摘要：汽车涂装生产的流水线布局是一个非常重要的课题，是实现汽车生产自动化的重要标志。汽车涂装生产线布局的合理性直接影响到生产线上各个工位之间、工位与工位之间的生产节拍之间、工序与工序之间的匹配度，进而影响到企业的整体生产能力。传统上，涂装生产线一般采用一种布局形式，即通常采用流水线布置形式，由各个涂装工位组成一个整体。这种布局形式存在着各种问题，如投资大、占地面积大、生产线布置繁琐等。为解决这些问题，文章提出了一种新型涂装生产线布局形式，并对其关键技术进行了分析，最后通过试验验证了其合理性。

关键词：汽车涂装；车间；生产线布置

引言：

汽车涂装生产线是汽车制造的重要环节之一，具有投资大、建设周期长、投资回收期长等特点。传统涂装生产线的生产效率低，生产过程中存在一定的浪费，生产成本高。为提高汽车涂装生产线的生产效率、减少生产线中的浪费，需要对现有汽车涂装生产线进行改造，以适应市场变化和产品的更新换代。目前国内大部分汽车制造企业的涂装生产线基本都是采用传统涂装设备，以一台或几台喷涂机器人为主。这类涂装设备虽然在加工能力上能够满足要求，但在生产过程中会出现瓶颈工序或工序能力不足的问题。随着市场需求的变化，企业需要对现有涂装生产线进行改造，以适应新产品和新市场带来的变化。

1 柔性化生产线概述

柔性化生产线是一种具有多品种、小批量生产特征的自动化生产线，其具有一定的柔性，能够适应不同品种产品的生产需要。目前汽车制造业中所使用的柔性化生产线主要有三种类型，即单品种柔性化生产线、多品种柔性化生产线和柔性化多品种流水线。其中，单品种柔性化生产线是指将一种车型的所有零部件在不同车型中使用，从而实现单个车型多个零部件的柔性化生产。多品种柔性化生产线是指在一条生产线中同时生产多个不同品种的产品，以提高生产效率。柔性化流水线则是指在同一装配线上，根据客户要求对零部件进行分类、分级，对不同类别的零部件采用不同的方法和工艺进行装配，从而实现批量生产[1]。

2 柔性化设计方案

涂装车间柔性化设计方案包括两部分：一是自动化生产线，二是生产线的设备布置。自动化生产线以一台或多台喷涂机器人为主，机器人通过自身的伺服电机控制设备来调整喷涂工艺参数，从而实现不同车型的涂装。当一条涂装生产线发生故障时，通过另一条生产线可以继续完成生产任务，从而保证了生产连续性。

在设计自动化生产线时，要考虑到不同车型的生产工艺和设备性能要求不同。不同车型的生产工艺有较大差异，对于喷漆工序而言，不同车型之间的主要区别在于前处理、磷化、电泳和烘干等工艺环节。因此，在设计自动化生产线时要考虑到对涂装工艺进行调整的问题。

为适应市场需求变化，企业需要对原有涂装生产线进行改造。改造后的生产线需要具有较强的适应性，能够快速适应市场变化并满足企业要求。对于企业而言，在对原有涂装生产线进行改造时不能简单地进行技术改造或设备升级，而应该在了解市场需求、分析原有生产线能力的基础上进行设计和布局。

2.1工艺方案设计

目前，企业通常采用的汽车涂装工艺包括：前处理、磷化、电泳、烘干等工艺环节。不同车型之间存在较大差异，因此需要根据车型和生产工艺设计自动化生产线，以满足不同车型的生产要求。在设计自动化生产线时，需要对生产线进行充分规划和布局[2]。

自动化生产线需要满足以下几个要求：首先，涂装设备和工装等主要生产设备在同一空间内；其次，生产线设备之间要有一定的空间距离，以便机器人之间进行协调动作；再次，自动化生产线要具有较高的稳定性和可靠性，以便在发生故障时能够保证生产的连续性。为了满足以上要求，在设计自动化生产线时需考虑以下几个方面：一是选用性能较好的喷涂机器人和自动化设备；二是不同车型的喷涂工艺存在一定差异，因此在设计自动化生产线时要充分考虑到这一点；三是喷漆工艺参数要根据车型进行设计，如前处理和磷化参数等；四是要能够适应不同车型的生产要求，因此需要在设计自动化生产线时考虑到多品种车型的生产要求。

2.2设备布局

涂装生产线设备布置对整个生产线的影响很大，如涂装设备布置不合理，会导致生产效率低下和浪费较多的原材料，而涂装设备布置不合理又会导致生产过程中出现不连续的问题。因此，设备布置是影响整个生产线效率和经济性的重要因素。

在设计设备布置时，应结合生产线的实际情况对涂装线进行综合考虑，对整个涂装线进行综合考虑。要考虑到喷涂设备、烘干设备、输送系统以及检测设备之间的布局和相互关系，从而使涂装设备布置更加合理。以涂装机器人为例，其在喷涂过程中会产生大量粉尘，因此要考虑粉尘收集装置的设置。

一般情况下，设计车间会在各条涂装生产线上设置粉尘收集装置和除尘系统，从而保证粉尘不会对员工健康造成影响。对于整个涂装线来说，其结构设计应该能够满足生产需要，避免由于布局不当而影响到生产效率和经济成本。设备布置需要综合考虑各条涂装生产线之间的关系以及涂装线与各条生产线之间的关系。根据喷涂机器人的功能以及不同车型对涂装工艺要求不同，可以将整个涂装线分为两个区域：一个是涂装生产线区，一个是涂装线与检测线之间的缓冲区。在设计中应将喷涂机器人作为主要设备来考虑，并在涂装生产线与检测线之间设置缓冲区域。

2.3工艺规划

工艺规划是指根据产品制造工艺要求，在满足生产线能力的基础上，对涂装生产线进行合理布置。工艺规划是对涂装车间内的喷涂、烘干、电泳和前处理等相关设备进行合理安排，确定生产工艺流程。在进行工艺规划时，要考虑到生产工艺与生产效率的关系，以保证生产的连续性。如果生产线产能已经达到了设计要求，则需要考虑如何减少或取消设备的数量、调整设备间的距离或调整设备数量等问题。如果生产线产能还不足，则可以通过增加人工来实现生产任务。工艺规划方案要综合考虑到喷漆工艺流程、设备布置和生产节拍等因素。通过对喷漆工艺的分析，制定合理的工艺规划方案。对于自动化生产线而言，由于不同车型之间的差异性，喷涂工艺也存在较大差异。因此，在进行工艺规划时，要综合考虑到不同车型之间的差异性，制定出合理的喷涂方案[3]。

3 车身输送系统

车身输送系统是涂装生产线的重要组成部分，其作用是将涂装好的车身从喷涂机器人工作站输送到装配线上，以保证车身能被准确地安装到装配线上，并被快速、准确地运送到相关的工位上。

车身输送系统有以下几个部分：（1）输送链：输送链是汽车涂装生产线中的重要组成部分，用于输送各种工件。通过输送链将不同种类的工件从一个工位输送到另一个工位，并对工件进行分类存放，从而使整个涂装生产线运行顺畅。（2）升降平台是利用自身的重力将工件从工位送到下一个工位的设备。（3）传送带：传送带是将工件从工位传送到装配线上的设备，在工作过程中承载着所有的输送任务，并保证不发生意外损坏。（4）自动上下料系统是将不同种类的工件从工位输送到装配线上，以保证整个涂装生产线运行顺畅。自动上下料系统主要由输送链、定位夹具、输送平台等组成。

4 涂装机器人及喷涂设备

涂装机器人主要包括3部分：自动喷漆机、机器人手臂和自动化涂装系统。自动喷漆机是涂装生产线中最重要的设备之一，其主要功能是将待喷涂的工件与空气隔绝开，通过控制空气压力、温度、流量等参数进行喷涂。为了保证涂层质量，自动喷漆机还具有自动除漆装置、自动检测装置以及故障诊断系统。而机器人手臂则可以完成各种复杂工作，如抓取工件、码垛等。自动化涂装系统主要包括送漆系统和供漆系统两部分，其主要功能是将被喷涂的工件从喷涂现场送至喷涂工位，并完成被涂工件的均匀喷出。自动化涂装系统还可以根据不同车型、不同工位的生产要求进行选配，以适应不同车型和不同工位的生产要求。

4.1自动喷漆机

自动喷漆机的主要功能是将待喷涂的工件与空气隔绝开，同时将被喷涂的工件均匀地喷出。自动除漆装置主要由风机、漆泵、漆液过滤器、电加热器及电磁阀组成，其中，电加热器负责将漆水加热到喷涂所需的温度。电加热器采用独立的循环回路，在控制系统的控制下，通过调节通入的空气量来控制电加热器的工作时间。该系统具有快速响应、低能耗和可靠性高等优点，已被广泛应用于汽车生产企业涂装车间中。自动检测装置主要由红外检测探头、光学检测探头和热成像装置组成。红外检测探头可用于对工件表面缺陷进行探测，光学检测探头可以对工件表面进行测量，热成像装置可以将采集到的图像传送至 PLC中，同时对图像进行分析处理。自动除漆装置和自动检测装置相互配合，可以有效保证涂层质量。在自动化涂装系统中，自动除漆装置和自动检测装置都是不可或缺的关键设备。

4.2机器人手臂

机器人手臂由上臂、中臂和下臂三部分组成，其主要功能是完成各种复杂的工作。由于汽车制造企业在生产过程中所用的工件多为不规则形状，因此机器人手臂需要根据工件的形状和尺寸，设计成不同类型。其中，用于抓取工件的机器人手臂采用单手设计，主要有三个关节，即手臂末端的两个夹爪以及一个大臂。与机器人手臂相比，机器人手臂的末端夹爪一般较小，而且抓取工件时需要具有较强的灵活性。由于汽车制造企业所使用的机器人手臂大多是标准尺寸的夹爪，因此机器人手臂必须具备较强的刚性以适应不同大小工件的抓取。此外，机器人手臂还需要具有较强的稳定性以满足生产过程中不被掉落的工件砸伤[4]。

4.3自动化涂装系统

在实际生产中，自动化涂装系统通常与机器人手臂和自动喷漆机配合使用，以完成整个涂装生产线的全部生产过程。通常情况下，自动化涂装系统包括送漆系统、供漆系统两部分。在送漆系统中，一般会设置一个气路缓冲装置，以防止由于喷漆气体压力过大而导致设备损坏。当喷漆室内的工件送至喷涂机器人手臂时，可通过气动执行器将工件准确地送到喷涂工位。同时，气动执行器会将机器人手臂上的喷嘴伸出到指定位置，并进行精确调整，使喷漆室中的气体能够均匀地喷向工件。送漆系统一般与自动喷漆机配合使用。在喷涂过程中，自动喷漆机通常处于工作状态，而送漆系统则处于备用状态。当自动喷漆机出现故障时，可通过电气控制柜对送漆系统进行控制，使之能够恢复正常工作。

结语：

对汽车涂装生产线进行柔性化改造，主要是解决传统涂装生产线的瓶颈工序问题，提高生产线的生产效率、减少生产线中的浪费、降低生产成本。柔性化改造后，汽车涂装生产线投资回收期短、占地面积小、可扩展性强、设备通用性好，具有广阔的发展前景。随着汽车行业的快速发展和技术革新，传统汽车涂装生产线将向高品质、低能耗、可持续发展的方向转变。柔性化改造后汽车涂装生产线将能适应市场需求变化，可为企业创造更高的价值和效益。

参考文献：

[1]尹志勇. 汽车涂装生产线的柔性化关键技术研究[D].江苏大学，2018.

[2]王春生. 某汽车厂总装车间柔性化生产线的优化设计研究[D].吉林大学，2017.

[3]曹紫阳，王哲，周新洁，陈飞.工程机械涂装车间虚拟仿真生产线建立研究[J].现代涂料与涂装，2022，25（06）：34-36+42.

[4]李子欣.关于汽车涂装生产线的环境管理探讨研究[J].环境科学与管理，2013，38（09）：110-114.