60JPH智能化涂裝生產線的規劃策略

黃海山，完顏成功

60JPH智能化涂裝生產線的規劃策略

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線規劃的前提和目的，然后明確了其應遵守的原則，最后通過積極引入智能制造場景，制定了產品量綱（年銷量）與設計產能、行業對標、產品定位與工廠定位等十項合理的規劃策略，形成綠色低碳環保、高效智能、可迭代升級的超級工廠60 JPH智能化涂裝生產線規劃建設思路。

行業對標；智能制造；迭代升級；智能化涂裝生產線；規劃策略；超級工廠

在國家穩經濟、促消費政策的持續作用下，新能源汽車產品競爭力不斷提高。截至2022年，部分新能源汽車月銷量持續刷新歷史紀錄，市場占有率快速上升、集中度不斷提高，因此，部分企業需要擴充新產能以滿足銷售市場需求。本文結合國家工業4.0發展戰略，充分對標行業，積極規劃涂裝智能制造應用場景落地，制定標準化的超級工廠涂裝線規劃策略，標準規劃、快速建設，以快速形成有效產能、縮短新產品導入周期，使涂裝生產線實現可快速復制、迭代升級等功能。

1 工廠生產線規劃前提

工廠產線規劃通常需相符以下前提：1）國家法律法規、產業發展政策，遵守客觀規律；2）遵從企業發展戰略和產品規劃定位；3）滿足產品銷量需求，確保產線產能利用率大于80%；4）投產節點滿足產品投產計劃時間；5）完成公司投資強度和收益率測算。

2 工廠生產線規劃目的

1）建立高效、精益、綠色環保，以及可迭代升級的智能化涂裝工廠；2）降低車型導入的投資成本、制造運營成本；3）提供車型共線、高效的柔性化策略，確保公司產品規劃落地；4）實現標準化和平輛化，即形成標準化工廠建設方案，可在各基地快速復制、迅速形成產能，同一平輛車型可在各基地快速轉產，降低綜合成本。

3 工廠生產線規劃原則

以客戶為中心，圍繞產品特性與行業標桿對標，充分考慮標準化、柔性化、自動化、智能化要素，滿足高效制造的要求，工廠生產線規范包括：1）人貨分流及物流路線最優原則[1]；2）質量可靠性、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）節能減排、綠色制造原則；8）主線制造周期最優原則；9）效率原則：盡量降低單車工時（Hour Per Vehicle, HPV）；10）不同平輛車型（經濟）共線生產原則，即二平輛四車型與三平輛六車型之間平衡，做到“標準化”和“平輛化”有機統一；11）平衡設備投資與運行成本的標準化與通用化原則。

4 涂裝線規劃策略

4.1 產品量綱（年銷量）與設計產能

根據產品的年銷量、產能利用率和生產線年標準工作時間計算生產線小時凈產出（Job Per Hour, JPH），其決定了生產線規模[2]，再根據生產線的開動率計算生產線節拍（生產每輛車所需要的秒數），例如最常見的車型每年銷量為10×105輛，生產線年標準生產時間規定為5 000 h/年，生產線規劃成20 JPH，如考慮產能利用率80%及規模經濟性，一般會設計成第一步達成30 JPH生產線；第二款車投產時，產能提升改造第二步達成40 JPH；第三款車投產時再提產改造，達成60 JPH生產能力的分步建設方式。

根據車型銷量和投產時間，一次規劃60 JPH涂裝生產線，廠房“一次規劃”建設完成，工藝設備按車型投產步驟“分步實施”，既可節約首期資本支出，又可在初期降低工廠運營成本。

如果投產一款爆款車型，預測年銷量達30×105輛以上，則需一次建成60 JPH生產線；兩款車同時投產，年銷量達到20×105輛，則一次建成40 JPH規模生產線。

因此，行業內一般有30 JPH、40 JPH和60 JPH規模的工廠區別，如果考慮未來3～5年產能、產銷量即可達到30×105輛以上，建議考慮一次性規劃60 JPH生產線、工藝設備分步實施，總體投資成本優于分步實施建設2條獨立的30 JPH生產線。

4.2 行業標桿對標

經涂裝規劃團隊充分調研、廣泛對標最新建立的先進涂裝生產線，其中包括新勢力、傳統造車企業新建工廠等，結合前期實際規劃建設經驗，總結經驗教訓，如表1所示。綜合對比后，結合產品銷量預測，新規劃工廠按60 JPH（對應30萬輛/年）進行規劃最為經濟，工藝先進性和智能化程度選擇行業先進水平，并預留智能化接口和高質量外觀多遍噴涂等升級迭代空間。

4.3 產品定位與工廠定位

產品劃分為豪華品牌、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線設計滿足品牌的高端形象要求，在節能環保、高自動化、智能制造、客戶響應、質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；而微型車生產線只要求滿足質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線進行大批量生產，有利于降低成本、提高效率。

根據車型產品定位把工廠規劃為以下三類：超級工廠、高端工廠、標準工廠，同時應基于工廠定位進行工藝規劃及設備選型等規劃建設，車型產品與工廠定位對應關系如表2所示。

表1 工廠涂裝線對比

擬規劃工廠行業頂尖工廠備注 工廠名稱XX超級工廠超級一廠超級二廠標準工廠T-SH二期某新橋工廠某SH-MEBBYD合肥 對標項目60 JPH60 JPH60 JPH60 JPH75 JPH60 JPH120 JPH75 JPH 作業自動化涂膠、噴漆自動化90%90%90%90%90%90%90%90% 檢測智能化質量和缺陷自動檢測√√√√√√√√ 環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水性預留高外觀三遍噴涂 獨立套色√√6預留預留未知未知未知未知預留20 JPH單獨套色 工廠數字化IOT平輛設備互聯√√√√√√√√ 3D建模及虛擬仿真調試√√√√√√√√

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

表2 車型產品與工廠定位對應關系

產品類型指標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 標準工廠標準工廠

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

4.4 生產線通過性

產品生產線通過性是產品可制造的前提，生產線在設計時要充分考慮產品重量、尺寸大小、定位策略、軸距等因素，行業一般把生產線按車型分為A0—B級車線、A—CD級車線和微型車線。提前規劃每一個工廠未來所生產車型及平輛，確保車型在工廠生產線通過性同時，也能滿足后續車型在所定位工廠的調配生產。

4.5 產品性質與產線選型

1）產品性質（產品結構及材料）：轎車產品分為三箱、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，不同的材料對應的涂裝工藝不同。因此，制造車輛使用的設備及工藝需滿足車輛結構及材料要求。

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

3）顏色：根據車型顏色種類，珠光漆、啞光漆等定義來規劃輸調漆管路數量，隨著個性化顏色的增加，還要考慮快速換色系統的規劃。

4.6 工藝流程選型

不同的涂裝工藝流程（Bill Of Process, BOP）會有不同的生產順序和工藝路徑，根據產品定位，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；標準工廠以生產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運行成本[3]。

4.7 柔性化共線策略

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

4.8 涂裝線規劃指標

標準化涂裝線規劃指標主要從工廠定位、投資收益、環保水平等多方面對標參考行業先進水平來進行設定，如表3所示。涂裝工藝設備選型首選節能環保產品，其環保水平應適度提前，同時要考慮滿足未來10年環保法規要求，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，工藝涂裝線應具備較高的自動化率，以平衡投資成本與未來運營成本關系。智能制造水平應考慮部分超前發展需要，可采用分步實施，應在規劃時預留接口，同時盡可能引入合適的場景落地，以作成行業名片，引領行業發展。

表3 60JPH涂裝線規劃指標

序號類型指標名稱工廠等級指標評價標準超級工廠高端工廠標準工廠 1設備設備開動率前處理電泳96%；其他93%表示設備使用效率，設備的開動時間/最大負荷時間 2機器人自動化水平≥90%≥80%≥60%自動作業工位/總工位×100%（只考慮工藝工位） 3電機能效≥二級國標新標準的二級能效標準（等同于IEC標準IE4） 4效率工藝HPV≤2.10≤2.5≤2.9人時/輛 5經濟單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產能，超級工廠采用國際一流供應商及一流品牌設備和配置 6單位面積取水量≤12 L/㎡計算方法參照《涂裝行業清潔生產評價指標體系》 7單位面積綜合能耗≤0.33 kgce/㎡（Ⅰ級基準）每平方米涂裝面積綜合能耗（計算方法參照《涂裝行業清潔生產評價指標體系》） 8單JPH占地面積650 m2600 m2600 m2涂裝車間占地面積/綜合節拍，采用2層廠房，盡量減少輔房，超級工廠設單獨30 JPH套色線，占用面積稍大 9環保[4]清潔生產等級1級清潔生產綜合評分等級（計算方法參照《涂裝行業清潔生產評價指標體系》） 10重污染天氣應對A級根據生態環境部《關于印發<重污染天氣重點行業應急減排措施制定技術指南（2020年修訂版）>的函》規定 11VOC排放需遵守國標/地標，以最嚴要求為建設標準1.生產過程每平方米涂裝面積揮發性有機物產生量（計算方法參照《涂裝行業清潔生產評價指標體系》）2.有地標的遵守地標要求，各地標準越來越嚴，隨時可能有變化 12危險廢棄物產生量≤140 g/m2生產過程每平方米涂裝面積危險廢棄物產生量（計算方法參照《涂裝行業清潔生產評價指標體系》） 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 涂裝生產線智能制造場景簡介

經充分對標行業先進工廠涂裝線，積極規劃涂裝智能制造應用場景落地。當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留，在條件成熟時，即在不需要做大的改動時即可快速導入。涂裝生產線智能制造應用場景如表4所示。

表4 涂裝生產線智能制造應用場景

序號業務模塊場景名稱場景內容描述超級工廠高端工廠標準工廠 13D工廠生產線3D建模實現全車間3D仿真，數字化虛擬廠房和生產線設備，采用BIM進行設計[5]√√√ 2設備管理設備點檢設置藍牙標簽（Pad臨近時自動彈出點檢入口），配置Pad進行設備點檢√√√ 智能維保關鍵驅動設備、大功率風機增加在線振動監測儀并附算法分析，進行預防性維護提醒、周期性維護，維修工單實時推送等功能√√預留 3能源管理能源計量和分析、智能啟停能源介質（冷、熱水，電、天然氣、壓縮空氣）設置在線數字計量儀表，異常能耗分析與預警，建立設備四季開關機指導數據模型√√√ 智能照明通過DALI總線對燈具進行控制、自動開關、調光和亮度診斷等√√√ 4生產執行數字孿生車間設備運行三維畫面實時展示，指標可視化，工藝信息化√√預留 AVI系統采用RFID跟蹤、調配車身信息√√未知 5質量管理[6]Andon系統PMC模塊畫面集成，數據孿生畫面集成，后道工序查出的質量缺陷根據關鍵字推送前道工序屏顯示并附聲光提醒√√√ 參數自動檢測前處理參數自動在線檢測，實現根據參數變化自動加料√√√ 質量可追溯在移動端Pad將所有缺陷進行關鍵字標準化，實現質量與工藝參數、車型綁定可追溯√√√ 6安環模塊視頻監控生產線設置多個視頻監控點，分屏軟件授權管理√√√ EHS管理系統從學習、培訓、考核、跟蹤等多方面輔助車間安全管理，預防安全事故發生√√√ 7培訓模塊VR實訓使用特定的VR設備，形成視聽一體化的可沉浸體驗環境，代替以往的作業培訓√√√

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

4.10 涂裝建設周期管理

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

5 結語

結合多個工廠長期涂裝規劃工作經驗，對標國內外優秀工廠案例，結合產品定位確定工廠檔次，充分考慮未來發展方向、應用數字化和智能化場景落地，形成綠色低碳環保、高效智能、質量可靠的60 JPH標準化涂裝生產線的規劃策略，使投資成本與運營成本最優，以供行業在進行同類高產能工廠規劃時參考。

[1] 王錫春,吳濤.涂裝車間設計手冊[M].3版.北京:化學工業出版社,2019.

[2] 孫世清,孫世靖,王寶琦,等.淺談乘用車涂裝生產線規劃設計[J].現代涂料與涂裝,2019,22(6):42-44.

[3] 王亮.探究汽車涂裝水性免中涂工藝[J].時代汽車, 2017(14):118,120.

[4] 高林友.淺談汽車環保涂裝技術[J].汽車維修,2013 (2):4-6.

[5] 苑偉彬,李豐,宋衍國.淺談BIM在新建涂裝車間項目中的應用[J].汽車材料與涂裝,2017(23):72-74.

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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、新車型投產、新涂裝生產線規劃建設與項目管理等，E-mail:henry_hai@163.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.033