60JPH智能化涂裝生產(chǎn)線的規(guī)劃策略

黃海山，完顏成功

60JPH智能化涂裝生產(chǎn)線的規(guī)劃策略

黃海山，完顏成功

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241000）

作為汽車生產(chǎn)過程中的一道主要工序，車身涂裝對車身制造成本具有重要影響。文章首先闡述了工廠生產(chǎn)線規(guī)劃的前提和目的，然后明確了其應(yīng)遵守的原則，最后通過積極引入智能制造場景，制定了產(chǎn)品量綱（年銷量）與設(shè)計產(chǎn)能、行業(yè)對標(biāo)、產(chǎn)品定位與工廠定位等十項合理的規(guī)劃策略，形成綠色低碳環(huán)保、高效智能、可迭代升級的超級工廠60 JPH智能化涂裝生產(chǎn)線規(guī)劃建設(shè)思路。

行業(yè)對標(biāo)；智能制造；迭代升級；智能化涂裝生產(chǎn)線；規(guī)劃策略；超級工廠

在國家穩(wěn)經(jīng)濟、促消費政策的持續(xù)作用下，新能源汽車產(chǎn)品競爭力不斷提高。截至2022年，部分新能源汽車月銷量持續(xù)刷新歷史紀(jì)錄，市場占有率快速上升、集中度不斷提高，因此，部分企業(yè)需要擴充新產(chǎn)能以滿足銷售市場需求。本文結(jié)合國家工業(yè)4.0發(fā)展戰(zhàn)略，充分對標(biāo)行業(yè)，積極規(guī)劃涂裝智能制造應(yīng)用場景落地，制定標(biāo)準(zhǔn)化的超級工廠涂裝線規(guī)劃策略，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、快速建設(shè)，以快速形成有效產(chǎn)能、縮短新產(chǎn)品導(dǎo)入周期，使涂裝生產(chǎn)線實現(xiàn)可快速復(fù)制、迭代升級等功能。

1 工廠生產(chǎn)線規(guī)劃前提

工廠產(chǎn)線規(guī)劃通常需相符以下前提：1）國家法律法規(guī)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，遵守客觀規(guī)律；2）遵從企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略和產(chǎn)品規(guī)劃定位；3）滿足產(chǎn)品銷量需求，確保產(chǎn)線產(chǎn)能利用率大于80%；4）投產(chǎn)節(jié)點滿足產(chǎn)品投產(chǎn)計劃時間；5）完成公司投資強度和收益率測算。

2 工廠生產(chǎn)線規(guī)劃目的

1）建立高效、精益、綠色環(huán)保，以及可迭代升級的智能化涂裝工廠；2）降低車型導(dǎo)入的投資成本、制造運營成本；3）提供車型共線、高效的柔性化策略，確保公司產(chǎn)品規(guī)劃落地；4）實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和平輛化，即形成標(biāo)準(zhǔn)化工廠建設(shè)方案，可在各基地快速復(fù)制、迅速形成產(chǎn)能，同一平輛車型可在各基地快速轉(zhuǎn)產(chǎn)，降低綜合成本。

3 工廠生產(chǎn)線規(guī)劃原則

以客戶為中心，圍繞產(chǎn)品特性與行業(yè)標(biāo)桿對標(biāo)，充分考慮標(biāo)準(zhǔn)化、柔性化、自動化、智能化要素，滿足高效制造的要求，工廠生產(chǎn)線規(guī)范包括：1）人貨分流及物流路線最優(yōu)原則[1]；2）質(zhì)量可靠性、一致性和可追溯性原則；3）工藝流程先進性原則；4）最優(yōu)庫存原則；5）人機工程原則；6）合適自動化及有效益的智能化原則；7）節(jié)能減排、綠色制造原則；8）主線制造周期最優(yōu)原則；9）效率原則：盡量降低單車工時（Hour Per Vehicle, HPV）；10）不同平輛車型（經(jīng)濟）共線生產(chǎn)原則，即二平輛四車型與三平輛六車型之間平衡，做到“標(biāo)準(zhǔn)化”和“平輛化”有機統(tǒng)一；11）平衡設(shè)備投資與運行成本的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化原則。

4 涂裝線規(guī)劃策略

4.1 產(chǎn)品量綱（年銷量）與設(shè)計產(chǎn)能

根據(jù)產(chǎn)品的年銷量、產(chǎn)能利用率和生產(chǎn)線年標(biāo)準(zhǔn)工作時間計算生產(chǎn)線小時凈產(chǎn)出（Job Per Hour, JPH），其決定了生產(chǎn)線規(guī)模[2]，再根據(jù)生產(chǎn)線的開動率計算生產(chǎn)線節(jié)拍（生產(chǎn)每輛車所需要的秒數(shù)），例如最常見的車型每年銷量為10×105輛，生產(chǎn)線年標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)時間規(guī)定為5 000 h/年，生產(chǎn)線規(guī)劃成20 JPH，如考慮產(chǎn)能利用率80%及規(guī)模經(jīng)濟性，一般會設(shè)計成第一步達成30 JPH生產(chǎn)線；第二款車投產(chǎn)時，產(chǎn)能提升改造第二步達成40 JPH；第三款車投產(chǎn)時再提產(chǎn)改造，達成60 JPH生產(chǎn)能力的分步建設(shè)方式。

根據(jù)車型銷量和投產(chǎn)時間，一次規(guī)劃60 JPH涂裝生產(chǎn)線，廠房“一次規(guī)劃”建設(shè)完成，工藝設(shè)備按車型投產(chǎn)步驟“分步實施”，既可節(jié)約首期資本支出，又可在初期降低工廠運營成本。

如果投產(chǎn)一款爆款車型，預(yù)測年銷量達30×105輛以上，則需一次建成60 JPH生產(chǎn)線；兩款車同時投產(chǎn)，年銷量達到20×105輛，則一次建成40 JPH規(guī)模生產(chǎn)線。

因此，行業(yè)內(nèi)一般有30 JPH、40 JPH和60 JPH規(guī)模的工廠區(qū)別，如果考慮未來3～5年產(chǎn)能、產(chǎn)銷量即可達到30×105輛以上，建議考慮一次性規(guī)劃60 JPH生產(chǎn)線、工藝設(shè)備分步實施，總體投資成本優(yōu)于分步實施建設(shè)2條獨立的30 JPH生產(chǎn)線。

4.2 行業(yè)標(biāo)桿對標(biāo)

經(jīng)涂裝規(guī)劃團隊充分調(diào)研、廣泛對標(biāo)最新建立的先進涂裝生產(chǎn)線，其中包括新勢力、傳統(tǒng)造車企業(yè)新建工廠等，結(jié)合前期實際規(guī)劃建設(shè)經(jīng)驗，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，如表1所示。綜合對比后，結(jié)合產(chǎn)品銷量預(yù)測，新規(guī)劃工廠按60 JPH（對應(yīng)30萬輛/年）進行規(guī)劃最為經(jīng)濟，工藝先進性和智能化程度選擇行業(yè)先進水平，并預(yù)留智能化接口和高質(zhì)量外觀多遍噴涂等升級迭代空間。

4.3 產(chǎn)品定位與工廠定位

產(chǎn)品劃分為豪華品牌、主流高端品牌、微型車品牌等不同檔次。豪華品牌會要求工廠的生產(chǎn)線設(shè)計滿足品牌的高端形象要求，在節(jié)能環(huán)保、高自動化、智能制造、客戶響應(yīng)、質(zhì)量保證及交期保證上提出更高要求，油漆多彩化和高光澤高鮮映性（Distinctness Of Image, DOI）和深邃感的高端外觀要求；而微型車生產(chǎn)線只要求滿足質(zhì)量和交期的基本要求；微型車品牌卻對成本敏感性高，要求低成本、大批量制造，以便快速交貨。因此，不同檔次的車型分別布置在不同的生產(chǎn)線進行大批量生產(chǎn)，有利于降低成本、提高效率。

根據(jù)車型產(chǎn)品定位把工廠規(guī)劃為以下三類：超級工廠、高端工廠、標(biāo)準(zhǔn)工廠，同時應(yīng)基于工廠定位進行工藝規(guī)劃及設(shè)備選型等規(guī)劃建設(shè)，車型產(chǎn)品與工廠定位對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表1 工廠涂裝線對比

擬規(guī)劃工廠行業(yè)頂尖工廠備注 工廠名稱XX超級工廠超級一廠超級二廠標(biāo)準(zhǔn)工廠T-SH二期某新橋工廠某SH-MEBBYD合肥 對標(biāo)項目60 JPH60 JPH60 JPH60 JPH75 JPH60 JPH120 JPH75 JPH 作業(yè)自動化涂膠、噴漆自動化90%90%90%90%90%90%90%90% 檢測智能化質(zhì)量和缺陷自動檢測√√√√√√√√ 環(huán)保零排放綠色前處理薄膜薄膜薄膜薄膜薄膜薄膜薄膜/磷化各一條薄膜無含磷廢水排放 VOC廢氣處理√√√√√√√√轉(zhuǎn)輪吸附+RTO焚燒 高顏值外觀漆層工藝B1B2水性B1B2水性B1B2水性+2次清漆B1B2水性B1B2水性3C2B水性B1B2水性B1B2水性預(yù)留高外觀三遍噴涂 獨立套色√√6預(yù)留預(yù)留未知未知未知未知預(yù)留20 JPH單獨套色 工廠數(shù)字化IOT平輛設(shè)備互聯(lián)√√√√√√√√ 3D建模及虛擬仿真調(diào)試√√√√√√√√

注：揮發(fā)性有機化合物（Volatile Organic Compounds, VOC）；再生熱氧化分解器（Regenerative Thermal Oxidizer, RTO）；物聯(lián)網(wǎng)（Internet Of Things, IOT）；“√”代表已規(guī)劃。

表2 車型產(chǎn)品與工廠定位對應(yīng)關(guān)系

產(chǎn)品類型指標(biāo)A00微型車A0小型車A緊湊型車B中型車C中大型車轎車車長/mm≤3 900(3 900,4 420](4 420,4 800](4 800,5 000]>5 000軸距/mm≤2 450(2 450,2 600](2 600,2 800](2 800,2 950]>2 950SUV車長/mm≤4 420(4 420,4 700](4 700,4 900]>4 900軸距/mm≤2 650(2 650,2 750](2 750,2 850]>2 850MPV車長/mm ≤4 500(4 500,4 800](4 800,5 100]>5 100軸距/mm ≤2 700(2 700,2 850](2 850,3 000]>3 000 整車車重/kg≤2 000(2 000,2 500](2 500,3 000]>3 000定位原則超級工廠 超級工廠高端工廠 高端工廠 標(biāo)準(zhǔn)工廠標(biāo)準(zhǔn)工廠

注：運動型多用途汽車（Sport Utility Vehicle, SUV）；多用途汽車（Multi-Purpose Vehicle, MPV）。

4.4 生產(chǎn)線通過性

產(chǎn)品生產(chǎn)線通過性是產(chǎn)品可制造的前提，生產(chǎn)線在設(shè)計時要充分考慮產(chǎn)品重量、尺寸大小、定位策略、軸距等因素，行業(yè)一般把生產(chǎn)線按車型分為A0—B級車線、A—CD級車線和微型車線。提前規(guī)劃每一個工廠未來所生產(chǎn)車型及平輛，確保車型在工廠生產(chǎn)線通過性同時，也能滿足后續(xù)車型在所定位工廠的調(diào)配生產(chǎn)。

4.5 產(chǎn)品性質(zhì)與產(chǎn)線選型

1）產(chǎn)品性質(zhì)（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及材料）：轎車產(chǎn)品分為三箱、兩箱、SUV、MPV，也有燃油車和純電動汽車；制造車身所用的材料有普通鋼、高強鋼、鋁材等，不同的材料對應(yīng)的涂裝工藝不同。因此，制造車輛使用的設(shè)備及工藝需滿足車輛結(jié)構(gòu)及材料要求。

2）套色：根據(jù)車型項目套色比率來規(guī)劃套色生產(chǎn)方式，即如果測算產(chǎn)品套色比例≤15%，可返回大線二次進噴漆室進行生產(chǎn)；如果測算產(chǎn)品套色比例≥15%，則建議新建單獨套色線更為經(jīng)濟，運行成本更低?？紤]未來車型個性化、套色比例會越來越高，建議在規(guī)劃廠房時至少預(yù)留20 JPH的單獨套色線空間位置。

3）顏色：根據(jù)車型顏色種類，珠光漆、啞光漆等定義來規(guī)劃輸調(diào)漆管路數(shù)量，隨著個性化顏色的增加，還要考慮快速換色系統(tǒng)的規(guī)劃。

4.6 工藝流程選型

不同的涂裝工藝流程（Bill Of Process, BOP）會有不同的生產(chǎn)順序和工藝路徑，根據(jù)產(chǎn)品定位，在三種不同檔次工廠定位中，建議采用的工藝方式如下：超級工廠生產(chǎn)中高端車型，要考慮油漆高外觀工藝，通常需要3遍色漆和2遍清漆的4C3B水性漆工藝來提高整車油漆外觀；高端工廠采用3C2B水性漆工藝或目前主流的B1B2免中涂水性工藝；標(biāo)準(zhǔn)工廠以生產(chǎn)A00型微車為主，可采用MONOCOAT單涂層水性漆工藝或者B1B2水性漆工藝，以最大程度降低材料成本和生產(chǎn)運行成本[3]。

4.7 柔性化共線策略

考慮產(chǎn)品規(guī)格和產(chǎn)品的BOP，制定汽車的產(chǎn)品平輛化共線策略進行柔性化生產(chǎn)，最優(yōu)共線策略需要滿足產(chǎn)品通過性，即相同的BOP，滿足相同平輛和跨平輛4款車型的共線生產(chǎn)和平輛化要求，實現(xiàn)集中化大規(guī)模生產(chǎn)，降低生產(chǎn)運營成本。

4.8 涂裝線規(guī)劃指標(biāo)

標(biāo)準(zhǔn)化涂裝線規(guī)劃指標(biāo)主要從工廠定位、投資收益、環(huán)保水平等多方面對標(biāo)參考行業(yè)先進水平來進行設(shè)定，如表3所示。涂裝工藝設(shè)備選型首選節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，其環(huán)保水平應(yīng)適度提前，同時要考慮滿足未來10年環(huán)保法規(guī)要求，以避免后期作較大改造。隨著人工成本越來越高，為降低人員成本，工藝涂裝線應(yīng)具備較高的自動化率，以平衡投資成本與未來運營成本關(guān)系。智能制造水平應(yīng)考慮部分超前發(fā)展需要，可采用分步實施，應(yīng)在規(guī)劃時預(yù)留接口，同時盡可能引入合適的場景落地，以作成行業(yè)名片，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

表3 60JPH涂裝線規(guī)劃指標(biāo)

序號類型指標(biāo)名稱工廠等級指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)超級工廠高端工廠標(biāo)準(zhǔn)工廠 1設(shè)備設(shè)備開動率前處理電泳96%；其他93%表示設(shè)備使用效率，設(shè)備的開動時間/最大負(fù)荷時間 2機器人自動化水平≥90%≥80%≥60%自動作業(yè)工位/總工位×100%（只考慮工藝工位） 3電機能效≥二級國標(biāo)新標(biāo)準(zhǔn)的二級能效標(biāo)準(zhǔn)（等同于IEC標(biāo)準(zhǔn)IE4） 4效率工藝HPV≤2.10≤2.5≤2.9人時/輛 5經(jīng)濟單JPH投資強度≥1 200萬元/JPH約1 100萬元/JPH約1 000萬元/JPH投資額/JPH產(chǎn)能，超級工廠采用國際一流供應(yīng)商及一流品牌設(shè)備和配置 6單位面積取水量≤12 L/㎡計算方法參照《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系》 7單位面積綜合能耗≤0.33 kgce/㎡（Ⅰ級基準(zhǔn)）每平方米涂裝面積綜合能耗（計算方法參照《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系》） 8單JPH占地面積650 m2600 m2600 m2涂裝車間占地面積/綜合節(jié)拍，采用2層廠房，盡量減少輔房，超級工廠設(shè)單獨30 JPH套色線，占用面積稍大 9環(huán)保[4]清潔生產(chǎn)等級1級清潔生產(chǎn)綜合評分等級（計算方法參照《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系》） 10重污染天氣應(yīng)對A級根據(jù)生態(tài)環(huán)境部《關(guān)于印發(fā)<重污染天氣重點行業(yè)應(yīng)急減排措施制定技術(shù)指南（2020年修訂版）>的函》規(guī)定 11VOC排放需遵守國標(biāo)/地標(biāo)，以最嚴(yán)要求為建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)1.生產(chǎn)過程每平方米涂裝面積揮發(fā)性有機物產(chǎn)生量（計算方法參照《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系》）2.有地標(biāo)的遵守地標(biāo)要求，各地標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)，隨時可能有變化 12危險廢棄物產(chǎn)生量≤140 g/m2生產(chǎn)過程每平方米涂裝面積危險廢棄物產(chǎn)生量（計算方法參照《涂裝行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系》） 13智能化智能制造等級≥L4≥L4≥L3參照《智能制造能力成熟度模型》（GB∕T 39116—2020）及《智能制造能力成熟度評估方法》（GB∕T 39117—2020）

注：國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）。

4.9 涂裝生產(chǎn)線智能制造場景簡介

經(jīng)充分對標(biāo)行業(yè)先進工廠涂裝線，積極規(guī)劃涂裝智能制造應(yīng)用場景落地。當(dāng)然部分智能制造場景，可能還存在不夠成熟的方面（如外觀缺陷自動檢測），可以先做好接口和位置預(yù)留，在條件成熟時，即在不需要做大的改動時即可快速導(dǎo)入。涂裝生產(chǎn)線智能制造應(yīng)用場景如表4所示。

表4 涂裝生產(chǎn)線智能制造應(yīng)用場景

序號業(yè)務(wù)模塊場景名稱場景內(nèi)容描述超級工廠高端工廠標(biāo)準(zhǔn)工廠 13D工廠生產(chǎn)線3D建模實現(xiàn)全車間3D仿真，數(shù)字化虛擬廠房和生產(chǎn)線設(shè)備，采用BIM進行設(shè)計[5]√√√ 2設(shè)備管理設(shè)備點檢設(shè)置藍牙標(biāo)簽（Pad臨近時自動彈出點檢入口），配置Pad進行設(shè)備點檢√√√ 智能維保關(guān)鍵驅(qū)動設(shè)備、大功率風(fēng)機增加在線振動監(jiān)測儀并附算法分析，進行預(yù)防性維護提醒、周期性維護，維修工單實時推送等功能√√預(yù)留 3能源管理能源計量和分析、智能啟停能源介質(zhì)（冷、熱水，電、天然氣、壓縮空氣）設(shè)置在線數(shù)字計量儀表，異常能耗分析與預(yù)警，建立設(shè)備四季開關(guān)機指導(dǎo)數(shù)據(jù)模型√√√ 智能照明通過DALI總線對燈具進行控制、自動開關(guān)、調(diào)光和亮度診斷等√√√ 4生產(chǎn)執(zhí)行數(shù)字孿生車間設(shè)備運行三維畫面實時展示，指標(biāo)可視化，工藝信息化√√預(yù)留 AVI系統(tǒng)采用RFID跟蹤、調(diào)配車身信息√√未知 5質(zhì)量管理[6]Andon系統(tǒng)PMC模塊畫面集成，數(shù)據(jù)孿生畫面集成，后道工序查出的質(zhì)量缺陷根據(jù)關(guān)鍵字推送前道工序屏顯示并附聲光提醒√√√ 參數(shù)自動檢測前處理參數(shù)自動在線檢測，實現(xiàn)根據(jù)參數(shù)變化自動加料√√√ 質(zhì)量可追溯在移動端Pad將所有缺陷進行關(guān)鍵字標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)質(zhì)量與工藝參數(shù)、車型綁定可追溯√√√ 6安環(huán)模塊視頻監(jiān)控生產(chǎn)線設(shè)置多個視頻監(jiān)控點，分屏軟件授權(quán)管理√√√ EHS管理系統(tǒng)從學(xué)習(xí)、培訓(xùn)、考核、跟蹤等多方面輔助車間安全管理，預(yù)防安全事故發(fā)生√√√ 7培訓(xùn)模塊VR實訓(xùn)使用特定的VR設(shè)備，形成視聽一體化的可沉浸體驗環(huán)境，代替以往的作業(yè)培訓(xùn)√√√

注：建筑信息化模型（Building Information Modeling, BIM）；數(shù)字可尋址照明接口（Digital Addressable Lighting Interface, DALI）；車體自動識別跟蹤（Automatic Vehicle Identification,）；（Radio Frequency Identification,）；生產(chǎn)及物料控制（Product Material Control,）；環(huán)境、健康、安全（Environment, Health, Safety, EHS）；虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality,）；“√”表示已規(guī)劃。

4.10 涂裝建設(shè)周期管理

傳統(tǒng)新建涂裝項目從定標(biāo)到投產(chǎn)，周期通常需24個月。近年來，隨著設(shè)備預(yù)制水平的提高，非標(biāo)設(shè)備在場外實現(xiàn)模塊化預(yù)制，定標(biāo)后在土建周期（6～8個月）內(nèi)的土建廠房可以具備工藝設(shè)備入場安裝條件，同時公用設(shè)備與工藝設(shè)備交叉施工，其中工藝設(shè)備采取同步設(shè)計、同步采購、同步制造的方式壓縮項目周期，然后分批次、分區(qū)域進場，采用各區(qū)域同步安裝等高效率的項目管理方式，壓縮后安裝調(diào)試周期為5～6個月，整體周期壓縮到15個月以內(nèi)，做到涂裝全工藝合格首車下線。

5 結(jié)語

結(jié)合多個工廠長期涂裝規(guī)劃工作經(jīng)驗，對標(biāo)國內(nèi)外優(yōu)秀工廠案例，結(jié)合產(chǎn)品定位確定工廠檔次，充分考慮未來發(fā)展方向、應(yīng)用數(shù)字化和智能化場景落地，形成綠色低碳環(huán)保、高效智能、質(zhì)量可靠的60 JPH標(biāo)準(zhǔn)化涂裝生產(chǎn)線的規(guī)劃策略，使投資成本與運營成本最優(yōu)，以供行業(yè)在進行同類高產(chǎn)能工廠規(guī)劃時參考。

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The Planning Strategy of the 60 JPH Intelligent Painting Production Line

HUANG Haishan, WANYAN Chenggong

( Chery Automobile Company Limited, Wuhu 241000, China )

As one of the main production process of automobile manufacturing,body painting has big effects on body manufacturing cost.This paper first expounds the premise and purpose of factory production line planning, and then makes clear the principles it should abide by,and finally through the active introduction of intelligent manufacturing scenario, formulate ten rational planning strategies, such as product dimension(annual sales) and design capacity, industry benchmarking,product positioning and factory positioning,et al,and forming the planning and construction idea of the 60JPH intelligent painting production line of the super factory, which is green, low-carbon, environmental protection, efficient and intelligent, and can be iteratively upgraded.

Industry benchmarking;Intelligent manufacturing;Iterative upgrade;Intelligent paintingproduction line; Planning strategy;Super factory

U445.58+5

A

1671-7988(2023)11-179-05

黃海山（1979－），男，工程師，研究方向為汽車涂裝工藝及油漆材料開發(fā)、新車型投產(chǎn)、新涂裝生產(chǎn)線規(guī)劃建設(shè)與項目管理等，E-mail:henry_hai@163.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.033