涂裝車間輸送系統(tǒng)整體經濟性簡析

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.機械工業(yè)第九設計研究院有限公司，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，如同人體結構一樣，工藝過程如同人類的血液，實現各個器官的功能正常運作；而輸送系統(tǒng)就如同人類的血管，保證血液正常到達指定的目的地，可見涂裝車間輸送系統(tǒng)在涂裝車間生產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)逐步向機電一體化、節(jié)簡化方向發(fā)展。本文結合某知名車企從輸送系統(tǒng)經濟性選型、輸送系統(tǒng)模擬優(yōu)化、輸送系統(tǒng)能效經濟性分析、雪橇清理模式經濟性分析四個方面進行論述，研究如何用最優(yōu)的投入建設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)經濟性選型

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

（1）鏈式輸送機

鏈式輸送機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構，通過一、二處電機帶動 30到80米鏈條同步前進，該機構通常由動力系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)構成，如圖2所示。具有結構簡單，動力消耗少，投入成本低的優(yōu)點。缺點是運行過程噪音較大，柔性、輸送精度及平穩(wěn)性一般，長期潤滑污染設備。但這種形式仍然是多數國內汽車廠首選方式。

圖2 烘房鏈條輸送系統(tǒng)

（2）滾床輸送機

其原理是滾床懸掛滾輪通過減速電動機和齒帶進行驅動，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，設備運行穩(wěn)定的優(yōu)點，目前成本相對鏈式輸送機高，在大型車企應用廣泛。

圖3 滾床輸送系統(tǒng)

（3）摩擦輪輸送機

圖4 摩擦線輸送系統(tǒng)

其工作原理是靠摩擦支、吊具側面或底面推動支、吊具前進或后推，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，其余基本結構類似。該系統(tǒng)運行能耗、噪音相對較低，經濟性投入來看，介于滾床輸送系統(tǒng)和鏈式輸送系統(tǒng)間，缺點是輸送精度及平穩(wěn)性一般，目前該結構在日系工廠應用較多。

（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、滑動道岔和行進機構組成。通過電線軌道由一側給行進機構供電和提供行進命令，同時行進機構通過安裝的距離測量和定位激光頭，來實現對行進位置的控制。該系統(tǒng)具有預組裝性強，使用靈活、機械調試簡易的特點，但同時對維護人員提出更高的機電知識要求，另外造價方面相對于純機械系統(tǒng)偏高。EHB系統(tǒng)目前在德系車企有較廣泛應用，在國內上汽大眾、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。通過設計一種獨立的一對一載體，由該載體帶動車身到達指定的工藝區(qū)域，避免了涂裝系統(tǒng)冗余輸送設備和大量的同步運行帶來的能源消耗。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)，前處理電泳通常設計為獨立的運轉系統(tǒng)。目前國內主流的設計方式有鏈式輸送機（擺桿系統(tǒng)、積放鏈等）、程控葫蘆、RODIP系統(tǒng)、多功能穿梭機等系統(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準，各種形式在國產、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備和車身運行狀態(tài)的物流仿真。能夠從工作站層面印證設計的生產能力以及輸送系統(tǒng)的細節(jié)。通常模擬的目的包括：

1）找出生產能力不能達到目標節(jié)拍的瓶頸點；

2）計算并優(yōu)化儲備區(qū)數量和使用情況；

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，可以實現標準化的建模。以某汽車廠60JPH車間為例，輸送單機通常要達到1500臺，輸送滑撬要達到900臺，根據實際生產能力和設備類型，進行輸送系統(tǒng)的模擬能夠帶來最大限度的優(yōu)化，避免設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)能效經濟性分析

涂裝車間輸送系統(tǒng)能耗主要集中在電機上，目前國內外對于電機能耗的要求不完全一致，國際上通行的等級劃分標準IEC(International Electrotechnical Commission/國際電工委員會)標準，對應國內標準如下：

圖8 國內外電機效率標準對比

圖9 不同等級電機能效對比

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

4 雪橇清理模式經濟性分析

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，結算簡單的優(yōu)勢。后者具有一次性投入大，但環(huán)保和經濟性更佳的特點。

以國內某汽車廠為例，一次性投入土建、滑撬清洗設備、滾床設備等共計200萬人民幣，按照經濟性測算結果，約3年能夠回收成本，后續(xù)10年內，每年為公司節(jié)省150萬元外委費用，同時，采用中水回收技術用于清洗，能夠實現能源節(jié)約的目的，增強社會責任。

圖10 滑撬自建模式經濟性分析

5 意見及建議

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

（1）根據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)化車間輸送設備投入；

（3）電機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)省運行成本。