水性3C1B汽車涂裝線產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)線產(chǎn)能，滿足交付要求，減少涂裝廠一線員工的拖加班時(shí)間，主要從管理改善和工藝改善兩個(gè)方面入手，在保證質(zhì)量不變的前提下，以不影響生產(chǎn)，不增加設(shè)備投資為原則進(jìn)行自主改善。

水性3C1B；涂裝線；產(chǎn)能提升；管理改善；工藝改善

引言

我司涂裝廠水性3C1B生產(chǎn)線2015年3月正式投產(chǎn)，通過人員、工藝優(yōu)化，至2016年10月，凈JPH已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能12.5。隨著市場(chǎng)需求增大，對(duì)產(chǎn)能交付提出了更高的要求，日產(chǎn)需達(dá)到125臺(tái)，工廠只能通過每天提前1小時(shí)開班，延后1小時(shí)下班的方式來滿足交付。

為提高交付能力、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能耗，2016年10月成立了涂裝廠產(chǎn)能提升項(xiàng)目小組，以達(dá)到產(chǎn)能16JPH的目標(biāo)，并進(jìn)一步提升生產(chǎn)線效率。

1 規(guī)劃原則及難點(diǎn)

項(xiàng)目組在收集并詳細(xì)分析了12.5JPH下所有的工藝、質(zhì)量、生產(chǎn)和設(shè)備參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)，在保證質(zhì)量、成本、交付的前提下，提出了如下原則：

1）不影響生產(chǎn)的前提下自主改造、不增加設(shè)備投資；

2）油漆外觀及性能數(shù)據(jù)不變；

3）自主實(shí)施機(jī)器人仿型及工藝調(diào)試；

4）烘干爐通過爐溫調(diào)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(gè)原則的基礎(chǔ)上，產(chǎn)能從12.5JPH提升到16JPH，就成為了項(xiàng)目組所面臨的挑戰(zhàn)：

1）水性3C1B生產(chǎn)線JPH提升，國內(nèi)無任何經(jīng)驗(yàn)可借鑒；

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

3）噴涂機(jī)器人的噴幅、整形空氣、噴涂速度、電壓、流量等均需重新調(diào)試。

2 總體思路

針對(duì)面臨的挑戰(zhàn)，項(xiàng)目組經(jīng)過多次研討，確定了產(chǎn)能提升的總體思路：

圖1

3 數(shù)據(jù)收集和管理改善

3.1 工藝參數(shù)收集

通過備份和分析12.5JPH下的所有工藝參數(shù)，作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在保證油漆質(zhì)量的前提下，以確定16JPH的工藝參數(shù)及設(shè)備參數(shù)是否需要調(diào)整及具體數(shù)值。以下為JPH調(diào)整前后一些工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)對(duì)比表。

表1

3.2 制定計(jì)劃

表2

3.3 組建3個(gè)攻關(guān)小組

3.3.1機(jī)器人與輸送鏈匹配小組

通過優(yōu)化運(yùn)行軌跡，重新仿型達(dá)到噴涂速度提升的目的，同時(shí)需要和提升后的鏈速進(jìn)行匹配，避免噴涂過程中機(jī)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(jìn)式”輸送，無法滿足面漆鏈速提升后節(jié)拍。需要通過調(diào)整輸送方式，對(duì)滾床進(jìn)行改造，由“步進(jìn)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(jù)提速后爐溫和保溫時(shí)間，對(duì)膠在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行梯度實(shí)驗(yàn)，對(duì)油漆烘烤窗口進(jìn)行確認(rèn)。

4 工藝改善

4.1 打膠線JPH提升

打膠線的JPH提升，對(duì)員工的技能、作業(yè)效率都提出更高要求；同時(shí)膠預(yù)烘干爐的鏈速也需要做相應(yīng)調(diào)整，但提速后，烘烤時(shí)間縮短，膠的烘干存在風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)上述問題，主要通過以下方式解決：

1）通過培訓(xùn)和技能競(jìng)賽提升員工熟練度；

①員工技能提升培訓(xùn)計(jì)劃見下表：

表3

②員工技能競(jìng)賽方案（略）；

③員工技能提升培訓(xùn)教材：分為5S與安全、工藝、質(zhì)量、精益生產(chǎn)、TPM、JIMM、員工行為準(zhǔn)則七類教材（教材具體內(nèi)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(xiàn)有烘房長(zhǎng)度、燃燒器最大功率輸出，設(shè)計(jì)不同鏈速，根據(jù)烘烤技術(shù)要求（120℃，≥8min），找到最大的鏈速。

圖3

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

①測(cè)量提速后膠預(yù)烘干爐爐溫曲線，滿足120℃，保溫時(shí)間大于等于8min的技術(shù)要求；

②根據(jù)爐溫曲線，在實(shí)驗(yàn)室模擬膠的預(yù)烘干，判斷膠的預(yù)烘干是否滿足要求。

4.2 中面涂烘干爐爐溫調(diào)試

根據(jù)理論計(jì)算，JPH提升至16以后，中面涂烘干爐烘烤時(shí)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(jìn)行驗(yàn)證。

針對(duì)上述問題，主要通過以下方式解決：

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行梯度實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)膠烘干的最低保溫時(shí)間：

1）焊縫密封膠、底部膠及裙邊膠140℃最低保溫時(shí)間的驗(yàn)證

圖4

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，附著力、斷裂伸長(zhǎng)率、以及拉伸強(qiáng)度在好140℃情況下最低保溫時(shí)間需16min，試驗(yàn)結(jié)果詳見下表。

表4

通過爐溫跟蹤儀測(cè)量發(fā)現(xiàn)，烘房鏈速提升后，140℃保溫時(shí)間不能達(dá)到16min，故決定調(diào)整烘房三區(qū)的的溫度設(shè)置，以提升140℃保溫時(shí)間。

調(diào)整前：115℃/155℃/155℃

調(diào)整后：120℃/160℃/160℃

通過爐溫調(diào)整實(shí)現(xiàn)了140℃*16min膠的烘干要求，對(duì)焊縫密封膠、底部PVC膠、裙邊膠進(jìn)行了掛板確認(rèn)（參見下圖），結(jié)果合格。

圖5

2）爐溫調(diào)整后對(duì)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(shè)置可以滿足油漆的烘干。但通過測(cè)量外觀數(shù)據(jù)，該溫度雖可以滿足油漆的烘干，但會(huì)導(dǎo)外觀偏黃，即b值偏高（要求小于0.3），經(jīng)過多次溫度優(yōu)化調(diào)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(shí)外觀達(dá)標(biāo)。

保溫時(shí)間及油漆烘烤調(diào)整前后對(duì)比詳見下圖：

圖6

爐溫調(diào)整前后油漆外觀數(shù)據(jù)對(duì)比表（簡(jiǎn)約白）：

表5

4.3 噴幅調(diào)試

JPH提升需要提升噴涂速度，用原有工藝參數(shù)噴涂，重合率下降，膜厚、外觀不能滿足工藝要求；當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)已達(dá)到設(shè)計(jì)JPH上限，調(diào)試干擾因素多，主要措施如下：

重新調(diào)試機(jī)器人噴涂工藝參數(shù)，滿足噴幅要求；

圖7

在噴幅測(cè)量的過程中，出現(xiàn)膜厚過薄，導(dǎo)致噴幅測(cè)量不準(zhǔn)。經(jīng)過項(xiàng)目組討論，確定了上圖為噴幅測(cè)試方法，編制了來回三段的仿形，模擬正常噴涂時(shí)的仿形，增加膜厚。

圖8

同時(shí)，在機(jī)器人噴涂過程中，還出現(xiàn)了單邊發(fā)花，上漆率低的情況。通過分析驗(yàn)證，原因?yàn)轳R口鐵板放置在格柵板上，貼近文丘里水循環(huán)，沉降風(fēng)速不均勻?qū)е隆ｍ?xiàng)目組制作了高800mm的平臺(tái)用于放置馬口貼板，解決了噴幅測(cè)量中面漆不均勻的問題，如圖8所示。

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

表6

4.4 輸送系統(tǒng)的匹配

前期設(shè)計(jì)規(guī)劃，閃干滾床電機(jī)選型留存空間有限。在原有運(yùn)行模式下，滾床電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行也無法達(dá)到16JPH。噴漆室采用輸送雙鏈，閃干為滾床運(yùn)行，存在上下交接速度匹配的問題；輸送鏈速與機(jī)器人速度的匹配問題，在噴涂速度確定的情況下，鏈速相對(duì)偏慢，可能出現(xiàn)走到奇點(diǎn)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(jìn)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(yùn)行的方式，縮短滾床上下交接的等待時(shí)間。

調(diào)整前

圖9

B滾床上車身完全進(jìn)入滾床A后，滾床C上車身開始進(jìn)入B滾床；

調(diào)整后

圖10

A、B、C滾床上車身同時(shí)以相同速度前行。

2）以間距1.8m，滑撬長(zhǎng)度5.7m，16JPH為目標(biāo)值，計(jì)算鏈速

（1.8+5.7）*16/60=2m/min

在確定機(jī)器人噴涂速度500mm/min后，以鏈速2m/min為基準(zhǔn)，通過模擬運(yùn)行，找到可能出現(xiàn)奇點(diǎn)的位置，重新調(diào)整機(jī)器人在該位置空間坐標(biāo)；然后小幅度提升噴漆鏈速后再次試驗(yàn)找奇點(diǎn)；反復(fù)試驗(yàn)，以及考慮在正常生產(chǎn)中鏈速可能出現(xiàn)的波動(dòng)，最終確定噴漆鏈速為2.1m/min。

3）用轉(zhuǎn)速儀測(cè)量噴漆雙鏈、閃干工位各電機(jī)運(yùn)行速度

通過反復(fù)調(diào)整電機(jī)變頻器參數(shù)，確保閃干各電機(jī)運(yùn)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(jī)器人自主仿形

提升JPH，需要提升機(jī)器人噴涂速度，但噴涂速度對(duì)油漆耗量的影響成正比例，需要找到一個(gè)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(shí)間，單獨(dú)增加噴涂速度對(duì)油漆最終耗量影響太大，增加軌跡會(huì)導(dǎo)致噴涂時(shí)間加長(zhǎng)，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(zhuǎn)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(diào)整，來保證最終的噴涂質(zhì)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(shí)長(zhǎng)25s,滑撬長(zhǎng)度5.7米為基準(zhǔn)，計(jì)算出噴車時(shí)間范圍應(yīng)小于189s。

（5.7+1.8）/2.1*60-25=189s

b.原有三個(gè)車型，噴涂面積最大的是長(zhǎng)軸皮卡，在項(xiàng)目調(diào)試階段以長(zhǎng)軸皮卡噴涂時(shí)間為基準(zhǔn)；

c.以原有噴涂速度計(jì)算出加長(zhǎng)皮卡噴涂時(shí)間213s。

以上述三點(diǎn)為基礎(chǔ)，調(diào)整噴涂速度（原值vPaint400），不斷調(diào)整噴涂速度，模擬不同速度下噴涂完成所需時(shí)間，多次嘗試后得出采用噴涂速度490mm/min，加長(zhǎng)皮卡噴涂時(shí)間為189s剛好能夠完成噴涂，考慮到正常生產(chǎn)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(yùn)行軌跡，多次對(duì)實(shí)際噴涂軌跡進(jìn)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(shí)現(xiàn)加長(zhǎng)皮卡噴涂時(shí)間為183s；

b.針對(duì)部分點(diǎn)噴涂質(zhì)量差，根據(jù)不同位置，在機(jī)器人軌跡上進(jìn)行優(yōu)化，反復(fù)驗(yàn)證。

下面列舉在調(diào)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(biāo)識(shí)處出現(xiàn)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(diào)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(duì)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(huì)出現(xiàn)流掛，通過優(yōu)化翼子板軌跡的間距，在交接處調(diào)整霧化器角度來噴涂。

圖14

在引擎蓋兩側(cè)是弧面下垂的兩尖角，噴涂中會(huì)出現(xiàn)流掛現(xiàn)象，首先單獨(dú)把這部分軌跡獨(dú)立的設(shè)置噴涂參數(shù)，通過多次調(diào)整流量驗(yàn)證，在保證質(zhì)量的情況下，解決了這一難題。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目旨在提高整條涂裝生產(chǎn)線JPH，從人、機(jī)、料、法四個(gè)方面綜合考慮，制定了詳細(xì)的實(shí)施計(jì)劃。本項(xiàng)目難點(diǎn)在于面漆段的JPH提升，需在不影響日產(chǎn)生產(chǎn)的前提下，對(duì)所有車型顏色進(jìn)行調(diào)試，與新線調(diào)試工作量相當(dāng)，且水性3C1B涂裝線產(chǎn)能提升可借鑒經(jīng)驗(yàn)少，最終在項(xiàng)目小組的共同努力下實(shí)現(xiàn)了JPH的提升。

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

[1] 魯鋼,徐翠香,宋艷.涂料化學(xué)與涂裝技術(shù)基礎(chǔ).[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

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[5] 傅紹燕.涂裝工藝及車間設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:機(jī)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