吳 鵬

（浙江尤恩叉車股份有限公司，浙江 杭州 311404）

叉車在物流行業(yè)扮演著非常重要的角色[1]，是物流搬運(yùn)領(lǐng)域極為重要的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工廠、貨場(chǎng)、車站、機(jī)場(chǎng)、港口等國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén)[2-3]。尤恩叉車的前身是成立于1978年的杭州叉車總廠新登分廠，具有40多年工程機(jī)械研發(fā)和制造的歷史。尤恩叉車的產(chǎn)品遠(yuǎn)銷美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、俄羅斯、阿爾及利亞、印度、巴西、墨西哥、土耳其等全球140多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，尤恩叉車擁有歐洲市場(chǎng)CE認(rèn)證和北美市場(chǎng)EPA認(rèn)證。2021年公司產(chǎn)銷各類叉車3 000臺(tái)，銷售收入突破3億元，尤恩叉車已經(jīng)成為華東地區(qū)重要的叉車生產(chǎn)研發(fā)基地和工業(yè)車輛強(qiáng)勢(shì)品牌。

尤恩叉車以生產(chǎn)各類叉車為主，在生產(chǎn)過(guò)程中涉及的主要工藝工序有鋼材切割、沖壓、精加工、焊接、涂裝、裝配、測(cè)試、精整等。按照尤恩叉車的發(fā)展規(guī)劃及市場(chǎng)預(yù)測(cè)，在未來(lái)的幾年公司的叉車產(chǎn)量會(huì)逐步增加，各類叉車年產(chǎn)將達(dá)到10 000臺(tái)。為了適應(yīng)公司發(fā)展規(guī)劃，尤恩叉車擬新建一條叉車結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化涂裝生產(chǎn)線，隨著國(guó)家環(huán)保剛性要求越來(lái)越高，涂裝工序?qū)ν垦b設(shè)備、工藝提出了更高的要求[4]，新設(shè)計(jì)的噴粉涂裝車間要求在產(chǎn)能、噴涂質(zhì)量、自動(dòng)化程度、資源利用率上遠(yuǎn)高于公司之前使用的舊設(shè)備。

1 數(shù)字化車間建設(shè)的基本情況

1.1 建設(shè)基本情況

在建設(shè)數(shù)字化車間方面，以噴粉涂裝車間的升級(jí)改造為契機(jī)，重點(diǎn)推動(dòng)數(shù)字化制造平臺(tái)的規(guī)劃建設(shè)?；诰婊枷?，在建設(shè)和設(shè)計(jì)之初就根據(jù)計(jì)劃產(chǎn)能目標(biāo)和車間布局，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，優(yōu)化產(chǎn)線布局和生產(chǎn)節(jié)拍，合理規(guī)劃產(chǎn)能。本次技改升級(jí)全面采用了行業(yè)領(lǐng)先的全自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線，在高度自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了車間的數(shù)字化以及局部的智能化。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

尤恩叉車以建設(shè)智能工廠為目標(biāo)，在做好數(shù)字化車間的基礎(chǔ)上積極推進(jìn)數(shù)字化管理覆蓋全流程、全要素，以噴涂車間數(shù)字化產(chǎn)線建設(shè)項(xiàng)目為示范，深入推進(jìn)靜電噴粉涂裝產(chǎn)線的數(shù)字化改造，基本實(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)工藝、物料配送、精益制造、生產(chǎn)設(shè)備（設(shè)施）、安全環(huán)保等方面的數(shù)字化管理與控制的車間形態(tài)。

隨著對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越嚴(yán)格和靜電粉末涂裝行業(yè)低溫烘烤粉末的逐步實(shí)現(xiàn)，靜電粉末涂裝的需求和應(yīng)用越來(lái)越廣泛[5]。全面采用自動(dòng)化的噴粉涂裝、烘干、檢測(cè)一體化流水生產(chǎn)線，基于全集成自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)全局設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)透明化，計(jì)劃、制造、品控、倉(cāng)儲(chǔ)等重要業(yè)務(wù)完成數(shù)據(jù)集成，聯(lián)網(wǎng)率達(dá)到90%以上。通過(guò)本次數(shù)字化噴涂車間項(xiàng)目的實(shí)施，培養(yǎng)和鍛煉一支數(shù)字化人才隊(duì)伍，為尤恩叉車的全面數(shù)字化升級(jí)提供人才和技術(shù)支持。

1.3 自動(dòng)化涂裝生產(chǎn)線主體建設(shè)

叉車結(jié)構(gòu)件主要指車架、門(mén)架、貨架等，由型材或厚板材焊接而成，在叉車部件的涂裝中占主導(dǎo)地位[6]。尤恩叉車結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化涂裝生產(chǎn)線布局合理，裝備和產(chǎn)線數(shù)字化水平處于行業(yè)領(lǐng)先水平，裝備數(shù)控化率、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)率達(dá)到80%以上，本生產(chǎn)線針對(duì)公司叉車結(jié)構(gòu)部件噴粉涂裝而設(shè)置，主要涂裝部件包括叉車車架、門(mén)架、護(hù)頂架等，噴粉線主要采用“離線拋丸除銹處理+前處理噴淋（脫脂、硅烷等）+膩?zhàn)?噴粉”的工藝。對(duì)工件采用環(huán)保噴粉涂裝工藝，粉末固化采用紅外加熱，有效減少工件升溫時(shí)間，節(jié)約能源[7-8]。

叉車結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化涂裝生產(chǎn)線總體采用積放鏈作為輸送鏈的流水線形式，基本工藝流程為：上件→預(yù)脫脂→脫脂→水洗→純水洗1→純水直噴→硅烷或陶化→純水洗2→純水洗3→吹水→刮膩?zhàn)印佔(zhàn)雍娓伞鷱?qiáng)冷→膩?zhàn)哟蚰ァ蕖鷩姺邸袒A(yù)熱→粉末固化→強(qiáng)冷→下件。

1）噴粉線工件組掛最大外形尺寸：3 145 mm×1 650 mm× 1 785 mm（L×W×H），每掛門(mén)架采用上、下兩層方式，每掛車架一件；

2）工件材料板厚：4 mm~60 mm；

3）噴粉線工件組掛最大重量：1 040 kg/掛；4）涂層厚度：平均60 μm~100 μm；

5）噴粉輸送方式：懸掛式積放鏈輸送；

6）噴粉線生產(chǎn)節(jié)拍：5 min/掛；

7）工作制度：300天，單班制，每班工作8 h。

尤恩叉車結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化涂裝生產(chǎn)線數(shù)字化車間項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)及先進(jìn)性簡(jiǎn)要總結(jié)：

1）自動(dòng)化噴涂生產(chǎn)線，提質(zhì)增量精確噴涂；

2）科學(xué)布槍方式，滿足多類型產(chǎn)品的噴涂生產(chǎn)；

3）量身定制粉房設(shè)計(jì)，獨(dú)特的自動(dòng)翻板結(jié)構(gòu)，保證作業(yè)車間環(huán)境干凈整潔；

4）大旋風(fēng)分離回收系統(tǒng)，多余粉末循環(huán)利用；

5）專業(yè)操作人員數(shù)量減少，減輕企業(yè)管理負(fù)擔(dān)。

1.4 工藝流程改進(jìn)

在實(shí)施自動(dòng)化改造前，采用“膩?zhàn)?油漆”工藝，所有工作由工人執(zhí)行完成。基于精益生產(chǎn)的思想，對(duì)原來(lái)的工藝進(jìn)行改進(jìn)，選用靜電粉末噴涂工藝，并采用全自動(dòng)的流水生產(chǎn)線，減少了占地面積，提高了效率，大大縮短了噴涂時(shí)間，降低了能耗，粉末二次利用減少了原材料浪費(fèi)。圖1為改造后的工藝流程，圖2為改造前的生產(chǎn)車間，圖3為改造后的生產(chǎn)車間。

圖1 改造后的工藝流程

圖2 改造前的生產(chǎn)車間

圖3 改造后的生產(chǎn)車間

2 數(shù)字化車間建設(shè)的意義

2.1 提升生產(chǎn)效率

尤恩叉車持續(xù)不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，目前現(xiàn)有叉車總裝生產(chǎn)線4條，各類零部件生產(chǎn)線10余條，整機(jī)數(shù)字化檢測(cè)線1條，標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)場(chǎng)1處，各類進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)先進(jìn)設(shè)備、工裝及檢測(cè)儀器200余臺(tái)套。通過(guò)數(shù)字化改造，公司的產(chǎn)能從原來(lái)的每天20臺(tái)，提高到了現(xiàn)在的每天50臺(tái)，用工規(guī)模從以前的150多人，降到了現(xiàn)在的100多人，產(chǎn)能提高了2~3倍，成本降低了約30%，公司的數(shù)字化改造得到了顯著成效。

2.2 提升質(zhì)量

原來(lái)采用人工噴涂工藝，產(chǎn)品質(zhì)量的高低與現(xiàn)場(chǎng)工人的經(jīng)驗(yàn)、身體狀況、精神狀態(tài)、認(rèn)真程度和責(zé)任心等密切相關(guān)，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，工作效率不高。改造成自動(dòng)化噴涂生產(chǎn)線后，產(chǎn)品質(zhì)量不再依賴上述因素，嚴(yán)格按照設(shè)定的自動(dòng)化程序進(jìn)行噴涂烘干，產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性有了極大改善。此外，通過(guò)開(kāi)展基于人工智能的智能檢測(cè)、智能現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維及故障預(yù)警、實(shí)時(shí)工況等數(shù)據(jù)報(bào)告，自動(dòng)生成點(diǎn)檢、保養(yǎng)、預(yù)防性維護(hù)任務(wù)，現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)移動(dòng)終端執(zhí)行任務(wù)，并自動(dòng)生成績(jī)效報(bào)表，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品不良率降低25%以上的目標(biāo)。

2.3 提升原料利用率

1）采用靜電噴粉工藝，棄用“膩?zhàn)?噴漆”工藝，并對(duì)粉末進(jìn)行二次回收利用，可提高原料的利用率。

2）通過(guò)改進(jìn)自動(dòng)化控制參數(shù)，基于生產(chǎn)批次和產(chǎn)品數(shù)據(jù)（外形、尺寸）選擇對(duì)應(yīng)的參數(shù)組，根據(jù)外形選擇優(yōu)化的噴涂路徑，有效控制噴嘴角度和大小，結(jié)合生產(chǎn)大數(shù)據(jù)、質(zhì)量大數(shù)據(jù)、原料消耗大數(shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析，持續(xù)進(jìn)行工藝改進(jìn)和參數(shù)調(diào)優(yōu)，逐漸降低單位面積耗漆量。通過(guò)工藝改進(jìn)和綜合技術(shù)改造，預(yù)計(jì)原料利用率將提高近20%。

2.4 提升能源效率

1）采用靜電噴粉工藝，可以大量縮短烘干時(shí)間，減少對(duì)燃?xì)夂碗娔艿南摹?/p>

2）采用全自動(dòng)化的噴粉涂裝流水線，節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間，節(jié)約設(shè)備空機(jī)等待時(shí)間，節(jié)約能源。

3）采用高效電機(jī)和變頻器，合理控制風(fēng)機(jī)風(fēng)門(mén)的開(kāi)度，節(jié)約電能。

4）通過(guò)基于批次的生產(chǎn)大數(shù)據(jù)和能源大數(shù)據(jù)分析，計(jì)算單位面積和單件耗能量，統(tǒng)計(jì)每班次、每批次的能源消耗，對(duì)員工實(shí)施激勵(lì)，鼓勵(lì)員工發(fā)現(xiàn)并減少空機(jī)等待、白天開(kāi)燈等情況，減少能源消耗。

5）通過(guò)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)和質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析，避免過(guò)早開(kāi)啟或過(guò)晚關(guān)閉加熱裝置，通過(guò)工藝分析和過(guò)程控制改進(jìn)，節(jié)省能源。通過(guò)項(xiàng)目改造，綜合能源的消耗預(yù)計(jì)將減少15%以上。

2.5 提升經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)項(xiàng)目改造升級(jí)，產(chǎn)能和效率提高了3~5倍，交貨時(shí)間縮短了70%，原料利用率提高了近20%，能源消耗降低15%，產(chǎn)品質(zhì)量（一次合格率）提高了20%，現(xiàn)場(chǎng)熟練工人人數(shù)降低了60%。通過(guò)此次改造，經(jīng)濟(jì)效益得到了明顯提升。

2.6 提升社會(huì)效益

1）改善工作環(huán)境。在叉車結(jié)構(gòu)件噴粉涂裝線數(shù)字化車間改造之前，采用“膩?zhàn)?油漆”工藝，所有的工作由工人執(zhí)行完成，工作環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期處在這樣的環(huán)境，對(duì)工人的身體有較大危害，公司一般采用“輪崗+補(bǔ)貼”的方式給予工人補(bǔ)償。一旦生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，整個(gè)涂裝和烘干過(guò)程將在封閉的空間內(nèi)進(jìn)行，不需要過(guò)多的人工干預(yù)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。

2）改善自然環(huán)境。在生產(chǎn)線自動(dòng)化改造后，采用靜電噴粉工藝，吸附效果非常好，車間干凈，多余的噴粉會(huì)自動(dòng)掉落并自動(dòng)回收供二次使用。另外，油漆改為水性漆，不污染環(huán)境。由于工藝的改進(jìn)，工作場(chǎng)所的環(huán)境有了較大的改善，粉塵、氣味減少了不少。

3）增加就業(yè)機(jī)會(huì)。改造前，由于工作環(huán)境很惡劣，且對(duì)工人經(jīng)驗(yàn)有一定要求，現(xiàn)場(chǎng)工人年齡偏大，年輕工人比較難招聘。在叉車結(jié)構(gòu)件噴粉涂裝線數(shù)字化車間改造后，改善了工作環(huán)境，減輕了工作強(qiáng)度，能夠吸引年輕工人的加入，創(chuàng)造了更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。

3 國(guó)內(nèi)外對(duì)比分析

隨著涂裝技術(shù)不斷發(fā)展，叉車涂裝工藝不斷改進(jìn)[9-10]，在叉車靜電粉末涂裝領(lǐng)域，我國(guó)粉末涂料的生產(chǎn)和使用量已處于世界領(lǐng)先地位，但在設(shè)備性能、可靠性、自動(dòng)化程度等方面，與國(guó)外設(shè)備還有不小的差距。國(guó)外的靜電粉末涂裝設(shè)備不僅可以準(zhǔn)確控制靜電噴槍的靜電和氣流參數(shù)，也可以精確控制工件的膜厚，提高噴粉率，還可以進(jìn)行靜電噴射器的參數(shù)設(shè)置、氣流參數(shù)的自動(dòng)控制、工件的自動(dòng)涂裝。系統(tǒng)的上位機(jī)軟件能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視/管理各設(shè)備的主要參數(shù)。隨著自動(dòng)涂裝技術(shù)的不斷發(fā)展，許多企業(yè)建設(shè)了技術(shù)先進(jìn)化、自動(dòng)化水平較高的涂裝線。

國(guó)內(nèi)很多中小企業(yè)使用的靜電粉末涂裝設(shè)備，不僅需要人工調(diào)整靜電噴射器參數(shù)、氣流工作狀態(tài)，而且噴射系統(tǒng)、各種裝備集成度和自動(dòng)化程度不高，這不僅損害了涂裝作業(yè)人員的健康，還降低了產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率。本項(xiàng)目堅(jiān)持“節(jié)能、綠色、高效”的建設(shè)理念，該系統(tǒng)不僅自動(dòng)化程度高，而且成本低，性價(jià)比高，操作界面友好。從工藝設(shè)計(jì)和裝置選擇之初，將精益和數(shù)字化的概念與技術(shù)相結(jié)合，在提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，減少環(huán)境污染和能耗。叉車結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化涂裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)運(yùn)行情況表明：產(chǎn)品涂裝的質(zhì)量和生產(chǎn)效率明顯提高，原料利用率、能源效率、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也大大提升，該生產(chǎn)線的工藝和設(shè)備值得同行借鑒。