朱金福，宋衍國(guó)

（1.一汽-大眾汽車有限公司規(guī)劃部涂裝規(guī)劃科，吉林 長(zhǎng)春 130011；2.機(jī)械工業(yè)第九設(shè)計(jì)研究院有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130011）

前言

輸送系統(tǒng)是汽車廠涂裝車間的重要組成部分，如同人體結(jié)構(gòu)一樣，工藝過程如同人類的血液，實(shí)現(xiàn)各個(gè)器官的功能正常運(yùn)作；而輸送系統(tǒng)就如同人類的血管，保證血液正常到達(dá)指定的目的地，可見涂裝車間輸送系統(tǒng)在涂裝車間生產(chǎn)過程中起到核心作用。涂裝車間輸送系統(tǒng)伴隨著汽車發(fā)展歷史，已經(jīng)有上百年歷史，從最初的手工線到半自動(dòng)輸送線，再到目前全自動(dòng)流水線，輸送系統(tǒng)逐步向機(jī)電一體化、節(jié)簡(jiǎn)化方向發(fā)展。本文結(jié)合某知名車企從輸送系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性選型、輸送系統(tǒng)模擬優(yōu)化、輸送系統(tǒng)能效經(jīng)濟(jì)性分析、雪橇清理模式經(jīng)濟(jì)性分析四個(gè)方面進(jìn)行論述，研究如何用最優(yōu)的投入建設(shè)最佳的工廠涂裝輸送線。

圖1 輸送系統(tǒng)物流圖

1 輸送系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性選型

目前汽車廠涂裝車間的輸送系統(tǒng)主要包括鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、滾床輸送機(jī)、摩擦輪輸送機(jī)、EHB、穿梭小車以及相對(duì)獨(dú)立的前處理電泳輸送構(gòu)成。具體分析如下：

（1）鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)

鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)可以貫穿于整個(gè)涂裝車間，包括普鏈、積放鏈以及擺桿鏈都屬于類似結(jié)構(gòu)，通過一、二處電機(jī)帶動(dòng) 30到80米鏈條同步前進(jìn)，該機(jī)構(gòu)通常由動(dòng)力系統(tǒng)、張緊系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)構(gòu)成，如圖2所示。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗少，投入成本低的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是運(yùn)行過程噪音較大，柔性、輸送精度及平穩(wěn)性一般，長(zhǎng)期潤(rùn)滑污染設(shè)備。但這種形式仍然是多數(shù)國(guó)內(nèi)汽車廠首選方式。

圖2 烘房鏈條輸送系統(tǒng)

（2）滾床輸送機(jī)

其原理是滾床懸掛滾輪通過減速電動(dòng)機(jī)和齒帶進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，滾輪借助雪橇一次輸送一臺(tái)或兩臺(tái)車身，如圖3所示。滾床輸送系統(tǒng)具有控制靈活、噪音小，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，目前成本相對(duì)鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)高，在大型車企應(yīng)用廣泛。

圖3 滾床輸送系統(tǒng)

（3）摩擦輪輸送機(jī)

圖4 摩擦線輸送系統(tǒng)

其工作原理是靠摩擦支、吊具側(cè)面或底面推動(dòng)支、吊具前進(jìn)或后推，與滾床輸送系統(tǒng)相比增加了摩擦輪，同時(shí)減少了傳動(dòng)皮帶或者鏈條，其余基本結(jié)構(gòu)類似。該系統(tǒng)運(yùn)行能耗、噪音相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)性投入來看，介于滾床輸送系統(tǒng)和鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)間，缺點(diǎn)是輸送精度及平穩(wěn)性一般，目前該結(jié)構(gòu)在日系工廠應(yīng)用較多。

（4）EHB輸送系統(tǒng)

電力傳送吊具系統(tǒng)，該系統(tǒng)由車身鎖止器、吊具、鋁軌道、滑動(dòng)道岔和行進(jìn)機(jī)構(gòu)組成。通過電線軌道由一側(cè)給行進(jìn)機(jī)構(gòu)供電和提供行進(jìn)命令，同時(shí)行進(jìn)機(jī)構(gòu)通過安裝的距離測(cè)量和定位激光頭，來實(shí)現(xiàn)對(duì)行進(jìn)位置的控制。該系統(tǒng)具有預(yù)組裝性強(qiáng)，使用靈活、機(jī)械調(diào)試簡(jiǎn)易的特點(diǎn)，但同時(shí)對(duì)維護(hù)人員提出更高的機(jī)電知識(shí)要求，另外造價(jià)方面相對(duì)于純機(jī)械系統(tǒng)偏高。EHB系統(tǒng)目前在德系車企有較廣泛應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)上汽大眾、一汽大眾的灌蠟線具有使用案例。

圖5 EHB輸送系統(tǒng)

（5）穿梭小車系統(tǒng)

該系統(tǒng)是德國(guó)艾森曼公司研發(fā)的專有系統(tǒng)，其基本理念是給車間每臺(tái)噴涂車身配備上輪子。通過設(shè)計(jì)一種獨(dú)立的一對(duì)一載體，由該載體帶動(dòng)車身到達(dá)指定的工藝區(qū)域，避免了涂裝系統(tǒng)冗余輸送設(shè)備和大量的同步運(yùn)行帶來的能源消耗。該系統(tǒng)目前在美國(guó)特斯拉工廠有實(shí)施案例。由于一次性投入相對(duì)較高，目前國(guó)內(nèi)還沒有工廠采用。

圖6 穿梭小車系統(tǒng)

（6）前處理電泳輸送系統(tǒng)

作為涂裝車間特殊又重要的工藝系統(tǒng)，前處理電泳通常設(shè)計(jì)為獨(dú)立的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)主流的設(shè)計(jì)方式有鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)（擺桿系統(tǒng)、積放鏈等）、程控葫蘆、RODIP系統(tǒng)、多功能穿梭機(jī)等系統(tǒng)，不同項(xiàng)目由于受公司文化、項(xiàng)目成本控制、不同車企對(duì)車身涂裝質(zhì)量要求不一致等因素影響，該工藝區(qū)域輸送選型沒有絕對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)，各種形式在國(guó)產(chǎn)、日系、德系車企中均有采用。

2 輸送系統(tǒng)模擬優(yōu)化

涂裝車間輸送系統(tǒng)的模擬，是對(duì)整個(gè)車間所有輸送設(shè)備和車身運(yùn)行狀態(tài)的物流仿真。能夠從工作站層面印證設(shè)計(jì)的生產(chǎn)能力以及輸送系統(tǒng)的細(xì)節(jié)。通常模擬的目的包括：

1）找出生產(chǎn)能力不能達(dá)到目標(biāo)節(jié)拍的瓶頸點(diǎn)；

2）計(jì)算并優(yōu)化儲(chǔ)備區(qū)數(shù)量和使用情況；

3）計(jì)算并優(yōu)化車間輸送載具，包括雪橇、吊具等。

通過一系列的參數(shù)輸入，輸出最佳方案。目前比如德系汽車廠中采用西門子軟件公司開發(fā)的Plant Simulation軟件，其中有德國(guó)汽車協(xié)會(huì)專門為汽車行業(yè)開發(fā)的 VDA模塊，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的建模。以某汽車廠60JPH車間為例，輸送單機(jī)通常要達(dá)到1500臺(tái)，輸送滑撬要達(dá)到900臺(tái)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)能力和設(shè)備類型，進(jìn)行輸送系統(tǒng)的模擬能夠帶來最大限度的優(yōu)化，避免設(shè)備的投入浪費(fèi)或者改造浪費(fèi)。

圖7 模擬輸送量示例

3 輸送系統(tǒng)能效經(jīng)濟(jì)性分析

涂裝車間輸送系統(tǒng)能耗主要集中在電機(jī)上，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于電機(jī)能耗的要求不完全一致，國(guó)際上通行的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)IEC(International Electrotechnical Commission/國(guó)際電工委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)如下：

圖8 國(guó)內(nèi)外電機(jī)效率標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

圖9 不同等級(jí)電機(jī)能效對(duì)比

以SEW電機(jī)1.5KW為例，IE2能效對(duì)比IE1一次性投入雖然增加約45歐元，但成本運(yùn)行上一年既可以收回投資。同樣目前大眾體系已經(jīng)開始推行IE3標(biāo)準(zhǔn)，寶馬公司已經(jīng)開始在0.75KW以上電機(jī)采用IE4標(biāo)準(zhǔn)。

4 雪橇清理模式經(jīng)濟(jì)性分析

雪橇作為涂裝車間的車身輸送重要載體，對(duì)于工藝質(zhì)量有重要影響，因此雪橇清理是涂裝車間重要工作之一。目前涂裝車間的雪橇清理模式采用外委清理和自建清理兩種模式，并且在各大涂裝車間都有采用。前者具有管理便捷，結(jié)算簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。后者具有一次性投入大，但環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性更佳的特點(diǎn)。

以國(guó)內(nèi)某汽車廠為例，一次性投入土建、滑撬清洗設(shè)備、滾床設(shè)備等共計(jì)200萬人民幣，按照經(jīng)濟(jì)性測(cè)算結(jié)果，約3年能夠回收成本，后續(xù)10年內(nèi)，每年為公司節(jié)省150萬元外委費(fèi)用，同時(shí)，采用中水回收技術(shù)用于清洗，能夠?qū)崿F(xiàn)能源節(jié)約的目的，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任。

圖10 滑撬自建模式經(jīng)濟(jì)性分析

5 意見及建議

通過上述研究，涂裝車間輸送系統(tǒng)在新建、改擴(kuò)建過程中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)工廠情況選擇合適的輸送系統(tǒng)類型，目前滾床+雪橇的形式性價(jià)比較高；

（2）大型涂裝車間新建、改擴(kuò)建工藝方案確定后，需要做車間物流模擬，能夠最大效果的優(yōu)化車間輸送設(shè)備投入；

（3）電機(jī)等級(jí)選擇方面建議采用IE2以上，如果投資額允許，IE3長(zhǎng)期回報(bào)更大；

雪橇系統(tǒng)建議采用自建模式，能夠最大限度的節(jié)省運(yùn)行成本。