油漆快速换色系统在主机厂的创新性应用

操金明，姚荣子，朱力友，宋衍国

（1.一汽-大众汽车有限公司规划部涂装规划科，吉林 长春 130011；2.机械工业第九设计研究院有限公司，吉林 长春 130011）

前言

中国经过 30年的改革开放，已经成为世界第二大经济体，世界第一大汽车消费市场，汽车行业的竞争也进入了白热化阶段。伴随国家绿色发展理念提出，如何降低油漆车间的材料消耗和保护环境成为汽车涂装人刻不容缓的课题。

随着汽车在中国城市和乡村的普及，各种个性化车身颜色需求越来愈多，但是，其每次生产的产量又非常小，经常有几个月都没有需求，我们将这种油漆称为“小批量颜色”，根据经验，日产能为1000台的工厂，某一种颜色每月累计小于350台；每天产量小于50台。都可以归类为“小批量颜色”。这种颜色的油漆单价通常是“大批量颜色”油漆的两倍甚至更高。 目前在主机厂供漆系统通常采用“传统的循环管路系统”，一次投罐至少需要800到1000公斤油漆，由于油漆长期在循环管路系统里循环而消耗非常慢，尤其采用支管供给的系统，需要定期挤漆，从而导致小批量颜色油漆报废量大，又会产生大笔的废油漆处理费用。同时，采用传统的循环管路系统现在已无法满足销售部门对更多个性化颜色品种数量和快速更换新颜色的需求。所以，改变主机厂所有油漆都采用传统的循环管路系统供漆模式，由新型油漆快速换色系统解决“小批量颜色“涂装的创新性应用已提上日程。

经过对各种油漆供漆系统的调查和研究，我公司采用一种油漆快速换色系统，这种系统在汽车配套件供应商的塑料件喷涂中已得到使用，由于整车生产线的特殊性，目前整车制造商还少有应用。

1 介绍油漆快速换色系统和传统的循环管路系统

1.1 油漆快速换色系统

快速换色系统是在喷漆间两侧每一种颜色各铺设一根内壁光滑的特制软管，通过压缩空气隔膜泵将一个PIG小球（在前）和一定量的油漆（在后）快速推送到自动和人工取漆点，然后机器人和喷漆工就可以喷漆，这时油漆是不循环的，只是由压缩空气隔膜泵不断地单向供给。如果没有喷漆需求，在一定时间后(可根据油漆的属性编程定义)，系统自动将软管里剩余的油漆通过与特制软管内径紧密配合的PIG小球借助 18巴左右的压缩空气从最后一个用漆点开始推回到供漆桶，并慢速，低剪切力地搅拌，这些油漆在一定时间内可以再次喷涂使用。这样，油漆在没有喷涂需求时，不用像在传统的循环管路系统里那样必须强制地，不间断地参与循环，导致其使用寿命和品质因系统剪切力的影响而缩短或损坏。而且这种系统能在 30分钟左右就可以完成最难清洗的颜色油漆之间的清洗和切换，例如，由红色换成白色。因此，该系统非常适合多批次，少数量的小颜色油漆的生产，并大幅降低单车的油漆消耗和清洗剂消耗量。快速换色系统流程图见图1。

其单侧管路的动画图如下：

图1 快速换色系统图

1.2 传统的循环管路系统

传统的循环管路系统是通过循环泵将油漆，借助绕喷漆间四周环形铺设的不锈钢循环管路，以一定的压力和流量输送到各个自动和人工取漆点。油漆必须始终在系统里循环，以防止油漆沉淀。它适合于大批量颜色油漆的集中生产。每个系统换色清洗时，需将填充在管路里的所有油漆倒空（为了保证生产质量，这样油漆通常直接报废，而不再重复使用），然后添加同样量的清洗剂，通过泵的压力和脉冲来不断循环清洗系统，需要多次更换清洗剂，通常需要一周左右的时间。它在生产不同颜色油漆时损失的油漆，清洗剂以及宝贵的生产时间也非常大。传统的循环管路系统流程图见图2。

图2 传统的循环管路系统图

以上两种供漆系统的主要差异见下表：

表1 供漆系统的主要差异表

从表中数据可以看出，快速换色系统具备换色快，投漆量少，生产柔性高的优势，非常适用于小批量或者特殊颜色油漆的喷涂生产。

2 快速换色系统的适用范围

对于年产30万辆的油漆车间，我公司通常会安装20套不锈钢的传统的循环管路系统同时供应两条面漆线底色漆喷涂，安装4套传统的小循环管路系统供单条面漆线的底色漆喷涂。如果销售公司同时需要的颜色品种更多，在机器人手臂上的换色阀空间、机器人七轴坦克链空间和调漆间的空间都难解决 。为解决生产无法满足销售对车型颜色需求的难题，我们对4种A级轿车使用的各种颜色实际装车率进行了调查，见图3：

图3 各种颜色实际装车率调查示意图

通过对这4种A级轿车的各种颜色装车率统计，发现其中有10种颜色的比率在2%以下，甚至有的月份为0%， 并且这些比率也是不断变化。 如果对于这些小批量颜色，我们采用快速换色系统供给，就解决了设备空间的限制，减少油漆和清洗剂的浪费，同时还能生产更多颜色品种。因此， 建议针对不同的颜色装车率（2%-5%），结合车间整体产能及排产计划，采用不同的油漆供给系统。

3 系统的经济性分析

采用传统的循环管路系统供给小批量颜色的油漆， 主要会造成以下几种浪费：

（1）为了防止油漆长时间不使用而在支管中沉淀影响油漆质量或者堵塞支管，需要定期挤出所有机器人及手工用漆点支管里的油漆；

（2）油漆长时间循环而不使用导致老化，油漆品质不合格而报废；

（3）为了保证最低系统投漆量而多订的油漆材料；

（4）因为换色需要频繁清洗循环管路系统而浪费的油漆和清洗剂；

（5）系统长期运行，产能无效能耗；

（6）上述浪费的油漆和清洗剂必须按照危险废弃物进行处理，处理成本极高。

某年1月到12月小颜色油漆在传统的循环管路系统里的实际应用情况示意图见图4。

图4 小颜色过程浪费比率图

从图4可以看出，采用不合适的油漆供给方式，小批量颜色油漆的利用率只有24%-50% 左右。

经过我们的测算，尽管目前快速换色系统的一次性投资是传统的循环管路系统的2到2.5倍， 但是通过减少上述浪费，可以在不到两年的时间内就能收回投资成本。

4 快速换色系统的环境友好性分析

小批量颜色油漆采用快速换色系统供给后，可以显著降低单车油漆消耗量，从根本上减少喷漆工艺过程中的 VOC排放和废漆，废清洗剂的处理量。

快速换色系统只在喷漆时才消耗电能和压缩空气，在较长时间不喷漆时，只需保证供漆桶以较低转速搅拌即可，管路系统是空的。所以与传统的循环管路系统相比，能耗会低很多。

该系统可实现柔性化生产，即实现多种颜色通过一套系统供给，在满足生产、保证质量前提下，节约了占地面积，实现社会资源最大化。

5 意见及建议

使用快速换色系统时，还需注意以下要点：

（1）系统设计时，应结合生产线取漆点数量及生产线整体长度，保证压力、流速的均衡，克服输送过程对材料性能的影响，并根据生产线整体产能，配置合理的供给桶。

（2）在编制生产计划时，尽可能考虑将小批量颜色的车集中在几个班次或者几天生产；如果有多条面漆线生产的话，涂装车间输送设备控制系统需要考虑将特定颜色的车身送到特定的面漆线，这样可以避免频繁更换供漆桶。

（3）在涂装车间还需要通过中央控制室和输送设备控制系统，及时通知调漆间，后续生产将喷涂哪种颜色，以便根据小批量颜色需求信息，提前做好相应的油漆供应准备。

（4）将快速换色系统事后并入已投入生产的机器人系统时，必须考虑安装在机器人手臂上的软管的柔韧性和耐磨性，最好将它们安装到机器人已有的油漆软管保护套管里，并系统地测试在机器人运行各种轨迹时是否有干涉和折弯现象，以防止软管长时间运动时破裂。

（5）在发包新油漆时，对于小批量颜色的油漆，最好询问各种不同包装大小桶的油漆单价，这样可以根据情况采用更小体积供漆桶，将油漆消耗量降到最低。

6 结束语

在供给侧改革的大背景下，我们必须满足各种小众客户的个性化车身颜色需求，采用最环保,最经济的方式使用我们的油漆供给系统。 目前我们正在建设的年产三十万辆车的油漆车间，与以往同等规模的项目相比，已少安装10套传统的底色漆循环管路系统，取而代之地是安装四套快速换色系统。根据估算，能满足工厂的各种颜色油漆生产的需要，同时将给主机厂带来很好的经济效益和环保效益。