淺談叉車結構件自動化涂裝生產線建設

吳 鵬

（浙江尤恩叉車股份有限公司，浙江 杭州 311404）

叉車在物流行業扮演著非常重要的角色[1]，是物流搬運領域極為重要的產品，廣泛應用于工廠、貨場、車站、機場、港口等國民經濟部門[2-3]。尤恩叉車的前身是成立于1978年的杭州叉車總廠新登分廠，具有40多年工程機械研發和制造的歷史。尤恩叉車的產品遠銷美國、法國、德國、俄羅斯、阿爾及利亞、印度、巴西、墨西哥、土耳其等全球140多個國家和地區，尤恩叉車擁有歐洲市場CE認證和北美市場EPA認證。2021年公司產銷各類叉車3 000臺，銷售收入突破3億元，尤恩叉車已經成為華東地區重要的叉車生產研發基地和工業車輛強勢品牌。

尤恩叉車以生產各類叉車為主，在生產過程中涉及的主要工藝工序有鋼材切割、沖壓、精加工、焊接、涂裝、裝配、測試、精整等。按照尤恩叉車的發展規劃及市場預測，在未來的幾年公司的叉車產量會逐步增加，各類叉車年產將達到10 000臺。為了適應公司發展規劃，尤恩叉車擬新建一條叉車結構件自動化涂裝生產線，隨著國家環保剛性要求越來越高，涂裝工序對涂裝設備、工藝提出了更高的要求[4]，新設計的噴粉涂裝車間要求在產能、噴涂質量、自動化程度、資源利用率上遠高于公司之前使用的舊設備。

1 數字化車間建設的基本情況

1.1 建設基本情況

在建設數字化車間方面，以噴粉涂裝車間的升級改造為契機，重點推動數字化制造平臺的規劃建設?；诰婊枷?，在建設和設計之初就根據計劃產能目標和車間布局，對生產過程進行了仿真設計，優化產線布局和生產節拍，合理規劃產能。本次技改升級全面采用了行業領先的全自動噴涂生產線，在高度自動化的基礎上，實現了車間的數字化以及局部的智能化。

1.2 建設目標

尤恩叉車以建設智能工廠為目標，在做好數字化車間的基礎上積極推進數字化管理覆蓋全流程、全要素，以噴涂車間數字化產線建設項目為示范，深入推進靜電噴粉涂裝產線的數字化改造，基本實現計劃調度、生產工藝、物料配送、精益制造、生產設備（設施）、安全環保等方面的數字化管理與控制的車間形態。

隨著對環保的要求越來越嚴格和靜電粉末涂裝行業低溫烘烤粉末的逐步實現，靜電粉末涂裝的需求和應用越來越廣泛[5]。全面采用自動化的噴粉涂裝、烘干、檢測一體化流水生產線，基于全集成自動化技術實現全局設備的聯網，實現生產透明化，計劃、制造、品控、倉儲等重要業務完成數據集成，聯網率達到90%以上。通過本次數字化噴涂車間項目的實施，培養和鍛煉一支數字化人才隊伍，為尤恩叉車的全面數字化升級提供人才和技術支持。

1.3 自動化涂裝生產線主體建設

叉車結構件主要指車架、門架、貨架等，由型材或厚板材焊接而成，在叉車部件的涂裝中占主導地位[6]。尤恩叉車結構件自動化涂裝生產線布局合理，裝備和產線數字化水平處于行業領先水平，裝備數控化率、設備聯網率達到80%以上，本生產線針對公司叉車結構部件噴粉涂裝而設置，主要涂裝部件包括叉車車架、門架、護頂架等，噴粉線主要采用“離線拋丸除銹處理+前處理噴淋（脫脂、硅烷等）+膩子+噴粉”的工藝。對工件采用環保噴粉涂裝工藝，粉末固化采用紅外加熱，有效減少工件升溫時間，節約能源[7-8]。

叉車結構件自動化涂裝生產線總體采用積放鏈作為輸送鏈的流水線形式，基本工藝流程為：上件→預脫脂→脫脂→水洗→純水洗1→純水直噴→硅烷或陶化→純水洗2→純水洗3→吹水→刮膩子→膩子烘干→強冷→膩子打磨→精修→噴粉→固化預熱→粉末固化→強冷→下件。

1）噴粉線工件組掛最大外形尺寸：3 145 mm×1 650 mm× 1 785 mm（L×W×H），每掛門架采用上、下兩層方式，每掛車架一件；

2）工件材料板厚：4 mm~60 mm；

3）噴粉線工件組掛最大重量：1 040 kg/掛；4）涂層厚度：平均60 μm~100 μm；

5）噴粉輸送方式：懸掛式積放鏈輸送；

6）噴粉線生產節拍：5 min/掛；

7）工作制度：300天，單班制，每班工作8 h。

尤恩叉車結構件自動化涂裝生產線數字化車間項目現場及先進性簡要總結：

1）自動化噴涂生產線，提質增量精確噴涂；

2）科學布槍方式，滿足多類型產品的噴涂生產；

3）量身定制粉房設計，獨特的自動翻板結構，保證作業車間環境干凈整潔；

4）大旋風分離回收系統，多余粉末循環利用；

5）專業操作人員數量減少，減輕企業管理負擔。

1.4 工藝流程改進

在實施自動化改造前，采用“膩子+油漆”工藝，所有工作由工人執行完成。基于精益生產的思想，對原來的工藝進行改進，選用靜電粉末噴涂工藝，并采用全自動的流水生產線，減少了占地面積，提高了效率，大大縮短了噴涂時間，降低了能耗，粉末二次利用減少了原材料浪費。圖1為改造后的工藝流程，圖2為改造前的生產車間，圖3為改造后的生產車間。

圖1 改造后的工藝流程

圖2 改造前的生產車間

圖3 改造后的生產車間

2 數字化車間建設的意義

2.1 提升生產效率

尤恩叉車持續不斷地進行技術創新，目前現有叉車總裝生產線4條，各類零部件生產線10余條，整機數字化檢測線1條，標準試驗場1處，各類進口、國產先進設備、工裝及檢測儀器200余臺套。通過數字化改造，公司的產能從原來的每天20臺，提高到了現在的每天50臺，用工規模從以前的150多人，降到了現在的100多人，產能提高了2~3倍，成本降低了約30%，公司的數字化改造得到了顯著成效。

2.2 提升質量

原來采用人工噴涂工藝，產品質量的高低與現場工人的經驗、身體狀況、精神狀態、認真程度和責任心等密切相關，產品質量不穩定，工作效率不高。改造成自動化噴涂生產線后，產品質量不再依賴上述因素，嚴格按照設定的自動化程序進行噴涂烘干，產品質量的一致性和穩定性有了極大改善。此外，通過開展基于人工智能的智能檢測、智能現場運維及故障預警、實時工況等數據報告，自動生成點檢、保養、預防性維護任務，現場人員通過移動終端執行任務，并自動生成績效報表，實現產品不良率降低25%以上的目標。

2.3 提升原料利用率

1）采用靜電噴粉工藝，棄用“膩子+噴漆”工藝，并對粉末進行二次回收利用，可提高原料的利用率。

2）通過改進自動化控制參數，基于生產批次和產品數據（外形、尺寸）選擇對應的參數組，根據外形選擇優化的噴涂路徑，有效控制噴嘴角度和大小，結合生產大數據、質量大數據、原料消耗大數據等進行綜合分析，持續進行工藝改進和參數調優，逐漸降低單位面積耗漆量。通過工藝改進和綜合技術改造，預計原料利用率將提高近20%。

2.4 提升能源效率

1）采用靜電噴粉工藝，可以大量縮短烘干時間，減少對燃氣和電能的消耗。

2）采用全自動化的噴粉涂裝流水線，節省生產時間，節約設備空機等待時間，節約能源。

3）采用高效電機和變頻器，合理控制風機風門的開度，節約電能。

4）通過基于批次的生產大數據和能源大數據分析，計算單位面積和單件耗能量，統計每班次、每批次的能源消耗，對員工實施激勵，鼓勵員工發現并減少空機等待、白天開燈等情況，減少能源消耗。

5）通過生產大數據和質量大數據分析，避免過早開啟或過晚關閉加熱裝置，通過工藝分析和過程控制改進，節省能源。通過項目改造，綜合能源的消耗預計將減少15%以上。

2.5 提升經濟效益

通過項目改造升級，產能和效率提高了3~5倍，交貨時間縮短了70%，原料利用率提高了近20%，能源消耗降低15%，產品質量（一次合格率）提高了20%，現場熟練工人人數降低了60%。通過此次改造，經濟效益得到了明顯提升。

2.6 提升社會效益

1）改善工作環境。在叉車結構件噴粉涂裝線數字化車間改造之前，采用“膩子+油漆”工藝，所有的工作由工人執行完成，工作環境惡劣，長期處在這樣的環境，對工人的身體有較大危害，公司一般采用“輪崗+補貼”的方式給予工人補償。一旦生產線實現自動化，整個涂裝和烘干過程將在封閉的空間內進行，不需要過多的人工干預，減輕了勞動強度，改善了工作環境。

2）改善自然環境。在生產線自動化改造后，采用靜電噴粉工藝，吸附效果非常好，車間干凈，多余的噴粉會自動掉落并自動回收供二次使用。另外，油漆改為水性漆，不污染環境。由于工藝的改進，工作場所的環境有了較大的改善，粉塵、氣味減少了不少。

3）增加就業機會。改造前，由于工作環境很惡劣，且對工人經驗有一定要求，現場工人年齡偏大，年輕工人比較難招聘。在叉車結構件噴粉涂裝線數字化車間改造后，改善了工作環境，減輕了工作強度，能夠吸引年輕工人的加入，創造了更多的就業機會。

3 國內外對比分析

隨著涂裝技術不斷發展，叉車涂裝工藝不斷改進[9-10]，在叉車靜電粉末涂裝領域，我國粉末涂料的生產和使用量已處于世界領先地位，但在設備性能、可靠性、自動化程度等方面，與國外設備還有不小的差距。國外的靜電粉末涂裝設備不僅可以準確控制靜電噴槍的靜電和氣流參數，也可以精確控制工件的膜厚，提高噴粉率，還可以進行靜電噴射器的參數設置、氣流參數的自動控制、工件的自動涂裝。系統的上位機軟件能夠遠程監視/管理各設備的主要參數。隨著自動涂裝技術的不斷發展，許多企業建設了技術先進化、自動化水平較高的涂裝線。

國內很多中小企業使用的靜電粉末涂裝設備，不僅需要人工調整靜電噴射器參數、氣流工作狀態，而且噴射系統、各種裝備集成度和自動化程度不高，這不僅損害了涂裝作業人員的健康，還降低了產品品質和生產效率。本項目堅持“節能、綠色、高效”的建設理念，該系統不僅自動化程度高，而且成本低，性價比高，操作界面友好。從工藝設計和裝置選擇之初，將精益和數字化的概念與技術相結合，在提高生產率和產品質量的同時，減少環境污染和能耗。叉車結構件自動化涂裝生產線的生產運行情況表明：產品涂裝的質量和生產效率明顯提高，原料利用率、能源效率、經濟效益和社會效益也大大提升，該生產線的工藝和設備值得同行借鑒。