)拍，往往每臺機器人負責噴涂的區(qū)域是相對固定的，貿(mào)然的調(diào)整機器人噴涂區(qū)域會帶來相應(yīng)的問題，這是我們必須加以解決的問題。

圖4 正常噴涂軌跡(1)與單機器人噴涂(2)

以我司面漆線1 臺機器人噴涂A 車型頂蓋雙色方案時的仿形編制為例，此機器人常規(guī)負責區(qū)域為車身右半平面部分，如圖4。

當編制圖5 所示的單機器人完成整個頂蓋噴涂程序時，如果直接按照原有機器人啟動位置C1 啟動機器人，機器人將直接越過前蓋區(qū)域噴涂頂蓋，考慮噴房空間的Y 向距離有限，此方案會造成機器人3 軸與噴房壁板碰撞風險，為滿足機器人運行時相對室體位置安全，需通過試驗，將啟動位置進行延遲計算，更改至位置C2，同時采取頂蓋前后分段式噴涂，即沿車身縱向噴涂頂蓋前半部分，然后再噴涂頂蓋后半部分，避免縱向單次運行軌跡過長導(dǎo)致的機器人軸臂與室體壁板的碰撞風險。

圖5 正常啟動位置 (1)與單機器人啟動位置(2)

一般機器人安裝時為避免噴漆室內(nèi)左右兩側(cè)機器人執(zhí)行程序時發(fā)生碰撞，會對機器人位置限定不可超過噴房Y 向中線，我們在實現(xiàn)單機器人噴涂頂蓋則必須使機器人運動軌跡跨越中線，完全覆蓋頂蓋上部空間，因此需將此設(shè)置更改至可越過Y 向中線，擴大機器人合法運動空間。

圖6 機器人合法運動區(qū)域更改

通過以上更改，我們實現(xiàn)了使用1 臺機器人完成雙色車黑色頂蓋噴涂，進而取消了3 臺機器人的運動、清洗及填充動作，降低清洗溶劑及填充材料的成本。

表3 單機器人噴涂降本經(jīng)濟效益計算

4 結(jié)束語

論文正文分別從噴涂工藝方案、機器人編程方案、清洗填充程序等方面總結(jié)了一系列以現(xiàn)場噴涂工藝方法為出發(fā)點的創(chuàng)新降成本方案，為現(xiàn)場工程師提供技術(shù)方向降低車間生產(chǎn)成本的案例示范。現(xiàn)場工藝人員應(yīng)該從自身工作性質(zhì)出發(fā)，立足本崗，嚴格把握工藝設(shè)備及工藝流程，對現(xiàn)場工藝參數(shù)進行監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)不必要的浪費現(xiàn)象。在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，開闊思路，發(fā)掘降成本新思路。