涂装车间输送系统整体经济性简析

朱金福，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

输送系统是汽车厂涂装车间的重要组成部分，如同人体结构一样，工艺过程如同人类的血液，实现各个器官的功能正常运作；而输送系统就如同人类的血管，保证血液正常到达指定的目的地，可见涂装车间输送系统在涂装车间生产过程中起到核心作用。涂装车间输送系统伴随着汽车发展历史，已经有上百年历史，从最初的手工线到半自动输送线，再到目前全自动流水线，输送系统逐步向机电一体化、节简化方向发展。本文结合某知名车企从输送系统经济性选型、输送系统模拟优化、输送系统能效经济性分析、雪橇清理模式经济性分析四个方面进行论述，研究如何用最优的投入建设最佳的工厂涂装输送线。

图1 输送系统物流图

1 输送系统经济性选型

目前汽车厂涂装车间的输送系统主要包括链式输送机、滚床输送机、摩擦轮输送机、EHB、穿梭小车以及相对独立的前处理电泳输送构成。具体分析如下：

（1）链式输送机

链式输送机可以贯穿于整个涂装车间，包括普链、积放链以及摆杆链都属于类似结构，通过一、二处电机带动 30到80米链条同步前进，该机构通常由动力系统、张紧系统、润滑系统、支撑系统构成，如图2所示。具有结构简单，动力消耗少，投入成本低的优点。缺点是运行过程噪音较大，柔性、输送精度及平稳性一般，长期润滑污染设备。但这种形式仍然是多数国内汽车厂首选方式。

图2 烘房链条输送系统

（2）滚床输送机

其原理是滚床悬挂滚轮通过减速电动机和齿带进行驱动，滚轮借助雪橇一次输送一台或两台车身，如图3所示。滚床输送系统具有控制灵活、噪音小，设备运行稳定的优点，目前成本相对链式输送机高，在大型车企应用广泛。

图3 滚床输送系统

（3）摩擦轮输送机

图4 摩擦线输送系统

其工作原理是靠摩擦支、吊具侧面或底面推动支、吊具前进或后推，与滚床输送系统相比增加了摩擦轮，同时减少了传动皮带或者链条，其余基本结构类似。该系统运行能耗、噪音相对较低，经济性投入来看，介于滚床输送系统和链式输送系统间，缺点是输送精度及平稳性一般，目前该结构在日系工厂应用较多。

（4）EHB输送系统

电力传送吊具系统，该系统由车身锁止器、吊具、铝轨道、滑动道岔和行进机构组成。通过电线轨道由一侧给行进机构供电和提供行进命令，同时行进机构通过安装的距离测量和定位激光头，来实现对行进位置的控制。该系统具有预组装性强，使用灵活、机械调试简易的特点，但同时对维护人员提出更高的机电知识要求，另外造价方面相对于纯机械系统偏高。EHB系统目前在德系车企有较广泛应用，在国内上汽大众、一汽大众的灌蜡线具有使用案例。

图5 EHB输送系统

（5）穿梭小车系统

该系统是德国艾森曼公司研发的专有系统，其基本理念是给车间每台喷涂车身配备上轮子。通过设计一种独立的一对一载体，由该载体带动车身到达指定的工艺区域，避免了涂装系统冗余输送设备和大量的同步运行带来的能源消耗。该系统目前在美国特斯拉工厂有实施案例。由于一次性投入相对较高，目前国内还没有工厂采用。

图6 穿梭小车系统

（6）前处理电泳输送系统

作为涂装车间特殊又重要的工艺系统，前处理电泳通常设计为独立的运转系统。目前国内主流的设计方式有链式输送机（摆杆系统、积放链等）、程控葫芦、RODIP系统、多功能穿梭机等系统，不同项目由于受公司文化、项目成本控制、不同车企对车身涂装质量要求不一致等因素影响，该工艺区域输送选型没有绝对的标准，各种形式在国产、日系、德系车企中均有采用。

2 输送系统模拟优化

涂装车间输送系统的模拟，是对整个车间所有输送设备和车身运行状态的物流仿真。能够从工作站层面印证设计的生产能力以及输送系统的细节。通常模拟的目的包括：

1）找出生产能力不能达到目标节拍的瓶颈点；

2）计算并优化储备区数量和使用情况；

3）计算并优化车间输送载具，包括雪橇、吊具等。

通过一系列的参数输入，输出最佳方案。目前比如德系汽车厂中采用西门子软件公司开发的Plant Simulation软件，其中有德国汽车协会专门为汽车行业开发的 VDA模块，可以实现标准化的建模。以某汽车厂60JPH车间为例，输送单机通常要达到1500台，输送滑撬要达到900台，根据实际生产能力和设备类型，进行输送系统的模拟能够带来最大限度的优化，避免设备的投入浪费或者改造浪费。

图7 模拟输送量示例

3 输送系统能效经济性分析

涂装车间输送系统能耗主要集中在电机上，目前国内外对于电机能耗的要求不完全一致，国际上通行的等级划分标准IEC(International Electrotechnical Commission/国际电工委员会)标准，对应国内标准如下：

图8 国内外电机效率标准对比

图9 不同等级电机能效对比

以SEW电机1.5KW为例，IE2能效对比IE1一次性投入虽然增加约45欧元，但成本运行上一年既可以收回投资。同样目前大众体系已经开始推行IE3标准，宝马公司已经开始在0.75KW以上电机采用IE4标准。

4 雪橇清理模式经济性分析

雪橇作为涂装车间的车身输送重要载体，对于工艺质量有重要影响，因此雪橇清理是涂装车间重要工作之一。目前涂装车间的雪橇清理模式采用外委清理和自建清理两种模式，并且在各大涂装车间都有采用。前者具有管理便捷，结算简单的优势。后者具有一次性投入大，但环保和经济性更佳的特点。

以国内某汽车厂为例，一次性投入土建、滑撬清洗设备、滚床设备等共计200万人民币，按照经济性测算结果，约3年能够回收成本，后续10年内，每年为公司节省150万元外委费用，同时，采用中水回收技术用于清洗，能够实现能源节约的目的，增强社会责任。

图10 滑撬自建模式经济性分析

5 意见及建议

通过上述研究，涂装车间输送系统在新建、改扩建过程中，应注意以下几点：

（1）根据工厂情况选择合适的输送系统类型，目前滚床+雪橇的形式性价比较高；

（2）大型涂装车间新建、改扩建工艺方案确定后，需要做车间物流模拟，能够最大效果的优化车间输送设备投入；

（3）电机等级选择方面建议采用IE2以上，如果投资额允许，IE3长期回报更大；

雪橇系统建议采用自建模式，能够最大限度的节省运行成本。