汽车涂装智能化规划路径及节能措施

花落何从 2021-03-18 15:32:11

作为汽车主机厂五大主要工艺之一的车身涂装,实现车身防腐、密封、装饰三大基本功能,由于厂房内清洁度要求高,设备种类多、自动程度高,导致一次工艺投资大,一旦稳定投产,后期新车型投资往往是其它极大工艺中最低的,但车身涂装生产是能耗大户、耗材消耗大户、也有害固体废弃物及VOC排放大户,基于这样的特点,车身涂装的智能化规划应该突出解决这些痛点。本文将探讨从如何通过解决车身涂装痛点问题来制订涂装智能化规划路径。


一、如何通过车身涂装智能化降低涂装车间能耗?


涂装车间的显著特点是工艺布置一般采用多层立体化、区域化、洁净化布局,车身涂胶、喷漆采用机器人作业,车间内升降机多、驱动电机总功率大,车身输送全自动化,60JPH的车间总输送距离长达6--7千米,为保障车身涂装多品种生产,需要消耗大量的能源。为减少能源浪费,厂房按照密封、隔热、减震、降噪、全空调供风方式设计。从这些特点分析,通过布设各种传感器和大数据分析,将车身涂装由自动化阶段升级为智能化阶段,实现智能化涂装,能有效降低单车能耗,可以从以下几个方面进行探索。

汽车涂装智能化规划路径及节能措施

1.建设智能化车身输送系统。如根据工厂的实际采用全摩擦输送技术、滚浸式输送技术、全旋转浸渍输送技术、多功能穿梭机等,大幅度缩短输送线设备总长度;采用机电一体化驱动系统(超高效电机系统)、布设传感器智能监控输送线电能消耗状态,建设智能化的车身输送线控制系统,降低电能能耗。


2.智能控制车身编组站车身数量。建立车身存放数学模型,对漆前的白车身编组站、漆后车身编组站、面漆前车身颜色编组站进行科学管理,使各编组站中的车身品种、颜色、数量、运输量与生产计划处在最佳适配状态,减少无意义的转运。


3.提高喷漆室和烘干室的能源利用率。室体结构形式设计直接影响了单车能耗,机器人内置式喷漆室占用空间大,能源浪费大,采用外挂式或壁挂式机器人,可使喷漆室的宽度降至3.8米甚至更窄,从而大量减少喷漆送风量,减少电能消耗;设计合理的烘干室结构和实体长度、辅助加热装置等,通过智能化的温控系统,严格控制加温曲线,提高热能的有效利用率。


4.建立智能化的空调管理系统。喷漆室送排风空调系统耗能约占车间总能耗30%左右,布设传感器监控喷漆室的环境,建立送排风模型,智能化控制喷漆室送排风量,精准控制喷漆室换气风速,对喷漆室空气净化,排风净化后循环再利用;车间采用全封闭厂房供风系统为全空调供风方式,通过检测的厂房内空气参数,智能化调配供新风或加少量室内回风的量,不生产时全部采用室内回风;根据车间区域功能划分,智能化调配车间内不同区域新风和回风利用比例,改善室内环境。


5.采用高效高速悬杯。以前高速悬杯的喷漆量为300-600ml/min,目前已能达到1000 ml/min,,可以减少喷漆机器人数量,缩短喷漆室的长度,减少能耗。


6.热能回收与再利用。烘干室的烟气温度高,含有大量的热能,废气燃烧室也产生了大量的热能,都应回收利用,如将废气燃烧产生的热能和排放的烟气及烘干室车身冷却的热能都收集后通过新风换热装置对新鲜空气加热等。


二、如何通过车身涂装智能化降低材料消耗?


车身涂装的材料消耗包含上车材料和非上车材料,其所占的费用都是整车厂所有工程中最高的,上车材料主要包含电泳漆、密封胶、中涂漆、色漆、清漆等,这里主要研讨如何通过实施智能化涂装方案提高这些上车材料的利用率,降低材料消耗,减少固废产生率。在制作车身涂装智能化规划时,主要可以从以下几个方面采取措施。


1.智能化控制各涂层的厚度。自动检测车身各部位各涂层(中涂、色漆、面漆)的漆膜厚度,并通过连续检测到的膜厚数据,做出预测分析,与机器人系统连接,自动调整喷漆机器人程序,智能化调整喷涂工艺参数,使各车身涂层厚度符合质量要求,并保持膜厚具有较高的一致性;


自动检测车身各部位电泳漆厚度,自动检测电泳漆的理化参数,并通过连续检测的数据进行建模分析,预测其变化曲线,自动调整电泳漆的固体份指标和其它理化指标,保持电泳漆膜厚度的一致性和电泳质量稳定;

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2.提高车身喷涂排产的智能化水平。将涂装生产智能管理系统与工厂的智能管理系统相联,合理调度色漆车身编组站的同色车身,自动编排同色车身最经济的生产批次量,减少换色漆的频次,减少每次换色时油漆的损耗,减少换漆时清洗悬杯等所消耗的材料。


3.提高喷涂物聚焦的精准度。车身外表面、内表面、边框等需要喷涂油漆的工序都采用喷涂机器人作业,精益求精地调整机器人的喷涂程序,提高喷涂物聚焦的精准度,特别是在内涂装站里,要分层安排机器人的移动导轨,使雾化器能更方便接近喷涂工作面,提高涂料的喷涂利用率;


采用先进的喷涂技术,如钟形悬杯式喷嘴和定形气流环技术,可有效减少喷涂物的损耗;


车体密封处理采用机器人作业,如接缝的密封、汽车底盘防护层的涂覆等,采用机器人自动涂覆作业可以保证涂覆定位的高精确度和高重复精度,提高供给料量的高精准性和工作的同步性,不仅提供了密封作业的自动化程度,涂覆一致性好,而且提高了涂覆材料的利用率,减低了材料消耗和浪费。


4.提高机器人作业覆盖面。涂装车间密封性好,全靠空调系统换气,影响了车间内的空气质量,因此要尽量采用机器人取代人工,降低车间内操作工人数量。喷漆、涂胶、打磨、精修、质检等作业都可以研究如何采用高效的机器人或自动化设备代替,由于其重复性好、作业精确,能有效地降低材料消耗。


三、如何规划建立车身涂装智能化管理系统?


作为整车制造厂重要的一个环,车身涂装智能化规划要在与工厂智能化规划相衔接,遵循公司的智能化规划原则和信息交流互通的接口标准。考虑到涂装车间的特点,有针对性地布设传感器,开发相应的计算机软件,形成车身涂装智能化管理系统。车身涂装智能化制造规划应该包含以下几何方面的内容。


1.涂装信息系统联网控制。提升车间的自动化控制系统的智能化水平,将PLC控制的所有涂装设备进行联网,连接生产执行系统MES,甚至与车间重点生产区域摄像监控系统和重要的物流门禁系统相联,管理生产过程,降低能源消耗和材料消耗。


2.实现车身自动识别跟踪定位。通过安装高频RFID芯片及读写器,使车身的身份信息能随时被线上的自动化设备感知,比如输送系统、喷漆机器人系统、涂胶机器人等,以便调动相应的程序精准输送、涂胶、喷漆等工序;

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3.生产及监控数据双向传输。实现工艺参数及在线检测数据收集、传输、分析、预警、纠偏等,以及厂房内环境的精准控制和车身涂装质量监测数据的分析及预控;实现生产计划、指令、车型信息、车身编组站排程等生产信息的发放及接收,使自动化生产设备能即时得到这些生产指令,满足多品种车身、多颜色需求的生产调度和管理。


4.建立涂层质量自动检测系统。应用协作机器人进行车身涂层质量进行自动检测、数据分析等,并与自动打磨、精修机器人、喷漆机器人联网,共享分析数据,实现涂层质量的精准控制。


5.设备联网及设备故障可视化预防。涂装设备多、自动化程度高、运行复杂,要实现所有PLC控制的设备联网,在涂装线主要设备上安装网络通信模块用于接收和发出相关信息,还要布设监控设备运行状态的传感器及视频监控器,收集主要设备的运行数据,建立相关的设备运行状态数模,监控其变化趋势,预判其产生故障几率,提前介入防止设备运行趋势劣化,形成一套智能化的预测、预控、预警及预检修系统。


总之,只要我们对现有的车身涂装过程进行分析和评估,就会发现巨大的优化空间,通过对设备的改善、工作流程的改进,生产布局的调整,生产规则的优化,并大力研究及采用新的涂装技术如3C1B涂装工艺、二涂层涂装新工艺、高固体份油漆、水性漆等绿色工艺技术,制定并实施车身涂装智能化方案,就能有效地降低能源消耗,提高材料利用率,降低生产成本,实现多品种车身的智能化涂装。


来源:智造汽车,作者胡昌华

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