汽車涂裝生產線快速換色技術應用時遇到的問題及其解決

張艷芬，馬風雪，李飛，孟慶芳，張方祥，賈金輝，李晨溪，鄭毅，王云飛

吉利汽車集團有限公司，浙江 寧波 315000

隨著社會經濟的發展及大眾審美水平的日益提高，消費者對汽車外觀的要求已呈現出多樣化、個性化的特點，傳統的黑白灰銀雖然還處于主流顏色的地位，但已經不能滿足年輕一代的審美需求。要滿足汽車外觀不同顏色與同一顏色不同呈現效果(如閃爍、漸變等)的需求，不僅是材料開發，對汽車涂裝生產線輸調漆系統也提出了挑戰。

本文以汽車涂裝輸調漆系統現狀及面臨的多顏色快速切換技術挑戰為背景，通過分析快速換色系統工作流程、數據及設備組成，結合其在汽車生產線上應用的案例數據分析，驗證快速換色系統在顏色切換的及時性與降低涂料及溶劑消耗的可行性。

1 汽車涂裝車間涂料輸送現狀

汽車涂裝目前主要采用輸調漆系統作為涂料的主要輸送方式。在黏性流體力學的理論基礎上開發出的輸調漆系統多年來已在行業內成熟應用，根據其循環管路布置方式，主要有三線循環、雙線循環、盲端循環等，需根據工藝要求及涂料特性進行選擇。輸調漆系統主要由加料泵、循環泵、輸調漆管路及罐體、管中管系統等組成，其中加料泵、循環泵、罐體等布置在輸調漆間，涂料管路從輸調漆間引出至噴涂工位。其工作流程如圖1所示：加料泵1 從原料桶中將涂料導入加料罐2，經攪拌均勻的涂料從加料罐2 中轉移至循環罐3，循環泵4負責將涂料輸送至使用點的同時，保證涂料在系統內的循環。管中管系統5 保證了涂料正常施工所需的溫度?；谏鲜龉ぷ髁鞒痰妮斦{漆系統在輸出涂料的流量及壓力方面都穩定，對外界環境溫度的抗干擾性強，對涂料黏度影響較小。但在顏色切換時，需采用大量的溶劑對系統管路、罐體等進行充分清洗后重新注漆，此過程耗時長，溶劑消耗量大，產生的廢溶劑多。因此，一般輸調漆系統投罐后，非必要不做頻繁的顏色切換及清洗，以減少浪費[1]。

圖1 典型的輸調漆系統流程圖Figure 1 Flowchart of a typical paint transfer system

2 快速換色系統介紹

隨著顏色定制化需求越來越多，生產需切換顏色的頻次逐步增高。如何在不影響生產的情況下快速切換顏色，應對小批量、多顏色的輸漆需求，同時降低清洗溶劑消耗量，減少廢溶劑排放，成為了重點研究課題。在此背景下，快速換色系統應運而生。

相較于兩線循環輸調漆系統最快也要幾個小時才能完成清洗換色，快速換色系統采用盲端式涂料管路，從第一種涂料填充到退漆清洗完成，滿足第二種涂料的填充時間，基本在幾十分鐘以內可以完成。

快速換色系統主要由輸漆站、氣控柜、電控柜、分配模塊、走珠終端、控制系統等組成。其中，輸漆站為系統執行單元，配有定制的涂料桶、氣動桶蓋舉升裝置、攪拌器、液位計、各類傳感器、涂料輸送泵、清洗模塊、過濾模塊、走珠發射模塊、各式閥門、操作面板等。其工作流程[2]如圖2 所示：人員確認好即將注漆的顏色及狀態后，位于涂料管內走珠發射端的走珠被發射，進入涂料管路，涂料開始加注，同時在涂料輸送泵的作用下，走珠最終移動至位于涂料軟管盲端的走珠接收模塊，走珠被位于終端的傳感器檢測到到達信號以后，表明管路內涂料已注滿，輸漆泵停止注漆，于是系統進入噴涂待命狀態。同時，系統對管路內涂料壓力進行實時監測，以確保噴涂應用的準確執行。噴涂完畢后，由系統控制，采用壓縮空氣推動走珠沿著主管路將涂料退回至涂料桶內。之后，PLC(可編程邏輯控制器)啟動清洗功能，清洗模組對系統的不同分區進行獨立清洗。

圖2 快速換色系統流程圖Figure 2 Flowchart of quick color change system

走珠是由含氟橡膠制成的小球，與涂料管道內壁保持良好的密封。走珠移動的動力來源于泵及壓縮空氣。通過走珠的移動來推動管路內部涂料的不同走向。走珠內部含有磁粉，可以通過磁性傳感器檢測其位置，監測注漆情況。

根據走珠路線及配置，快速換色系統可分為主管走珠及支管走珠。只在涂料主管上設置走珠及其發射端與接收端模塊，走珠只在主管路中移動，為主管走珠；不僅在涂料主管上設置，還在涂料支管上設置走珠及其發射端與接收端模塊，走珠既在主管移動，也在各支管移動，為支管走珠。主管走珠系統的涂料回收率大于90%，支管走珠系統的涂料回收率則高達95%以上。

3 快速換色應用實例

某汽車涂裝生產線根據原規劃及顏色需求，其輸調漆系統共計有8 組色漆循環系統，可以滿足涂裝主流顏色的需求。但隨著導入車型及顏色需求的增多，顏色切換頻次提高，溶劑消耗量及操作人員工作量大幅度增加，造成了日常運營成本的增加，現有色漆系統已無法滿足生產需求[3]。

基于此，公司規劃部門考慮增加快速換色系統，以應對此問題。經過對顏色數量、顏色切換頻次的梳理，以及預估未來導入車型的工作量，選用兩套快速換色系統作為解決方案。為了減少浪費，采用“雙泵站 + 單清洗站”的系統結構，每套泵站負責為一套系統供應涂料，兩套系統共用一套清洗站進行桶蓋清洗，采用原料桶供應涂料，泵站布局如圖3 所示。

圖3 快速換色系統布局示意圖Figure 3 Layout of quick color change system

系統直接采用200 L 涂料桶加漆，配備氣動舉升裝置、氣動攪拌器、液位計、雙走珠發射模塊、清漆模塊、防爆操作盒、桶蓋清洗機等。

為了提高涂料回收率，系統采用支管走珠模式，在機器人手臂中設置了支管走珠發射端及接收端。此外還有支管路清洗模組，用于清洗支管路及走珠發射和接收模組。

現系統已調試完成，正在試運行階段。經過對運行數據的整理，計算涂料回收率，見表1。

表1 快速換色系統的涂料填充量及損耗量Table 1 Paint filling quantity and paint loss of a quick color change system

經計算，系統總注漆量為56.48 L，系統可回收總量為54.28 L，系統涂料總回收率為：54.28 ÷ 56.48 ×100% = 96.1%。

溶劑消耗量統計數據見表2。

表2 快速換色系統清洗溶劑消耗量Table 2 Solvent consumption of a quick color change system

經計算，總的清洗溶劑消耗量為41.8 L，相較于原輸調漆系統的溶劑消耗量168 L 而言大幅下降。

4 快速換色系統應用時遇到的問題及其優化

快速換色系統在初期應用過程中，出現機器人噴涂顏色出錯：計劃噴涂顏色A，實際噴涂為顏色B。經現場排查，發現其原因有兩個：一是由于顏色A 和顏色B 本身較為接近，對于不熟悉顏色的操作人員來說，一時難以辨別，誤將兩種顏色混淆；二是快速換色系統與機器人無聯鎖防錯機制，導致機器人端顏色出錯也未及時報警停機。

針對此問題，從兩個方面來解決：一是從人員管理角度出發，加強操作人員對涂料的熟悉程度，使操作人員具備不看顏色標簽也可以準確目視識別現場所用涂料的能力；二是設置快速換色系統、機器人系統、輸送系統信息交互，機器人系統對比快速換色系統與車間輸送系統輸入的兩個顏色信息是否一致，如不一致，機器人報警，輸送系統及機器人均停機，避免噴涂錯誤。經過上述信息交互邏輯(見圖4)的建立及人員的管理，實現了100%噴涂正確率。

圖4 信息交互邏輯圖Figure 4 Information interaction logic diagram

此外，優秀的車間管理及生產排序可以將快速換色系統的優勢發揮到最大。日常生產中，小顏色產品的噴涂需求集中排產，集中時間段內連續過車，減少快速換色系統換色頻次，可以減少溶劑消耗及廢溶劑的產生。比如一個車間內有兩條噴漆生產線，生產人員根據生產計劃選擇生產線，將當日需要生產的小顏色噴涂需求的產品批次性地進行生產編組及排產，可以使快速換色系統和輸調漆系統之間連續切換供應涂料，保證生產線的連續生產。

快速換色系統中易損部件──走珠系統需要在日常維護保養中重點關注。設備工程師根據維護保養規范進行設備維護保養，對走珠磨損情況進行定期檢查，及時更換磨損走珠，保證走珠與涂料管路的過盈配合，從而保證快速換色系統的涂料供應能力及主管100%退漆的能力，規避走珠磨損引起的涂料浪費等問題。

5 快速換色系統的應用總結及展望

快速換色系統相對于傳統輸調漆大系統，具有換色時間短、清洗溶劑使用量及廢溶劑排放量大幅度降低、節省涂料、操作過程簡單、靈活性強等特點。

但在應用過程中，快速換色系統對外界環境要求更高。譬如：管路沒有保溫，對環境溫度敏感；快速換色系統換色時間有一定的間隔，換色時對生產排產及人員要求較高；人員作業量較傳統輸調漆系統略多。這些對生產線的生產管理提出了更高的要求。

經實際應用證明，單條生產線體配置兩套快速換色系統，可以滿足兩個小顏色的連續生產。對于小顏色需求較多的基地，合理的生產排序及生產組織，將大批量顏色與小顏色生產需求間隔排布，利用快速換色系統的退漆清洗時間，啟動輸調漆系統生產大批量顏色需求產品，可以有效發揮快速換色優勢，提高涂料利用率，提高噴漆線利用率，降低溶劑消耗、車間能耗及涂料損失。

未來的涂裝車間輸調漆系統布局策略預計將會從單一的輸調漆系統改變為“輸調漆 + 快速換色 + 線邊小系統”的組合方式。其中，輸調漆系統用于滿足大批量顏色產品的生產需求，快速換色系統用于每日連續10 ～ 50 臺車的顏色產品需求，線邊小系統用于調試車或者極少的顏色需求。此外，快速換色系統的連續加料及自動化程度提升也已經在探索中，隨著定制化程度的提高，未來有望替代輸調漆系統，成為涂裝行業油漆輸送的主流配置。