60JPH智能化涂装生产线的规划策略

黄海山，完颜成功

60JPH智能化涂装生产线的规划策略

黄海山，完颜成功

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241000）

作为汽车生产过程中的一道主要工序，车身涂装对车身制造成本具有重要影响。文章首先阐述了工厂生产线规划的前提和目的，然后明确了其应遵守的原则，最后通过积极引入智能制造场景，制定了产品量纲（年销量）与设计产能、行业对标、产品定位与工厂定位等十项合理的规划策略，形成绿色低碳环保、高效智能、可迭代升级的超级工厂60 JPH智能化涂装生产线规划建设思路。

行业对标；智能制造；迭代升级；智能化涂装生产线；规划策略；超级工厂

在国家稳经济、促消费政策的持续作用下，新能源汽车产品竞争力不断提高。截至2022年，部分新能源汽车月销量持续刷新历史纪录，市场占有率快速上升、集中度不断提高，因此，部分企业需要扩充新产能以满足销售市场需求。本文结合国家工业4.0发展战略，充分对标行业，积极规划涂装智能制造应用场景落地，制定标准化的超级工厂涂装线规划策略，标准规划、快速建设，以快速形成有效产能、缩短新产品导入周期，使涂装生产线实现可快速复制、迭代升级等功能。

1 工厂生产线规划前提

工厂产线规划通常需相符以下前提：1）国家法律法规、产业发展政策，遵守客观规律；2）遵从企业发展战略和产品规划定位；3）满足产品销量需求，确保产线产能利用率大于80%；4）投产节点满足产品投产计划时间；5）完成公司投资强度和收益率测算。

2 工厂生产线规划目的

1）建立高效、精益、绿色环保，以及可迭代升级的智能化涂装工厂；2）降低车型导入的投资成本、制造运营成本；3）提供车型共线、高效的柔性化策略，确保公司产品规划落地；4）实现标准化和平辆化，即形成标准化工厂建设方案，可在各基地快速复制、迅速形成产能，同一平辆车型可在各基地快速转产，降低综合成本。

3 工厂生产线规划原则

以客户为中心，围绕产品特性与行业标杆对标，充分考虑标准化、柔性化、自动化、智能化要素，满足高效制造的要求，工厂生产线规范包括：1）人货分流及物流路线最优原则[1]；2）质量可靠性、一致性和可追溯性原则；3）工艺流程先进性原则；4）最优库存原则；5）人机工程原则；6）合适自动化及有效益的智能化原则；7）节能减排、绿色制造原则；8）主线制造周期最优原则；9）效率原则：尽量降低单车工时（Hour Per Vehicle, HPV）；10）不同平辆车型（经济）共线生产原则，即二平辆四车型与三平辆六车型之间平衡，做到“标准化”和“平辆化”有机统一；11）平衡设备投资与运行成本的标准化与通用化原则。

4 涂装线规划策略

4.1 产品量纲（年销量）与设计产能

根据产品的年销量、产能利用率和生产线年标准工作时间计算生产线小时净产出（Job Per Hour, JPH），其决定了生产线规模[2]，再根据生产线的开动率计算生产线节拍（生产每辆车所需要的秒数），例如最常见的车型每年销量为10×105辆，生产线年标准生产时间规定为5 000 h/年，生产线规划成20 JPH，如考虑产能利用率80%及规模经济性，一般会设计成第一步达成30 JPH生产线；第二款车投产时，产能提升改造第二步达成40 JPH；第三款车投产时再提产改造，达成60 JPH生产能力的分步建设方式。

根据车型销量和投产时间，一次规划60 JPH涂装生产线，厂房“一次规划”建设完成，工艺设备按车型投产步骤“分步实施”，既可节约首期资本支出，又可在初期降低工厂运营成本。

如果投产一款爆款车型，预测年销量达30×105辆以上，则需一次建成60 JPH生产线；两款车同时投产，年销量达到20×105辆，则一次建成40 JPH规模生产线。

因此，行业内一般有30 JPH、40 JPH和60 JPH规模的工厂区别，如果考虑未来3～5年产能、产销量即可达到30×105辆以上，建议考虑一次性规划60 JPH生产线、工艺设备分步实施，总体投资成本优于分步实施建设2条独立的30 JPH生产线。

4.2 行业标杆对标

经涂装规划团队充分调研、广泛对标最新建立的先进涂装生产线，其中包括新势力、传统造车企业新建工厂等，结合前期实际规划建设经验，总结经验教训，如表1所示。综合对比后，结合产品销量预测，新规划工厂按60 JPH（对应30万辆/年）进行规划最为经济，工艺先进性和智能化程度选择行业先进水平，并预留智能化接口和高质量外观多遍喷涂等升级迭代空间。

4.3 产品定位与工厂定位

产品划分为豪华品牌、主流高端品牌、微型车品牌等不同档次。豪华品牌会要求工厂的生产线设计满足品牌的高端形象要求，在节能环保、高自动化、智能制造、客户响应、质量保证及交期保证上提出更高要求，油漆多彩化和高光泽高鲜映性（Distinctness Of Image, DOI）和深邃感的高端外观要求；而微型车生产线只要求满足质量和交期的基本要求；微型车品牌却对成本敏感性高，要求低成本、大批量制造，以便快速交货。因此，不同档次的车型分别布置在不同的生产线进行大批量生产，有利于降低成本、提高效率。

根据车型产品定位把工厂规划为以下三类：超级工厂、高端工厂、标准工厂，同时应基于工厂定位进行工艺规划及设备选型等规划建设，车型产品与工厂定位对应关系如表2所示。

表1 工厂涂装线对比

拟规划工厂行业顶尖工厂备注 工厂名称XX超级工厂超级一厂超级二厂标准工厂T-SH二期某新桥工厂某SH-MEBBYD合肥 对标项目60 JPH60 JPH60 JPH60 JPH75 JPH60 JPH120 JPH75 JPH 作业自动化涂胶、喷漆自动化90%90%90%90%90%90%90%90% 检测智能化质量和缺陷自动检测√√√√√√√√ 环保零排放绿色前处理薄膜薄膜薄膜薄膜薄膜薄膜薄膜/磷化各一条薄膜无含磷废水排放 VOC废气处理√√√√√√√√转轮吸附+RTO焚烧 高颜值外观漆层工艺B1B2水性B1B2水性B1B2水性+2次清漆B1B2水性B1B2水性3C2B水性B1B2水性B1B2水性预留高外观三遍喷涂 独立套色√√6预留预留未知未知未知未知预留20 JPH单独套色 工厂数字化IOT平辆设备互联√√√√√√√√ 3D建模及虚拟仿真调试√√√√√√√√

注：挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds, VOC）；再生热氧化分解器（Regenerative Thermal Oxidizer, RTO）；物联网（Internet Of Things, IOT）；“√”代表已规划。

表2 车型产品与工厂定位对应关系

产品类型指标A00微型车A0小型车A紧凑型车B中型车C中大型车轿车车长/mm≤3 900(3 900,4 420](4 420,4 800](4 800,5 000]>5 000轴距/mm≤2 450(2 450,2 600](2 600,2 800](2 800,2 950]>2 950SUV车长/mm≤4 420(4 420,4 700](4 700,4 900]>4 900轴距/mm≤2 650(2 650,2 750](2 750,2 850]>2 850MPV车长/mm ≤4 500(4 500,4 800](4 800,5 100]>5 100轴距/mm ≤2 700(2 700,2 850](2 850,3 000]>3 000 整车车重/kg≤2 000(2 000,2 500](2 500,3 000]>3 000定位原则超级工厂 超级工厂高端工厂 高端工厂 标准工厂标准工厂

注：运动型多用途汽车（Sport Utility Vehicle, SUV）；多用途汽车（Multi-Purpose Vehicle, MPV）。

4.4 生产线通过性

产品生产线通过性是产品可制造的前提，生产线在设计时要充分考虑产品重量、尺寸大小、定位策略、轴距等因素，行业一般把生产线按车型分为A0—B级车线、A—CD级车线和微型车线。提前规划每一个工厂未来所生产车型及平辆，确保车型在工厂生产线通过性同时，也能满足后续车型在所定位工厂的调配生产。

4.5 产品性质与产线选型

1）产品性质（产品结构及材料）：轿车产品分为三箱、两箱、SUV、MPV，也有燃油车和纯电动汽车；制造车身所用的材料有普通钢、高强钢、铝材等，不同的材料对应的涂装工艺不同。因此，制造车辆使用的设备及工艺需满足车辆结构及材料要求。

2）套色：根据车型项目套色比率来规划套色生产方式，即如果测算产品套色比例≤15%，可返回大线二次进喷漆室进行生产；如果测算产品套色比例≥15%，则建议新建单独套色线更为经济，运行成本更低。考虑未来车型个性化、套色比例会越来越高，建议在规划厂房时至少预留20 JPH的单独套色线空间位置。

3）颜色：根据车型颜色种类，珠光漆、哑光漆等定义来规划输调漆管路数量，随着个性化颜色的增加，还要考虑快速换色系统的规划。

4.6 工艺流程选型

不同的涂装工艺流程（Bill Of Process, BOP）会有不同的生产顺序和工艺路径，根据产品定位，在三种不同档次工厂定位中，建议采用的工艺方式如下：超级工厂生产中高端车型，要考虑油漆高外观工艺，通常需要3遍色漆和2遍清漆的4C3B水性漆工艺来提高整车油漆外观；高端工厂采用3C2B水性漆工艺或目前主流的B1B2免中涂水性工艺；标准工厂以生产A00型微车为主，可采用MONOCOAT单涂层水性漆工艺或者B1B2水性漆工艺，以最大程度降低材料成本和生产运行成本[3]。

4.7 柔性化共线策略

考虑产品规格和产品的BOP，制定汽车的产品平辆化共线策略进行柔性化生产，最优共线策略需要满足产品通过性，即相同的BOP，满足相同平辆和跨平辆4款车型的共线生产和平辆化要求，实现集中化大规模生产，降低生产运营成本。

4.8 涂装线规划指标

标准化涂装线规划指标主要从工厂定位、投资收益、环保水平等多方面对标参考行业先进水平来进行设定，如表3所示。涂装工艺设备选型首选节能环保产品，其环保水平应适度提前，同时要考虑满足未来10年环保法规要求，以避免后期作较大改造。随着人工成本越来越高，为降低人员成本，工艺涂装线应具备较高的自动化率，以平衡投资成本与未来运营成本关系。智能制造水平应考虑部分超前发展需要，可采用分步实施，应在规划时预留接口，同时尽可能引入合适的场景落地，以作成行业名片，引领行业发展。

表3 60JPH涂装线规划指标

序号类型指标名称工厂等级指标评价标准超级工厂高端工厂标准工厂 1设备设备开动率前处理电泳96%；其他93%表示设备使用效率，设备的开动时间/最大负荷时间 2机器人自动化水平≥90%≥80%≥60%自动作业工位/总工位×100%（只考虑工艺工位） 3电机能效≥二级国标新标准的二级能效标准（等同于IEC标准IE4） 4效率工艺HPV≤2.10≤2.5≤2.9人时/辆 5经济单JPH投资强度≥1 200万元/JPH约1 100万元/JPH约1 000万元/JPH投资额/JPH产能，超级工厂采用国际一流供应商及一流品牌设备和配置 6单位面积取水量≤12 L/㎡计算方法参照《涂装行业清洁生产评价指标体系》 7单位面积综合能耗≤0.33 kgce/㎡（Ⅰ级基准）每平方米涂装面积综合能耗（计算方法参照《涂装行业清洁生产评价指标体系》） 8单JPH占地面积650 m2600 m2600 m2涂装车间占地面积/综合节拍，采用2层厂房，尽量减少辅房，超级工厂设单独30 JPH套色线，占用面积稍大 9环保[4]清洁生产等级1级清洁生产综合评分等级（计算方法参照《涂装行业清洁生产评价指标体系》） 10重污染天气应对A级根据生态环境部《关于印发<重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南（2020年修订版）>的函》规定 11VOC排放需遵守国标/地标，以最严要求为建设标准1.生产过程每平方米涂装面积挥发性有机物产生量（计算方法参照《涂装行业清洁生产评价指标体系》）2.有地标的遵守地标要求，各地标准越来越严，随时可能有变化 12危险废弃物产生量≤140 g/m2生产过程每平方米涂装面积危险废弃物产生量（计算方法参照《涂装行业清洁生产评价指标体系》） 13智能化智能制造等级≥L4≥L4≥L3参照《智能制造能力成熟度模型》（GB∕T 39116—2020）及《智能制造能力成熟度评估方法》（GB∕T 39117—2020）

注：国际电工委员会（International Electrotechnical Commission, IEC）。

4.9 涂装生产线智能制造场景简介

经充分对标行业先进工厂涂装线，积极规划涂装智能制造应用场景落地。当然部分智能制造场景，可能还存在不够成熟的方面（如外观缺陷自动检测），可以先做好接口和位置预留，在条件成熟时，即在不需要做大的改动时即可快速导入。涂装生产线智能制造应用场景如表4所示。

表4 涂装生产线智能制造应用场景

序号业务模块场景名称场景内容描述超级工厂高端工厂标准工厂 13D工厂生产线3D建模实现全车间3D仿真，数字化虚拟厂房和生产线设备，采用BIM进行设计[5]√√√ 2设备管理设备点检设置蓝牙标签（Pad临近时自动弹出点检入口），配置Pad进行设备点检√√√ 智能维保关键驱动设备、大功率风机增加在线振动监测仪并附算法分析，进行预防性维护提醒、周期性维护，维修工单实时推送等功能√√预留 3能源管理能源计量和分析、智能启停能源介质（冷、热水，电、天然气、压缩空气）设置在线数字计量仪表，异常能耗分析与预警，建立设备四季开关机指导数据模型√√√ 智能照明通过DALI总线对灯具进行控制、自动开关、调光和亮度诊断等√√√ 4生产执行数字孪生车间设备运行三维画面实时展示，指标可视化，工艺信息化√√预留 AVI系统采用RFID跟踪、调配车身信息√√未知 5质量管理[6]Andon系统PMC模块画面集成，数据孪生画面集成，后道工序查出的质量缺陷根据关键字推送前道工序屏显示并附声光提醒√√√ 参数自动检测前处理参数自动在线检测，实现根据参数变化自动加料√√√ 质量可追溯在移动端Pad将所有缺陷进行关键字标准化，实现质量与工艺参数、车型绑定可追溯√√√ 6安环模块视频监控生产线设置多个视频监控点，分屏软件授权管理√√√ EHS管理系统从学习、培训、考核、跟踪等多方面辅助车间安全管理，预防安全事故发生√√√ 7培训模块VR实训使用特定的VR设备，形成视听一体化的可沉浸体验环境，代替以往的作业培训√√√

注：建筑信息化模型（Building Information Modeling, BIM）；数字可寻址照明接口（Digital Addressable Lighting Interface, DALI）；车体自动识别跟踪（Automatic Vehicle Identification,）；（Radio Frequency Identification,）；生产及物料控制（Product Material Control,）；环境、健康、安全（Environment, Health, Safety, EHS）；虚拟现实（Virtual Reality,）；“√”表示已规划。

4.10 涂装建设周期管理

传统新建涂装项目从定标到投产，周期通常需24个月。近年来，随着设备预制水平的提高，非标设备在场外实现模块化预制，定标后在土建周期（6～8个月）内的土建厂房可以具备工艺设备入场安装条件，同时公用设备与工艺设备交叉施工，其中工艺设备采取同步设计、同步采购、同步制造的方式压缩项目周期，然后分批次、分区域进场，采用各区域同步安装等高效率的项目管理方式，压缩后安装调试周期为5～6个月，整体周期压缩到15个月以内，做到涂装全工艺合格首车下线。

5 结语

结合多个工厂长期涂装规划工作经验，对标国内外优秀工厂案例，结合产品定位确定工厂档次，充分考虑未来发展方向、应用数字化和智能化场景落地，形成绿色低碳环保、高效智能、质量可靠的60 JPH标准化涂装生产线的规划策略，使投资成本与运营成本最优，以供行业在进行同类高产能工厂规划时参考。

[1] 王锡春,吴涛.涂装车间设计手册[M].3版.北京:化学工业出版社,2019.

[2] 孙世清,孙世靖,王宝琦,等.浅谈乘用车涂装生产线规划设计[J].现代涂料与涂装,2019,22(6):42-44.

[3] 王亮.探究汽车涂装水性免中涂工艺[J].时代汽车, 2017(14):118,120.

[4] 高林友.浅谈汽车环保涂装技术[J].汽车维修,2013 (2):4-6.

[5] 苑伟彬,李丰,宋衍国.浅谈BIM在新建涂装车间项目中的应用[J].汽车材料与涂装,2017(23):72-74.

[6] 邱胜苗,李鹏,胡飞,等.浅谈汽车涂装智能制造的质量管理策划和实施[J].汽车实用技术,2019,44(20): 170-172.

The Planning Strategy of the 60 JPH Intelligent Painting Production Line

HUANG Haishan, WANYAN Chenggong

( Chery Automobile Company Limited, Wuhu 241000, China )

As one of the main production process of automobile manufacturing,body painting has big effects on body manufacturing cost.This paper first expounds the premise and purpose of factory production line planning, and then makes clear the principles it should abide by,and finally through the active introduction of intelligent manufacturing scenario, formulate ten rational planning strategies, such as product dimension(annual sales) and design capacity, industry benchmarking,product positioning and factory positioning,et al,and forming the planning and construction idea of the 60JPH intelligent painting production line of the super factory, which is green, low-carbon, environmental protection, efficient and intelligent, and can be iteratively upgraded.

Industry benchmarking;Intelligent manufacturing;Iterative upgrade;Intelligent paintingproduction line; Planning strategy;Super factory

U445.58+5

A

1671-7988(2023)11-179-05

黄海山（1979－），男，工程师，研究方向为汽车涂装工艺及油漆材料开发、新车型投产、新涂装生产线规划建设与项目管理等，E-mail:henry_hai@163.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.033