如何提高汽车涂装工艺设计的水平

2009年我国汽车工业“井喷”式发展，年产1379万辆，增幅达47.6%，首次成为世界第一大汽车生产国，2010年汽车产量达1806万辆，规划2015年生产2500万辆。各大汽车公司又掀起了扩大生产能力的高潮，已知设计新建汽车车身涂装线有几十条。以合资汽车公司主导设计的由外国涂装公司承建的汽车车身涂装线的工艺设计中聚集采用了世界最新的涂装技术，如前处理电泳线采用滚浸式输送机，“三湿”水性中涂、面漆涂装工艺（3C1B和双底色2010涂装工艺）；喷涂全部采用机器人静电自动喷涂（实现喷涂作业无人化）；选用干式喷漆室（如杜尔公司的EcoDryScrubber型干式漆雾捕集装置），喷漆室排风循环再利用技术；选用RO和ED-RO再生清洗水循环应用技术；立体分区布置技术等。一汽大众三、四厂（成都、佛山）、上海大众四、五厂（南京、仪征）和奇瑞（大连）等经济规模（JPH60台/h以上）车身涂装车间就是采用上述先进技术，工艺设计水平为世界一流的典型代表，其环保·清洁生产、省资源、节能减排、降低涂装成本等方面的经济技术指标远远优于现涂装工艺，全面达到环保、质量、产量、成本四方面兼顾的绿色时代要求。

    近两年，笔者有机会参加20多条汽车车身涂装线工艺设计的评审、评标和技术咨询活动，深感国内涂装工艺设计水平与上述引进涂装线工艺设计相比，差距拉大了。笔者于2005年汽车涂装技术交流会（沈阳）发表的《工业涂装工艺设计若干问题的探讨》一文中提出了8条差距，依旧存在，工艺设计模式几十年一贯制，继续照抄照搬，改进极少，落后15~20年。具体表现在：

    1）涂装工艺设计在环保·清洁生产、经济性（投资和运行成本）、节能减排等方面无目标值，而是照搬原工艺。近年投产的大部分涂装线的环保、节能减排方面无明显改善。

    2）维持在0.0平面平铺式的工艺布置，甚至在选用了先进的滑橇输送机系统的场合，有的还是这样布置，造成涂装车间占地面积偏大，厂房的空间利用率低，车间内的人流、物流不畅通，增加喷漆室的地下工程。

    3）对涂装车间生产线的经济规模缺少研究，对涂装设备和输送设备的有效利用率缺少研究。如年产10万台驾驶室（生产线链速2.0m/min左右）建一条经济规模的喷涂线就可，而有的坚持旧的生产方式，建2~3条喷涂线（中涂、面漆和车头覆盖件线）。又如年产已达千辆以上的大客车车厢涂装车间有些决策者强调“灵活性”，坚持要作坊式的抽屉式平面布置，造成设备有效利用率大幅度降低，人员增加，涂装车间的经济性下降。

    4）传统习惯势力的影响大，白车身的缺陷（如不平整度）还靠涂装来弥补。如年产上万台白车身的平整度不靠制造工艺（冲压、焊装、输送及精心管理）来保证，而有些汽车公司要求新设计的涂装车间仍要有刮腻子和打磨工位（线）。

    5）有的项目主管和工艺设计人员缺乏涂装设计经验，未完全掌握车身涂装工艺学问，好多涂装工艺平面布置设计技术不会应用，甚至违背了一些基本设计原则。不按科学的典型工艺设计，而随意更改或增减工序和更改工艺参数，如脱脂后水洗仅设一次，或由先喷后浸的两次水洗改为先浸后喷；磷化浸处理时间一般为3min改为8min；又如电泳后清洗由正常的一喷两浸（含浸槽出口喷淋和再喷新鲜UF液和纯水）改为三喷两浸，增加两次独立的喷洗工序，这种更改不仅得不到好效果，反而耗能、耗水，影响涂装质量；有的公司要求在喷中涂和面漆后烘干前设更换滑橇工序。

    1提高汽车车身涂装工艺设计水平的探讨

    1.1工艺设计的水平（先进性和可靠性）和目标值

    在规划和制定涂装工程的设计原则时都会提到新涂装车间的工艺水平达到国内先进水平，有的还明确要求10

    年不落后，可在实施过程中往往强调可靠性，怕担风险，总认为按现有的老工艺翻版设计“最可靠”。可是时代的要求（环保清洁生产，节能减排低碳经济，省资源可持续发展等）和市场竞争要求（优质、高产、低成本、性价比），按老工艺翻版设计难以实现。必须依靠技术进步，走创新之路搞好工艺设计，必须认真总结经验，确定工艺设计的目标值，做到工艺设计的先进性和可靠性兼得。

    在实际工艺设计工作中思想观念和设计理念的转变，解放思想就能创新，产生较大的经济技术效益，就能克服风险，如改变生产方式和工艺处理方式（工序简化或合并淘汰落后工艺等），掌握工艺平面布置的设计技巧等。当设计采用革新技术场合，这要吃透，依靠社会的力量就能实现先进的目标值，并将风险降到最低。涂装工程项目工艺设计在保质量、产量前提下，环保·安全性、生产·经济性（投资和涂装成本）、节能减排等方面应有目标值（与现工艺对比有多少进步），不要简单翻版。新设计、建设涂装车间（线）是采用新工艺、新材料、新设备的最好机会，因此涂装工艺设计必须按产品涂装质量标准、产量、投资和清洁生产（国家或地区的环保法规）等选用与其相匹配的涂装工艺、涂装材料及设备，通过创新和依靠技术进步实现最佳的目标值。目标值要根据企业或地区的现有水平（数据），国家或地区法规的要求，并参照国内外兄弟公司的数据确定。例如：环保方面：VOC的排放量35g/m2（轿车车身），55g/m2（卡车驾驶室）[2]；耗水量5L/m2（国外先进的前处理用水量基准面积100m2的轿车车身由传统的磷化工艺250L/台，更新采用硅烷处理工艺后降低到75L/台）[3]；节能减排较现工艺降大于10%（国家领导向世界承诺到2020年降20%），依靠技术进步和科学管理随设备有效利用率、一次合格率、资源利用率和自动化程度等的提高，涂装成本较现生产降5%~10%。笔者认为上述数据可作为现阶段汽车涂装工艺设计的参考目标值。

    在涂装工艺设计时上述目标值仅与现生产的数据差5%场合则可依靠小改革实现，当大于10%或50%的场合，则必须依靠革新技术和自主创新才能实现。

    1.2关于年时基数（工作制）、生产能力、设备利用率等设计基础资料的科学合理选定

    汽车车身涂装线的生产能力一般以每小时产出的合格的车身数（即JPH，台数/h）表示。它是决定涂装线生产规模、生产方式（间歇式还是连续式）、生产节拍及链速等的最基础的依据。可是客户的要求不一，有的强调年产量，或者为了节省投资强调年工作日300d或以上，每天工作20~22h（倒大班或三班制）。在制造行业，国家现今的法定工作日为250d/a，两班工作制（16h/日），另外，老设计基准，年时基数打九五折。不同的年时基数致使涂装线的生产能力（JPH）计算偏差较大。

    选定年时基数时应充分考虑涂装车间的以下生产特点：

    1）涂装设备是热非标设备，每天都应留有一定时间检修维护；减少设备故障率，以保设备的开动率。

    2）高装饰性涂装的一次合格率需靠高质量的设备、工位环境的清洁度保障。每天也需留一定的保洁时间。

    3）为确保汽车车身的涂装质量，前处理电泳线、喷涂线和烘干室生产线启动后无特殊情况下不允许停线和生产结束时需“跑空”。根据上述特点，笔者认为在涂装工艺设计时选用250

    d/a两班工作制（16h/日）较为科学合理，在满负荷生产场合，可在两班制生产作业时间外，再加跑空时间。当市场需要，可增加班次（倒大班或开三班，年工作日300d以上）增加产能，给组织管理生产留余地。在工艺设计时计算生产能力还需考虑设备开动率（利用率），备件和可换件产量比，大返修率等，因此设计按生产能力要略大于规划目标产量（合格品）。

    设备开动率在早先的工艺设计中，强调设备及配套件的可靠近性差，管理跟不上，选用偏低（80%~85%），现今国际水平为93％~95%，根据国内现况，设计选取用90%以上为宜。

    1.3涂装工艺设计应重视涂装车间的生产·经济性

    （投资和运行涂装成本）和经济规模生产涂装车间的经济性的总目标是在保证质量、安全性和环保性的基础上节省投资和降低成本。其技术措施是在优化工艺设计的的基础上提高资源利用率、减少污水和废弃物排放量及处理费用，借助自动化和智能化降低劳动成本，加强管理提高涂装的一次合格率和设备的有效利率等。制造业获得竞争力优势的奥秘是用同等数量的原材料和能源，能加工出更多更好的产品，从而创造出更高的产值，或投资最小且合理，运行成本最低，实现少投入多产出的目标。这也是涂装工艺设计的基本原则，将有限的投资用在“刀刃”上，提高涂装车间的生产·经济性。

    一般都认为大量流水生产，要比中、小批量（或作坊式）生产经济运行成本低。可是达到什么样规模最经济呢？被涂件输送速度已达到工序作业许可极限时的生产能力，且设备长度不随输送链速度加快成比例增长，工艺投资小且合理，运行成本低，称为经济规模生产（收益递增，成本递减，即投入增加一倍，产出增加一倍以上）。

    以轿车车身（车身长度以4.5~5.0m为基准）的前处理、电泳涂装线为例，在连续式生产场合，链速由不低于2.0m/min增加到6.0m/min（JPH由20台/h增加到60台/h或生产节拍由3min/台加快到1min/台左右），水洗的喷洗工序的处理时间由1min缩短到20s（仍在工艺许可的范围内），浸洗仍为浸入即出，沥水段长度仍为大于一个车身的长度，上下坡长度不需增长，仅需按脱脂、磷化和电泳等序所需工艺时间，增加设备长度，因此每台车身分摊的工艺投资和运行成本会随产量的成倍增长而大幅度下降。

    由喷漆室、晾干、烘干室及强冷组成的喷涂线有同样的经济规模的概念。现已实现的经济规模汽车车身涂装线规模如下：

    前处理、阴极电涂装线，在连续式生产场合，链速≥6m/min，生产节拍1min/台左右；在间歇式生产场合（以程控自行葫芦输送为例），生产节拍一般为≥5.0min/台（单工位型），近几年发展电泳、脱脂等工序为双工位生产节拍可缩短到3.5min/台左右。

    喷涂线的经济规模：在手工喷涂场合，链速2.0m/min左右；在手工喷涂车身内表面补喷和采用机器人自动静电喷涂车身外表面的场合，面漆喷涂线（底色漆+罩光工艺）链速3.0~3.5m/min（生产节拍1.5~2.0min/台）；而中涂喷涂线（换色次数少，或配套两套机器人喷涂站），链速可达5.0~6.0m/min（生产节拍0.8~1.0min/台；年产25万~30万台)。手工作业线，除密封胶线链速3.0m/min左右外，其他线打磨作业、检查修饰线等链速可加快到5m/min左右。

    在设计年产6万~7万台轿车车身（或年产10万台驾驶室）涂装车间按传统的工艺设计一般都设计中涂和面漆两条线（链速都在2.0m/min以下），如果采纳“转两圈”办法，设计一条采用机器人自动静电喷涂车身外表面的经济规模喷涂线（链速3.5m/min左右），则与两条线方案比较要经济得多。不仅可节省投资和占地面积，且可大幅度提高设备的有效利用率和削减作业人员，在节能减排方面也有明显效果。