郭志強*，孫琢，郭定邦，沈彥亭，張磊，張大彪

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北 保定 071000）

【涂裝】

汽車涂裝電泳線分期投資方案

郭志強*，孫琢，郭定邦，沈彥亭，張磊，張大彪

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北 保定 071000）

為避免產能與預計銷量不匹配造成投資和能源浪費，以設計產能15萬臺/年的涂裝生產線為例，詳細介紹了如何對電泳線進行分期建設：一期產能7.5萬臺/年，二期通過適當的改造即可達到設計產能。

汽車；涂裝；電泳線；分期投資；設備；改造

First-author’s address:Technology Center of Great Wall Motor Co., Ltd., Baoding 071000, China

近年來，我國汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，新建了眾多的汽車涂裝廠，并且逐步增多。某些公司除了國內，還選擇在海外投資建廠。但受世界或地域經濟影響，在國外投資建廠的風險很大，需進行充分的前期調研，例如某工廠的海外項目，前期規(guī)劃時根據市場銷量信息，確定產能為15萬臺/年，涂裝車間按照43JPH進行規(guī)劃設計、采購設備，但后期根據市場銷量調研信息預測，10年后銷售量才5.0萬臺/年左右，如按照15萬臺/年建設線體，勢必會加大投資成本和設備能耗，而市場銷量與產能相差較大，長期無法回收投資，會造成巨大的經濟損失。

有鑒于此，日系、歐系以及國內新建整車廠采用分期投資建設，例如某工廠規(guī)劃產能為24萬臺/年，一期按照12萬臺/年投資，銷量與產能匹配后，再在一期基礎上進行設備改造以達到原規(guī)劃產能?？疾炝藝鴥葞讉€項目分期投資建設方案，基本都是改造烘干線、噴漆線和人工作業(yè)線，很少考慮電泳線。但電泳線24 h連續(xù)運行，設備能耗較高，且電泳漆有更新周期要求，如投槽后長時間不進行生產，電泳漆不消耗，無法保證其穩(wěn)定性，漆膜容易產生質量問題，要保證電泳漆更新周期，需大量排放電泳漆并補充新漆，導致消耗成本升高，故電泳槽的分期投資意義重大，值得進行詳細研究及探討。

1 某15萬臺/年產能的涂裝線分期投資建設實例

某工廠規(guī)劃產能15萬臺/年，采用免中涂涂裝工藝，色漆采用水性漆，清漆采用溶劑型漆，生產節(jié)拍83 s，采用地面滑橇輸送，廠房一次建成，設備分期投入，一期7.5萬臺/年，二期投資需在一期基礎上改造如下。

1. 1 增加電泳和面漆烘干線

電泳和面漆烘干線均采用“π”式，獨立三元體加熱，一期電泳烘干線97 m(烘干室86 m，強冷室11 m)，生產節(jié)拍166 s，二期增加1條完全相同的烘干線，一期預留二期線體安裝位置，具體方案如圖1所示。二期改造時增加了圖中陰影區(qū)域部分，包括烘干室體及相應加熱裝置、強冷室體及相應換熱裝置和機械化輸送設備。

圖1 電泳漆和面漆烘干線分期建設示意圖Figure 1 Schematic diagram showing how to build the drying line for electrophoretic coating and topcoat by stages

1. 2 膠烘干線

膠烘干線采用直通式，獨立三元體加熱，長104 m(烘干室88 m，強冷室16 m)，生產節(jié)拍83 s，一期通過降低烘干鏈速來延長烘干時間，二期生產節(jié)拍為166 s。烘干室、強冷室和鋼平臺一次建成，一期建設時預留二期設備安裝位置，保留升溫二段、保溫一段的加熱元體，保留1個強冷元體。二期改造時增加升溫一段、保溫二段的三元體加熱裝置及配套循環(huán)風管路，增加1個強冷元體，如圖2所示。

圖2 膠烘干線分期建設示意圖Figure 2 Schematic diagram showing how to build the adhesive drying line by stages

1. 3 焊縫密封線

增加了焊縫密封線、涂膠機器人、PVC噴漆機器人、治具安裝、車頂密封膠噴涂1條線(26 m)、細密封1條線(30 m)，增加內板涂膠機器人2臺，一期預留二期線體、機器人安裝位置，如圖3、圖4所示。

圖3 焊縫密封線分期建設示意圖Figure 3 Schematic diagram showing how to build the weld bead sealing line by stages

圖4 PVC線分期建設示意圖Figure 4 Schematic diagram showing how to build the PVC sealing line by stages

1. 4 噴漆線

噴漆室體一次建成，預留二期機器人安裝位置、基礎、能源點，二期建設時增加色漆BC0噴漆機器人3臺，BC內板噴漆機器人1臺、BC1噴漆機器人3臺、CC內板噴漆機器人2臺，CC外板噴漆機器人4臺，如圖5所示。

圖5 噴漆線分期建設示意圖Figure 5 Schematic diagram showing how to build the painting line by stages

2 電泳線分期投資建設分析

從以上實例不難看出，無論項目產能大小，在方案規(guī)劃時都主要考慮烘干線、焊縫密封線、噴漆線如何分期建設，卻未分析前處理電泳線如何與減小后的產能相匹配，如上述線體從7.5萬臺/年提升至原定15萬臺/年產能后，電泳烘干線的生產節(jié)拍由83 s變?yōu)?66 s，前處理電泳線產能也應與電泳烘干線的產能相匹配才能實現生產同步，如果前處理電泳線也按照166 s進行生產，會導致磷化和電泳時間延長，容易造成品質問題，只能采取分批次或間隔進車方式來實現前處理電泳線與烘干線同步，這樣勢必浪費能源和材料，尤其是電泳槽投槽后需24 h連續(xù)運行，設備能耗較大，故在規(guī)劃項目分期建設方案時也應加以考慮。本文以某15萬臺/年涂裝生產線電泳線分期投資建設方案為例，分析了成本、工期、注意事項等內容。

2. 1 現狀與問題點

2. 1. 1 產能

生產綱領：15萬臺/年。生產班制：每班工作8 h，2班制，全年工作245天，設計最大產能為43JPH。

2. 1. 2 問題點

項目立項時涂裝車間按照15萬臺/年規(guī)劃，在設備采購階段按照7.5萬臺/年進行設備招標、合同簽訂，2016年4月份營銷進行市場調研，數據如表1所示，可見車間產能較大，而市場銷量小，電泳線如按照15萬臺/年規(guī)劃，存在以下問題：

表1 未來幾年的預期銷量Table 1 Estimated sales volumes in the coming years

(1) 按兩期規(guī)劃，一期產能22JPH，生產節(jié)拍166 s；二期產能43JPH，生產節(jié)拍83 s。電泳槽一期設計電泳時間為4 min，鏈速為4.71 m/min，生產節(jié)拍83 s，電泳線節(jié)拍與其他線體不匹配。

(2) 按照43JPH設計電泳槽，體積較大，有370 m3。為了保證電泳槽循環(huán)次數≥4次/h，需開啟較多水泵，電泳循環(huán)系統(tǒng)需24 h連續(xù)運行，增加了設備運行成本以及能耗。

(3) 為補充生產消耗，所添加的電泳漆累計達到初始配槽所用量時，稱為一個更新周期，簡稱“T.0”。產量為15萬臺/年時，投槽原漆量為210 000 kg(原漆固體分37%，槽液固體分21%)，確保槽液性能穩(wěn)定的最低更新周期一般≤180天，且需每年生產49 412臺車(單臺耗量8.5 kg)來加以保證。按表1的銷量數據，至2025年銷量均低于49 412臺，現有的產量無法滿足電泳槽液更新周期的要求。為保證質量，需要定期排放槽液，造成浪費。

2. 2 對策

2. 2. 1 需改造內容

電泳系統(tǒng)主要包括機運系統(tǒng)、電泳槽、電極和極液循環(huán)系統(tǒng)、槽液循環(huán)攪拌系統(tǒng)、熱交換器系統(tǒng)、整流電源、轉移槽、電泳室體、超濾(UF)系統(tǒng)、機運系統(tǒng)、送排風系統(tǒng)和照明裝置。經評審及與設備廠家技術交流，對改造各系統(tǒng)的具體分析列于表2。

表2 電泳線各部分的改造方案Table 2 Reconstruction project for each part of electrophoresis line

2. 2. 2 詳細實施情況

2. 2. 2. 1 機運系統(tǒng)

(1) 一期建設方案：將電泳入槽段的下坡軌道沿車體運行方向移動約9.3 m。電泳槽內軌道駝峰由原定的2個減為1個。因擺桿鏈軌道縮短，相應地縮短導電銅排。

(2) 二期改造方案：將電泳入槽段下坡軌道沿車體運行相反方向移動約9.3 m。根據軌道的移動相應地移動下坡段軌道吊架。電泳槽內軌道駝峰在一期的基礎上增加1個。因擺桿鏈軌道增加，導電銅排也相應地增加。根據二期節(jié)拍調整高低壓分段位置、電控系統(tǒng)線纜以及開關位置。

一期入槽前水平段軌道可在二期電泳槽內使用，一期圖紙設計時要考慮此方案，改造方案如圖6所示。

圖6 輸送系統(tǒng)建設方案Figure 6 Construction project for delivery system

2. 2. 2. 2 電泳槽

(1) 一期建設方案：原設計電泳槽體積約為370 m3，按小產能變更后體積約為265 m3，減少105 m3左右，按照370 m3一次建成槽體，采用中間加隔板、延長槽體進口淌水板等形式縮小體積，與改造后的槽沿對接，如圖7所示。搭接后可用玻璃鋼粘接，方便改造時拆除。

圖7 電泳槽分期建設示意圖Figure 7 Schematic diagram showing how to build the electrophoresis tank by stages

(2) 二期改造方案：切除進口淌水板、槽體內隔板處斜坡及熱交換泵吸口，現場刷涂玻璃鋼。打磨原槽體玻璃鋼約2 m長，與后續(xù)槽體對接。延長槽體后，電泳前加濕噴淋位置相應地調整到入槽端附近，整個改造方案如圖8所示。

2. 2. 2. 3 電極和極液循環(huán)系統(tǒng)

(1) 側面陽極。

一期建設方案：電泳槽內車身數量達不到設計要求，電泳面積相應減小(車身電泳面積120 m2)，按照陰極/陽極比1∶4計算，減小陽極面積約43 m2。

二期改造方案：槽體延長后，增加側面陽極。由于高低壓分段位置變化，需現場調整陽極管排布方式。

(2) 頂部和底部陽極。

一期建設方案：槽體縮短，底部陽極數量減少，由于機運駝峰減少為1個，頂部陽極減少1組且安裝位置相應變化。

二期改造方案：槽體延長后增加底部陽極，由于機運駝峰增至2個，且位置變化，增加1組頂部陽極且現場調整安裝位置。

(3) 極液循環(huán)系統(tǒng)。

陽極管數量變化后，極液循環(huán)系統(tǒng)的流量偏大，但為了降低二期改造難度，仍然按照15萬臺/年產能設置陽極循環(huán)系統(tǒng)，在實際生產時采用閥門①控制流量，形式如圖9所示。

圖8 電泳槽改造方案Figure 8 Reconstruction project for electrophoresis tank

圖9 陽極循環(huán)系統(tǒng)建設方案Figure 9 Construction project for anode circulation system

2. 2. 2. 4 槽液循環(huán)攪拌系統(tǒng)

(1) 一期建設方案：15萬臺/年產能的電泳槽需配置2臺370 m3/h的熱交換泵和2臺370 m3/h的主循環(huán)泵，電泳槽循環(huán)次數約4次/h，一期電泳槽體積約為265 m3，按照循環(huán)次數4 ～ 6次/h計算，可減少1臺主循環(huán)泵及相應管路，但建設時需預留二期水泵的安裝位置。

(2) 二期改造方案：增加1臺370 m3/h主循環(huán)泵、管路、過濾器及閥門，采用螺栓對接主管路與延長的電泳槽內攪拌管路，詳細改造內容如圖10所示。

2. 2. 2. 5 超濾系統(tǒng)

槽體縮短后電泳面積減小，超濾液產量由12 000 L/h降低到8 000 L/h，超濾系統(tǒng)循環(huán)原理見圖11，經分析，需更改超濾泵組、過濾器模組、超濾模組的方案。

圖10 槽液循環(huán)攪拌系統(tǒng)改造方案Figure 10 Reconstruction project for circulation stirring system of bath

圖11 超濾系統(tǒng)的原理Figure 11 Principle of ultrafiltration system

(1) 泵組：超濾液產量為12 000 L/h時，需配置2臺180 m3/h的超濾循環(huán)泵，一期建設時將其中1臺流量配置為240 m3/h，二期改造時并聯(lián)1臺120 m3/h的循環(huán)泵，一期預留二期水泵安裝位置，泵組改造方案如圖12所示。

(2) 過濾器模組與超濾模組：原系統(tǒng)配置過濾器16個，一期減少袋式過濾器4個，而原系統(tǒng)配置超濾膜14支，一期減少超濾膜4支。但是需預留二期過濾器安裝位置，建設時主管路采用法蘭盲端封堵，二期管路預制完成后與一期主管路采用螺栓連接，過濾器模組改造方案如圖13所示，超濾模組的改造方案與之類似。

圖12 超濾系統(tǒng)泵組的改造方案Figure 12 Reconstruction project for pump units of ultrafiltration system

圖13 超濾系統(tǒng)過濾器模組的改造方案Figure 13 Reconstruction project for filter units of ultrafiltration system

2. 2. 3 二期改造方案實施計劃

二期改造總用時9天，設備改造6天，工藝驗證3天，詳細日程安排如表3所示。

2. 3 分期投資效果

2. 3. 1 產品質量

方案優(yōu)化前后，電泳時間(4 min)與原來保持一致，對電泳漆膜質量無影響。

2. 3. 2 設備運行成本

(1) 減少1臺流量370 m3/h的主循環(huán)泵(功率約45 kW)，節(jié)約能耗 = 45 kW × 0.8 kW·h/元 × 24 h/天 × 365天/年 = 315 360元/年。

(2) 超濾系統(tǒng)循環(huán)泵由2臺180 m3/h循環(huán)泵(功率約37 kW)優(yōu)化為1臺240 m3/h的循環(huán)泵(功率約37 kW)，節(jié)約能耗 = 37 kW × 0.8 kW·h/元 × 24 h/天 × 365天/年 = 259 296元/年。

2. 3. 3 材料損耗成本

電泳漆單價約20元/kg，單臺耗量、材料要求更新周期、槽液固體分和原漆固體分不變，產能為7.5萬臺/年時，投槽原漆量為150 000 kg，要求產量35 390臺/年，相比產能為15萬臺/年，可節(jié)約成本 = (49 412臺/年 ? 35 390臺/年)× 20元/kg × 8.5 kg/臺 = 238 3740元/年

3 結語

汽車涂裝流水線項目的投資及能源消耗較大，前期應詳細調研市場銷量信息，以確定最終的設計產能與銷量相匹配，如調研信息不明確，可對項目進行分期投資，建設方案需根據涂裝工藝、生產節(jié)拍、設備形式等信息進行詳細規(guī)劃，以最大程度地節(jié)約投資，降低消耗。

[ 編輯：杜娟娟 ]

Investment project by stages for electrophoresis line of automotive painting

// GUO Zhi-qiang*, SUN Zhuo,GUO Ding-bang, SHEN Yan-ting, ZHANG Lei, ZHANG Da-biao

Aiming to avoid the waste of investment and energy caused by incompatibility between production capacity and estimated sales volume, how to build an electrophoresis line by stages was introduced taking the production line designed for 150 thousand cars per year as an example: 75 thousand cars per year at the first stage and designed capacity at the second stage after proper reconstruction.

automotive; painting; electrophoresis line; investment by stages; equipment; reconstruction

10.19289/j.1004-227x.2017.02.007

TQ630.8

B

1004 – 227X (2017) 02 – 0094 – 07

2016–05–16

2016–08–23

郭志強（1987–），男，河北張家口人，大專，助理工程師，主要從事汽車涂裝工藝與設備研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) tuzhuangke@126.com。