汽车涂装线智能高端油漆管理系统.doc

汽车涂装线智能高端油漆管理系统刘庆洲（丰裕集团 523726）【摘要】随着汽车涂料颜色的不断丰富和增加，给涂装输调漆工艺、换色工艺、枪站工艺带来了新的问题。当国外推出“个性化定制车身颜色”的服务已趋向成熟的时候，我们仍然在传统的输调漆技术中徘徊：颜色少并且不可随意扩充、按批生产、特殊色使用原始的“迷你系统”，这些都成为传统工艺的技术瓶颈。如果您希望通过一种技术来达到“没有颜色数量限制”、“没有用量限制”、“最快换色”、“最洁净清管”、“最少浪费”，我可以给您答案。澄清两个概念A. 油漆管理的后勤学：我们把油漆的供给、循环、分散、配给、定量、换色、清洗、混合总称为涂料后勤管理，也就是涂料在喷出雾化之前的所有管理控制，都属于后勤学范围。B. 智能化后勤管理：涂料的后勤装备，尤其是想要实现高度自动化、完善的控制及涂料使用数据化，就必须采取最优化的管理系统，不仅仅做到自动控制，还要做到最佳管理，这就是智能系统要研究的领域。智能控制当然是一种工艺，但再好的工艺也需要依靠优秀的硬件提供保障，因此，涂装设备及元器件也离不开专业的设计理念。很多用户都非常关注油漆的应用：首先因为油漆是耗材，所以大家都希望越省越好；其次，溶剂性油漆不环保，所以要求通风和环保设备，并且尽可能地减少废油漆和废溶剂的产生；还有就是易燃易爆的特性，使涂装设备的安全等级都围绕着这些基本要素而设计。油漆后勤管理的应用，最具有代表性的就是汽车工业，因为汽车涂料是流体技术应用面最广的行业，几乎涉及到全部的流体技术，所以我就以汽车工业为例，描述最高技术的油漆后勤管理。读者根据这种工艺，举一反三，也可以选择性地配置在汽车零部件和一般工业的涂装线上。传统输调漆、换色系统的技术瓶颈首先，涂料在供给和喷涂过程中，有诸多因素导致涂料的浪费，比如：1） 传递效率：雾化但未粘附到工件上；2） 在线换色：换色不仅仅浪费涂料，还浪费清洗剂，并且洗不干净还容易出现色差；3） 更换涂料：将供漆模组和管道全部清理干净，换其他涂料（不经常）；我们暂不谈传递效率，我们先看看后面两条，去研究后勤管理这一部分，也就是PSCS（涂料供给循环系统）。传统的做法是每种涂料分别使用一套供给模组，到了枪站之后，所有需要用到的颜色全部分出支管设取出口，整齐排列在喷房墙壁两侧，甚至在手动工位每个颜色对应一把枪。这种一对一的方式不存在换色问题，但是自动喷涂是一定要自动换色的，而目前的工艺是将换色阀装在机器人手臂上，或安装在顶喷机、侧喷机的一侧柜内。我们发现，在油漆的换色、清洗过程中浪费很大，产能越高就越大，并且传统的工艺效率低下、清洗效果不佳。为什么换色系统在后勤管理中如此重要？具不完全统计，从1994年到现在，汽车涂料的颜色品种从最初的50多种发展到现在已经超过600种，通常国内的汽车涂装线上的颜色有1040种，但每种车型一般都不超过8种颜色。但我们知道，汽车涂料有主色和专色之分，我们将用量大的色漆称为主色、 ，小批量颜色、用量很少称为专色。目前大多数工厂采用了这样的方法：主色和间断使用的颜色采用中央供给，个别颜色和专色使用“工位Mini系统”。新的问题还在不断产生：随着车型发展、市场需求、消费者的个性需要，颜色还在增加，即使供漆系统和换色阀都做了一定的预留，是否能够长期满足市场变化。如果我们总结一下传统的经验，会得到传统PCS（输调漆）工艺的一些技术特点和瓶颈：1） 需要较多的涂料供给模组和密密麻麻的管线布置； 2） 如果从调漆桶开始到枪站进行整体彻底地清洗几乎是不可能的，管线中留存的金属粉末和色料可以造成色差；3） 换色时间较长，通常不少于11秒，无法更快切换，只能按批量颜色排列生产；4） 自动工位的颜色是自动选择的，但手动工位是人为选择的，存在误操作的可能；5） 小批量颜色和专色，偶尔使用一次而导致严重浪费，清洗工序烦琐并花去大量时间；6） 专色喷涂如采用“ Mini系统”，无法自动化和随意切换，不能与整套系统完美匹配，需要在“手动模式”下完成；7） 所有颜色都在枪站开有取出口，如果再挂上循环软管（足有几十条），看上去凌乱、难以管理；如果使用软管卷盘，又是一笔不小的投资；8） 涂料如果循环到枪，就需要设计两线或三线循环系统，这样就需要管道变径，会增加剪切力，使涂料降解；9） 即使在不生产时，软管内也充满了流动的、有压力的涂料，存在安全隐患（泄漏、软管破裂、接头老化等等）；10） 机器人手臂换色阀保有量通常是30色，无法再扩充；11） 换色阀至雾化器之间的涂料在换色时被冲洗，造成浪费和并存在洗净风险和废液处理负担；这种传统的涂料供给方法沿用至今，目前95%以上的客户都在采用这种工艺，当然还有一些用户在使用顶喷机和侧喷机，而大多用户并不知道还有什么办法可以突破这些瓶颈。新技术带来的革命接下来我介绍四种国际最高端的涂料后勤管理技术：TPS、MoFa、Matrix、Easypig，与以往的标准换色阀（Standard CCV）有哪些区别，这些新技术会带给我们哪些革命？1） 剪切力最低涂料可以全部采用主管循环，不需要变径设计；2） 支管洁净、安全枪站涂料供给由专业换色系统配给支管，只要没有口令，支管内是被洗干净的，没有压力；3） 现场简洁进入枪站的管道只需要：A管、B管、清洗剂、压缩空气、压送气体五路即可，使枪站简洁明快，手动站只需要两把枪的软管即可；4） 智能控制无论是主色还是小批量颜色，均可以实现智能控制；5） 数据化管理任何工位都可以实现涂料用量和配给和计量，数据库完备；6） 快速换色让您瞠目结舌的世界记录：3秒（包括机器人动作），并且可以做到随意切换任何颜色，甚至实现零库存生产管理，您可以按照订单生产；7） 快速清洗例如EasyPig全线管道彻底清洗一遍只需要几分钟；8） 最少的涂料浪费杜绝任何浪费，甚至连换色阀之后的软管内积存涂料也要回收；9） 减少PCS站不需要每色都安装中央供漆系统，而使用几组专业的带有清管系统的供给站就可以解决数十种颜色的供给，减少占地空间；传统的换色清洗大多采用直排式挤出法，如果管子长，就会清洗不干净。根据传统的换色阀之后软管的长度，换色时间最少需要15秒以上，长距离甚至达到30秒以上（比如顶喷机）；若要将中央供给循环管道彻底清洗一遍，这几乎是不可能的，三五天也洗不干净；传统的工位小循环系统整体清洗一遍，至少需要几个小时，清洗效果一般；尤其是水性涂料，比溶剂性的更难清洗。而另一种脉冲式清洗法（清洗剂和空气间断混入）是大家都知道和认可的方法，这种方法尤其对微量脏物的彻底洗涤有很好的效果，清管技术除了运用了走珠（Piggable），还运用了脉冲式清洗法。高端换色系统为什么会有如此神奇的效果和速度？就是得宜于这4种新技术全都应用了“走珠清管脉冲清洗技术”。“走珠”由特殊材料制成，材质分为耐溶剂性和水性两种，有多种直径可选，并与专业管道内壁严丝合缝；“走珠”从外观看不出其内涵，但是它与管壁的摩擦力、柔韧性、吻合程度、滑动速度、感应功能都表明它的诞生渗透着大量的技术研发和实验成果。这4种高端换色系统有不同的应用工艺，并可以组合使用；由于换色过程是动态的，它通过一系列自动阀的逻辑控制，结合走珠运行、传感器的信号配合，形成一个比较复杂的逻辑单元，这个单元使用PLC进行现场管理，这个管理系统还可以通过网络与中央控制系统对话，用FLASH可以清楚地看到流程，但在论文中无法将其动态步骤表述清楚。请看下列示意图：EasyPigInlineCCS简易走珠串联式换色系统走珠可全线贯穿的串联式涂料供给管道，特别适合经常需要全管换色的涂料，可以中央供给MatrixCCS矩阵式换色系统适合于使用自动杯站、喷涂机器人的全自动涂装线，可以做到零库存、混线生产，让频繁换色变得简单易操作MoFa CCSFor manual station手动工位魔法换色系统手动枪站MOFA换色系统，进入喷房内只需要2把枪，A、B轮流使用，全自动换色清洗，非常简洁方便，并可以在原有管线上改造。MoFa CCSFor robot机器人魔法换色系统由选色换色阀组（两组标准换色阀或Inline换色阀）加上MoFa切换阀组构成，A、B双回路，分别是工作和待命状态，换色时间只需3秒。TPS PSSTPS涂料供给系统这是一个针对小批量应用和专色应用的解决方案，可以实现专色定制的功能技术讲解通过上面的示意图，我们清楚地看到了有一个共同特点，就是全都用到了“走珠清管技术”。事实上，清管技术是各种高端涂料后勤管理工艺的基础。1） EasyPig（易清管）系统是一种油漆供给主管道清管技术，不是终端换色技术，尤其适合供给模组需要经常换色的场所，如果您需要应用大量的颜色，而且每一种用量比较平均，您肯定不愿意做很多的PCS站，EasyPig就可以实现您的愿望。比如汽车外饰件的代工商，他们常常为许多家公司做加工，他们要用到的颜色是几家公司颜色品种的总和，常常超过50种，甚至上百种。EasyPig此时可以发挥其作用，您只需要拥有35套，就可以解决百种油漆的困扰。EasyPig允许中央远程供漆，EasyPig的供给站放在调漆间内，使用专业的管道和通过式换色阀组，通过式换色阀组（Inline）全部串联连接，这样不但可以将整体换色控制在2min左右，而且涂料的损失可以用毫升来计算。它的高效力和节约的特性都将成为您值得拥有的理由。2） Matrix（矩阵）系统是一种“EasyPig+MoFa”的结合技术，它可以将下一步要使用的颜色事先预备好，从而完成瞬间的切换，其奥秘就在于换色清洗不占用额外时间，可以在前一种颜色喷涂期间同步完成。这种矩阵换色模式，将您需要的颜色从切换、挤回、清洗到载入的整个过程都做到了全自动，有了这种技术，您可以不停地变换颜色。3） MoFa（魔法）技术，是一种枪站终端清管技术，可以与传统输调漆兼容。它可以将换色阀到旋杯（或者喷枪）这一段管路油漆进行回收，并且彻底清洗管子。魔法技术分为手动枪站和自动枪站两种工艺：Ø 手动枪站魔法系统，全自动完成了换色、挤回、清洗、装载的过程，枪站只需要2把枪即可。无论您的软管有多长，也不论您究竟有多少种颜色，您完全不用去理睬，魔法系统已经把您的问题全部解决，Mofa可以通过走珠将管内涂料挤回换色阀中。传统换色阀工艺如果用于手动枪站，是一定不成功的，因为8米长的软管不可能在短时间内洗干净。如果您没有清管技术做为基础，而使用传统的挤出式清洗方式，不但洗不干净造成色差，而且您会耗费大量清洗剂。手动魔法系统，还配有全自动喷枪内冲洗和雾化帽清洗吹干装置，您根本不需要去理睬您下面要换什么色，您只管拿另一把枪用就可以了。Ø 机器人工位魔法系统，几乎是同样的原理，解决了支路的回收清洗任务。在传统的设计理念中，为了换色阀离枪最近，将换色阀装在机器人手臂上，目的是易于清洗、减少浪费，于是，几十条软管被接入到机器人手臂的换色阀上。l 这种工艺有什么问题呢？ü 机器人手臂内腔空间有限，只能满足30色以内的换色阀安装（大机器人），并且没有再扩充的可能性ü 换色阀到枪还有大约1.5m的距离，仍然存在浪费ü 清洗液挤出的冲洗方式，至少需要11秒以上的时间，而且浪费清洗剂ü 大量涂料软管接到机器人上，不但增加负载，也存在隐患ü 无法做到矩阵式的涂料预备模式，只能装1组换色器l 如果我们采用魔法技术，会带来什么变化？ü 机器人上只安装MoFa阀组，所有的选色换色阀不一定要安装在机器人上，也允许安装在喷房外的换色柜内，如果这样，您才有可能去采用矩阵式双阀组切换系统ü 没有任何颜色数量的限制，您想拥有多少种颜色都可以ü 机器人上再也不用安装一大捆软管，美观方便ü 根本不用担心换色阀与机器人的距离，这正式魔法系统的应用范围ü 终端清管技术使涂料损失降到最低，被排放的涂料只有几毫升ü EasyPig系统与MoFa系统可以配合使用，可同步清洗，不单独占用清洗时间，使换色缩短为3秒ü 顶喷机和侧喷机系统的换色阀都距离旋杯比较远，浪费严重，使用魔法系统后即可完美解决。4） TPS供漆系统，是汽车涂装的专利技术，专门为专色研发的小批量涂料供给管理系统，它取代了传统的工位小循环系统，并且兼容弹匣式旋杯的补给。如果您只喷涂1台车身，或某种颜色每天只做几件，那么TPS的优势就已经显现出来。TPS采用了涂料定量载入、走珠清管、自动清洗、自动补液的多种技术，是一种非常专业的智能系统。一台车身需要用到多少升涂料，您就准备多少升，而以传统的工艺为了满足小循环的用量，至少使用3倍的涂料去满足供给循环。这是主管循环与MoFa换色技术结合的涂料供给管线的示意图这是综合了矩阵、TPS换色技术的涂料供给管线的示意图根据这种管线设计，我们可以研究一下传统的两线循环和三线循环的改造可行性，也就是说，我们将循环的终端改装到矩阵阀组控制柜，不再进入枪站，甚至可以把传统的管线拆掉，换成统一内径的串联式主管循环系统。所有到达枪站的分支在不工作（只要没有工作口令）的时候，管内已被清洗得干干净净，所以您再也不用担忧支管和软管内的沉淀、流速等问题了，您是否认为非常省心？以上这些先进的涂料后勤管理技术，都可称得上是智能的系统，那么智能系统一定离不开优秀的控制软件和人机界面的设计。一个友好的人机界面，使控制显现得直观、清晰、易检索、易对话。TPS控制视屏TPS生产管理系统视屏通过上述图片示例和介绍，我们可以发现这四种高端涂料后勤管理系统的几大核心技术：1） 完美的无死角阀，高端的元器件和专业管道，高技术含量的走珠，确保管路彻底清洗和长期耐用；2） 周全而复杂的现场级逻辑控制，智能化的管理级控制，友好的人机界面；3） 走珠清管技术在涂料供给、分配、支路的不同应用与结合；4） 专业的涂装数据库及生产管理录入系统；走珠清管技术是目前最先进、最高效的一种技术，用这种技术清洗完的管道，经得起内窥镜的严苛审查，是已经得到权威机构和客户认可的专业技术。以上所述，无法面面俱到，但已经将技术的要点指出。有关涂料后勤学还有很多的话题，有待我们继续研究讨论；此技术源自德国LacTec，我相信在中国会有很好的应用前景，让涂装工艺人员耳目一新。