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轻卡车身涂装生产线节能优化分析
2021年01月06日    阅读量:771    新闻来源:2020年《涂料工业》第11期  |  投稿

王晓鹏,谢丽丽  2020年《涂料工业》第11期


效益是企业生存的价值与基础,制造业节能降耗工作做到位,会取得显著的实际成效。车身涂装现场分部一直是公司的耗能大户,分部能耗约占厂区总能耗的55%,占生产制造能耗的70%,故分部能耗使用情况一直备受关注,为了使分部能耗更优化,本文对各工序能耗情况进行系统分析,对目前存在的节拍浪费、员工操作设备不便,以及管理不细化造成的现场能源浪费情况,进行全面梳理、改进及固化管理,提高生产节拍,降低生产过程中的能源消耗。


1涂装线现状

全面梳理涂装现场生产线各工序设备燃动力情况,逐工位进行研究,寻找节能机会,分析思路为:(1)设备是否存在空载运行情况;(2)设备是否存在运行较慢造成操作者等待,延长节拍情况;(3)设备是否存在操作按钮距离操作者工作区域较远,不利于及时关机情况;(4)设备能否在保证质量的前提下对工艺参数进行合理调整,避免大马拉小车,减少能源消耗量,提高生产节拍;(5)是否存在员工操作散漫,无规章制度要求的失控情况涂料在线coatingol.com。寻找到节能机会后,每一项成立研讨小组进行改进,主要分为技改与管控两方面,发现存在设备空载运行、设备运行较慢、操作按钮距离较远、工艺浪费等方面9个节能机会,其中7项技改为主,管控为辅;2项管控为主,技改为辅。


2创新方案及实施效果

2.1修改前处理电泳风机启动程序

前处理电泳共计7台风机,脱脂送排风机与磷化送排风机(前处理加热类启动程序控制)、入口排风机(前处理喷淋类启动程序控制),电泳排风机、水洗送风机(电泳启动程序控制)。

修改前处理加热类、喷淋类自动启动与电泳自动启动程序,修改各风机的启动条件,原启动条件为按下按钮后,每间隔10s启动1台风机。现在由一键启动改为各风机按照第1挂驾驶室位置以及槽液温度进行启动:①入口排风机在第1挂驾驶室到达小车上线时启动前处理喷淋类设备时启动,保持不变;②脱脂送风机、脱脂排风机在按下启动按钮后且当槽液温度升为40℃时启动;③磷化送风机、磷化排风机在按下启动按钮后且当槽液温度升为35℃时启动;④电泳排风机在第1挂驾驶室到达纯水洗时启动电泳设备时启动,保持不变;⑤水洗送风机在第1挂驾驶室到达UF2(超滤2)时启动。

该方案脱脂送排风机、磷化送排风机(功率均为7.5kW)每个生产日可减少开机时间1h,水洗送风机(5.5kW)可减少开机时间15min,按年产250d,电费按照0.75681元/kW计算,可节约5936元。

2.2改造电泳打磨工位车顶吹尘装置

2016年现场自行设计了一套电泳打磨车顶吹尘装置,在生产过程中对驾驶室顶部进行自动吹尘,提高了产品质量。但是该装置打开后一直吹扫压缩空气,而驾驶室与驾驶室之间存在距离,当停线时则需要员工关闭开关,操作不便且造成大量能源浪费。

对该装置进行改造,增加整流电源提供24V直流电,使用光电开关感应驾驶室位置使继电器吸合控制电磁阀启闭,从而实现驾驶室到达吹尘装置底部时吹扫。同时将打磨线输送带运行反馈信号连入该系统,当停线时,即便驾驶室在吹尘装置底部,也不进行吹扫。吹扫的2个必要条件是输送带运行,驾驶室到位。

压缩空气压力为0.6MPa,流速约为15m/s,孔半径为10mm,共计8个孔,因此每小时可使用压缩空气15m/s×3.14×(10mm/1000×10mm/1000)×8×3600s=135.65m³,该方案可将吹扫时间由每个橇的4min变为2min56s,因此按照压缩空气单价0.15元/m³计算,每辆驾驶室可节约135.65m3/3600s×(2405-1765)/2×0.15=0.18元,按年产10万辆计算,可节约费用为1.8万元。

2.3检修发交提升节拍

发交积放链工位生产节拍为2.5min/车左右,总装单班节拍为3min/车,面漆线综合节拍为2.32min/车,该工位速度过慢会造成面漆线堵车,使设备空转,同时总装开双线后,节拍为2车3min,节拍低于总装生产,现场出现故障后补充库存较慢,可能会影响总装生产。

将上线积放链工位运行步骤拆分,通过分析吊具与地面滚床连锁,在保证安全的前提下找出可缩减时间的情况,具体改造方案如下:①提高升降机高速频率:将变频器高速运行频率由26Hz调整为40Hz,由于升降机下降减速开关与到位开关距离较近,如果再提高频率,则会冲过位,因此最大为40Hz。②消除吊具到位后滚床运行时间:修改PLC(控制程序)中的滑橇进入条件。

改造后整个检查精修线正常生产节拍由2.5min/车提高到2min/车以内,既为供应总装提供了保障,又为面漆节拍提升提供了铺垫。

2.4提升面漆线节拍

对整个面漆线设备进行拆分,寻找面漆线生产瓶颈。依据漆前处理线综合节拍、金属粉机器人节拍、清漆机器人节拍、面漆烘干炉正常生产节拍、面漆烘干炉综合出车节拍,参考油漆温度窗口与面漆烘干炉炉温曲线数据,从炉温曲线可以看出目前驾驶室升温到工艺温度需要的时间,对照油漆温度窗口刚好满足工艺要求的最低限值。

具体改造方案如下:①提高面漆烘干炉三区温度:调整烘干炉主控柜温限表参数与燃烧器点火PLC程序,将各区温度由148~150℃调整到158~160℃;②调整机运节拍:面漆烘干炉靠双链输送,提速时需要同步速度,工件升温至工艺要求的140℃时间为13min,工件在140℃的保温时间为20min,在强冷室的降温时间为5min,每提高10℃烘烤时间大约能够降低烘烤时间5min(因与烘干炉结构有关,需要通过炉温测试仪实测,但要考虑过烘烤问题),因此可将面漆烘干双链、前后交接滚床变频器低速频率提升5min/(13min+20min-5min)=17.9%,提升节拍的同时并保持同步。

调整后的温度通过炉温测试反映工件温度与烘干时间完全能达到工艺要求,连续走正常驾驶室节拍实测由2min/车降为1.78min/车,综合节拍为2min/车,单车缩短节拍为0.32min/车。根据表1,生产过程中面漆线与底漆线去除维持用能额外用电与天然气后的费用比例为2.43∶1。根据表2数据得出,生产时车间每分钟去除维持用能额外用电和天然气费用为64.6元,计算得面漆线每分钟去除维持用能额外用电和天然气费用为64.6元×2.43(/2.43+1)=45.77元,按年产10万辆计算,则可节约45.77×0.32×100000=1464640元。

2.5提升底漆线节拍

目前底漆线节拍瓶颈为脱脂、磷化、电泳时间、电泳烘干炉烘干时间,如能提高这部分节拍,可直接提升整条电泳线节拍,大大降低单车能耗。该项共分2小项:①脱脂、磷化、电泳时间压缩:需要与辅料供应商商讨确定每个双槽的最小运行时间,实际测算目前的运行时间,做出调整计划后,改造单台小车的运行参数,实际验证产品质量后再调整其他小车,最后固化。②电泳烘干炉时间压缩:查看电泳漆的温度窗口,目前为170℃,烘干时间>20min,在温度窗口中温度可提升,而时间可以缩短,具体方案与面漆烘干炉压缩时间方案一致。

经过提温提速,目前电泳节拍控制在1.8min/车,单车减少0.2min/车,现场电泳线正常生产过程中每分钟消耗能源费用为64.6×1(/2.43+1)=18.83元左右(电泳线每分钟消耗能源费用计算依据见表1、表2),按年产10万辆计算,则可节约能源费用为18.33元/辆×0.2min/辆×100000辆=376600元。

表1 生产过程中面漆线与底漆线去除维持用能额外用电与天然气后的费用比例

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表2 项目实施前一年能源统计分析

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2.6增加机器人编码

涂装现场分部生产模式为一橇两车(即2台同车型同颜色驾驶室放置在1个滑橇上生产),改进前机器人自动喷涂编码规则共有9种情况,具体如表3所示。当生产中有某种车型数量为奇数情况时,需要单橇单车进行面漆喷涂,生产效率降低50%,严重影响生产节拍,需要进行改进。

表3 改进前机器人自动喷涂编码规则

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修改机器人自动喷涂PLC程序,通过增加一位编码(option),在原有机器人编码1~9的基础上增加11~19编码(Body编码+10*option编码为最终编码),涵盖了不同车型使用一个橇的生产模式。因部分订单配置为玻璃钢面罩(由外饰件厂家供应),车身面漆时不需要喷涂金属面罩,故需要增加机器人自动喷涂时无面罩喷涂程序编码,改进后机器人自动喷涂编码规则共有18种情况。具体如表4所示。

表4 改进后机器人自动喷涂编码规则

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针对上述机器人自动喷涂编码规则,重新设计相应机器人轨迹程序与喷涂表4参数,使之实现自动切换喷涂,实现输入编码后机器人自动喷涂上述所有组合车型,确保面漆生产不再有单橇单车的情况,保证了生产节拍。

增加机器人自动喷涂时无面罩喷涂程序减少了油漆浪费,单车可减少5元/车左右,同时混橇生产避免一橇单车情况,减少空拍率,进一步提高面漆综合节拍,提高了涂装现场分部产能。

2.7重新策划现场照明系统数量与位置

经过现场查看落实,室内照明灯部分位置会造成驾驶室反光影响人员对驾驶室进行检查以及照度高于要求等,因此存在能源浪费情况。

对室体所有照明灯设置编号,将不需开启的照明灯编制进入现场精益生产管理规定,将白夜班均不需要开启的照明灯在验证工艺条件后进行拆除或断电,并对员工进行培训,由设备管理员每周巡检进行监督。

经统计共关闭102盏灯,58W一盏,按年产250d,每天生产16h计算,可节约能源费用为17909元。

2.8提前关机锅炉

前处理预脱脂、脱脂、磷化槽需要热水升温到工艺要求,但生产结束时发现槽液温度长时间在工艺温度以上,存在能源浪费。且气温不同,前处理槽液的降温速度不同,只要保证驾驶室到位时温度在工艺范围之内即可。

摸索前处理槽液的升温时间与降温速度,缩短锅炉开机运行时间,提前关闭锅炉时间。验证完毕后,修改锅炉启停方式管理规定,同时在前处理PLC程序中限定保护,当锅炉房循环水温度降到槽液温度以下时,关闭板式换热器的进水阀门。

经过验证,锅炉可延后开启20min(2台锅炉),提前关闭30min(1台锅炉),每天可减少锅炉开启时间为70min,锅炉每小时消耗天然气量为100m³/h左右,按年产250d计算,天然气费用按3.153元/m3计算,每年可节约能耗费用为91962.5元。

2.9调整冬季不生产保温时锅炉的参数

冬季长时间不生产时,需要开启锅炉为四号空调(输调漆间)和温控间保温,目前设定为85℃,而四号空调设置温度为22~30℃,不需要高温的热水保温。

研究循环水相应适宜调控输调漆间与温控间的温度,找到适宜温度后修改锅炉启停方式管理规定,设定开启模式,在该状态下水温设置为30℃。在保证设备正常运行的基础上降低了热水温度,减少了能源消耗。


3结语

本文通过技改将生产设备改为自动控制启停、消除生产节拍瓶颈、减少升温设备等改进措施为企业每年在能耗上减少约200万元。综上所述车身涂装生产线节能优化工作需持续、有效、重点地进行,不断为企业在行业内站稳脚跟奠定基础。


标签:工业涂料辅料与设备涂装应用技术中心汽车漆涂装
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