水性3C1B汽車涂裝線產能提升淺析

楊蘇生，曾德錦，吳珍珍

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水性3C1B汽車涂裝線產能提升淺析

楊蘇生，曾德錦，吳珍珍

（江西五十鈴汽車有限公司，江西 南昌 330100）

為了提升涂裝生產線產能，滿足交付要求，減少涂裝廠一線員工的拖加班時間，主要從管理改善和工藝改善兩個方面入手，在保證質量不變的前提下，以不影響生產，不增加設備投資為原則進行自主改善。

水性3C1B；涂裝線；產能提升；管理改善；工藝改善

引言

我司涂裝廠水性3C1B生產線2015年3月正式投產，通過人員、工藝優(yōu)化，至2016年10月，凈JPH已經達到設計產能12.5。隨著市場需求增大，對產能交付提出了更高的要求，日產需達到125臺，工廠只能通過每天提前1小時開班，延后1小時下班的方式來滿足交付。

為提高交付能力、降低生產成本、節(jié)約能耗，2016年10月成立了涂裝廠產能提升項目小組，以達到產能16JPH的目標，并進一步提升生產線效率。

1 規(guī)劃原則及難點

項目組在收集并詳細分析了12.5JPH下所有的工藝、質量、生產和設備參數，并以此為基礎，在保證質量、成本、交付的前提下，提出了如下原則：

1）不影響生產的前提下自主改造、不增加設備投資；

2）油漆外觀及性能數據不變；

3）自主實施機器人仿型及工藝調試；

4）烘干爐通過爐溫調整改善；

5）工作區(qū)通過作業(yè)人員熟練度提升和工藝優(yōu)化改善。

如何在保證上述5個原則的基礎上，產能從12.5JPH提升到16JPH，就成為了項目組所面臨的挑戰(zhàn)：

1）水性3C1B生產線JPH提升，國內無任何經驗可借鑒；

2）JPH提升后閃干及烘烤的工藝時間縮短，如何保證油漆質量就成為了項目組需克服的重大難題；

3）噴涂機器人的噴幅、整形空氣、噴涂速度、電壓、流量等均需重新調試。

2 總體思路

針對面臨的挑戰(zhàn)，項目組經過多次研討，確定了產能提升的總體思路：

圖1

3 數據收集和管理改善

3.1 工藝參數收集

通過備份和分析12.5JPH下的所有工藝參數，作為基礎數據，在保證油漆質量的前提下，以確定16JPH的工藝參數及設備參數是否需要調整及具體數值。以下為JPH調整前后一些工藝參數和設備參數對比表。

表1

3.2 制定計劃

表2

3.3 組建3個攻關小組

3.3.1機器人與輸送鏈匹配小組

通過優(yōu)化運行軌跡，重新仿型達到噴涂速度提升的目的，同時需要和提升后的鏈速進行匹配，避免噴涂過程中機器人死軸等故障。

3.3.2閃干爐與輸送鏈匹配小組

由于閃干爐滾床為“步進式”輸送，無法滿足面漆鏈速提升后節(jié)拍。需要通過調整輸送方式，對滾床進行改造，由“步進式”輸送改為“連續(xù)式”輸送。

3.3.3涂膜性能小組

烘房鏈速提升后，為保證膠及油漆徹底烘干，根據提速后爐溫和保溫時間，對膠在實驗室進行梯度實驗，對油漆烘烤窗口進行確認。

4 工藝改善

4.1 打膠線JPH提升

打膠線的JPH提升，對員工的技能、作業(yè)效率都提出更高要求；同時膠預烘干爐的鏈速也需要做相應調整，但提速后，烘烤時間縮短，膠的烘干存在風險。針對上述問題，主要通過以下方式解決：

1）通過培訓和技能競賽提升員工熟練度；

①員工技能提升培訓計劃見下表：

表3

②員工技能競賽方案（略）；

③員工技能提升培訓教材：分為5S與安全、工藝、質量、精益生產、TPM、JIMM、員工行為準則七類教材（教材具體內容略）。

2）優(yōu)化工藝布局、提高工序平衡率，由2016年89.6%提升至2017年92.8%。

圖2

3）按照現有烘房長度、燃燒器最大功率輸出，設計不同鏈速，根據烘烤技術要求（120℃，≥8min），找到最大的鏈速。

圖3

通過上圖可知膠預烘干爐的最大JPH為16，若繼續(xù)提升JPH則需要增加設備投入；

①測量提速后膠預烘干爐爐溫曲線，滿足120℃，保溫時間大于等于8min的技術要求；

②根據爐溫曲線，在實驗室模擬膠的預烘干，判斷膠的預烘干是否滿足要求。

4.2 中面涂烘干爐爐溫調試

根據理論計算，JPH提升至16以后，中面涂烘干爐烘烤時間將縮短3分鐘。油漆、焊縫密封膠、底部膠及裙邊膠的烘干及油漆外觀需重新進行驗證。

針對上述問題，主要通過以下方式解決：

在實驗室進行梯度實驗，確認膠烘干的最低保溫時間：

1）焊縫密封膠、底部膠及裙邊膠140℃最低保溫時間的驗證

圖4

根據實驗結果，附著力、斷裂伸長率、以及拉伸強度在好140℃情況下最低保溫時間需16min，試驗結果詳見下表。

表4

通過爐溫跟蹤儀測量發(fā)現，烘房鏈速提升后，140℃保溫時間不能達到16min，故決定調整烘房三區(qū)的的溫度設置，以提升140℃保溫時間。

調整前：115℃/155℃/155℃

調整后：120℃/160℃/160℃

通過爐溫調整實現了140℃*16min膠的烘干要求，對焊縫密封膠、底部PVC膠、裙邊膠進行了掛板確認（參見下圖），結果合格。

圖5

2）爐溫調整后對油漆外觀的影響

一區(qū)為120℃，二區(qū)為160℃，三區(qū)為160℃的溫度設置可以滿足油漆的烘干。但通過測量外觀數據，該溫度雖可以滿足油漆的烘干，但會導外觀偏黃，即b值偏高（要求小于0.3），經過多次溫度優(yōu)化調整，最終確定了三區(qū)溫度為125/157/157，能夠滿足油漆烘烤窗口及膠烘干，同時外觀達標。

保溫時間及油漆烘烤調整前后對比詳見下圖：

圖6

爐溫調整前后油漆外觀數據對比表（簡約白）：

表5

4.3 噴幅調試

JPH提升需要提升噴涂速度，用原有工藝參數噴涂，重合率下降，膜厚、外觀不能滿足工藝要求；當前設備運行狀態(tài)已達到設計JPH上限，調試干擾因素多，主要措施如下：

重新調試機器人噴涂工藝參數，滿足噴幅要求；

圖7

在噴幅測量的過程中，出現膜厚過薄，導致噴幅測量不準。經過項目組討論，確定了上圖為噴幅測試方法，編制了來回三段的仿形，模擬正常噴涂時的仿形，增加膜厚。

圖8

同時，在機器人噴涂過程中，還出現了單邊發(fā)花，上漆率低的情況。通過分析驗證，原因為馬口鐵板放置在格柵板上，貼近文丘里水循環(huán)，沉降風速不均勻導致。項目組制作了高800mm的平臺用于放置馬口貼板，解決了噴幅測量中面漆不均勻的問題，如圖8所示。

通過調整流量、轉速、整形空氣等參數，最終確定了JPH提升后，各車型、顏色、涂層的噴涂工藝參數，下表為清漆站JPH提升后噴涂工藝參數。

表6

4.4 輸送系統(tǒng)的匹配

前期設計規(guī)劃，閃干滾床電機選型留存空間有限。在原有運行模式下，滾床電機滿負荷運行也無法達到16JPH。噴漆室采用輸送雙鏈，閃干為滾床運行，存在上下交接速度匹配的問題；輸送鏈速與機器人速度的匹配問題，在噴涂速度確定的情況下，鏈速相對偏慢，可能出現走到奇點的問題，而噴漆雙鏈速度又受限于滾床速度，具體解決措施如下：

1）將閃干滾床原有“步進式”輸送方式改為“連續(xù)式”輸送方式

通過程序修改，將閃干工位滑撬完全脫離滾床后，下一工位開始上件的方式，修改成閃干工位所有滾床一起運行的方式，縮短滾床上下交接的等待時間。

調整前

圖9

B滾床上車身完全進入滾床A后，滾床C上車身開始進入B滾床；

調整后

圖10

A、B、C滾床上車身同時以相同速度前行。

2）以間距1.8m，滑撬長度5.7m，16JPH為目標值，計算鏈速

（1.8+5.7）*16/60=2m/min

在確定機器人噴涂速度500mm/min后，以鏈速2m/min為基準，通過模擬運行，找到可能出現奇點的位置，重新調整機器人在該位置空間坐標；然后小幅度提升噴漆鏈速后再次試驗找奇點；反復試驗，以及考慮在正常生產中鏈速可能出現的波動，最終確定噴漆鏈速為2.1m/min。

3）用轉速儀測量噴漆雙鏈、閃干工位各電機運行速度

通過反復調整電機變頻器參數，確保閃干各電機運行速度與噴漆雙鏈速度相同，保證交接過程中一致。

圖11

4.5 機器人自主仿形

提升JPH，需要提升機器人噴涂速度，但噴涂速度對油漆耗量的影響成正比例，需要找到一個既能保證JPH且油漆耗量增加不大的速度；提升JPH需要更短的噴涂時間，單獨增加噴涂速度對油漆最終耗量影響太大，增加軌跡會導致噴涂時間加長，因而在仿形優(yōu)化中都要以不增加軌跡為前提；提速前，原有仿形在一些轉角、類似B、C柱等交叉面，本身上漆就困難。再提速后，上漆效果變差，需要重新調整，來保證最終的噴涂質量，具體解決措施如下：

1）確定噴涂速度

a.以間距1.8米，噴漆鏈速2.1m/min，換色清洗時長25s,滑撬長度5.7米為基準，計算出噴車時間范圍應小于189s。

（5.7+1.8）/2.1*60-25=189s

b.原有三個車型，噴涂面積最大的是長軸皮卡，在項目調試階段以長軸皮卡噴涂時間為基準；

c.以原有噴涂速度計算出加長皮卡噴涂時間213s。

以上述三點為基礎，調整噴涂速度（原值vPaint400），不斷調整噴涂速度，模擬不同速度下噴涂完成所需時間，多次嘗試后得出采用噴涂速度490mm/min，加長皮卡噴涂時間為189s剛好能夠完成噴涂，考慮到正常生產與試驗數據存在的差異及可能存在的誤差，最終采用噴涂速度為500mm/min。

表7

2）確定仿形

a.在確定噴涂速度后，通過觀察運行軌跡，多次對實際噴涂軌跡進行優(yōu)化，用縮短、合并、刪減不必要軌跡等方式，減小噴涂軌跡，最終實現加長皮卡噴涂時間為183s；

b.針對部分點噴涂質量差，根據不同位置，在機器人軌跡上進行優(yōu)化，反復驗證。

下面列舉在調試中部分問題如何優(yōu)化：

圖12

速度提升后，引擎蓋前段弧面與引擎蓋交接段如上圖標識處出現桔皮，前期大幅度增加流量，效果不明顯，后面通過改變噴涂弧面軌跡，微調流量，解決了該處桔皮問題。

圖13

在引擎蓋與左翼子板交接處，翼子板垂直面相對水平面更差的上漆效果，因而在交接處有色差，增加翼子板流量又會出現流掛，通過優(yōu)化翼子板軌跡的間距，在交接處調整霧化器角度來噴涂。

圖14

在引擎蓋兩側是弧面下垂的兩尖角，噴涂中會出現流掛現象，首先單獨把這部分軌跡獨立的設置噴涂參數，通過多次調整流量驗證，在保證質量的情況下，解決了這一難題。

5 結語

本項目旨在提高整條涂裝生產線JPH，從人、機、料、法四個方面綜合考慮，制定了詳細的實施計劃。本項目難點在于面漆段的JPH提升，需在不影響日產生產的前提下，對所有車型顏色進行調試，與新線調試工作量相當，且水性3C1B涂裝線產能提升可借鑒經驗少，最終在項目小組的共同努力下實現了JPH的提升。

項目無新增工藝設備等方面的投資，其中機器人仿型、輸送及電控完全自主改造。單班提升產能25臺，減少了員工加拖班，極大地減少了能耗及人工成本。

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[5] 傅紹燕.涂裝工藝及車間設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2013.

Study on 3C1B Auto. Coating Process Productivity Improvement

Yang Susheng, Zeng Dejin, Wu Zhenzhen

( Jiangxi Isuzu Motor Company Ltd., Jiangxi Nanchang 330100 )

In order to improve the coating process productivity and satisfy delivery request, reduce the extra working hours, mainly study on the workshop management and process improvement, assure the product quality and no facility investment.

waterborne3C1B;coating producting line;productivity improvement; management improvement;process improvement

B

1671-7988(2018)20-210-05

U445

B

1671-7988(2018)20-210-05

U445

楊蘇生（1968-），男，江西南昌人，本科，工程師，主要從事汽車涂裝研究和管理。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.077