汽车涂装面临的新挑战及发展路径

汽车涂装面临的新挑战及发展路径

牛择晗 林一雄

中国汽车工业工程有限公司 天津 300113

摘要：在汽车制造的四大过程中，涂装工艺和工艺参数越来越复杂，自动化程度和控制标准也越来越高。涂料生产过程中一旦出现问题，调查和消除相对困难，对生产系统影响很大。涂装工艺在四大传统汽车制造工艺中占有重要地位。虽然它在柔性生产方面有一定的优势，但当一些必要的前提发生重大变化时，很难保证质量效率。新一轮全球产业革命的兴起，正在推动汽车制造业的产业结构和商业模式从产品设计、生产和使用向服务全生命周期的转变。汽车涂装面临着许多新的挑战。如何应对新的挑战，适应新的需求，将成为发展的重中之重。

关键词：汽车涂料；新的挑战；发展路径；分析研究

1汽车涂装面临的新挑战

1.1产品材料多样化、结构复杂性和发展的短周期趋势

作为重要的交通工具和出行工具，降低质量、节能降耗已成为全球可持续发展的要求，相关法律法规也越来越完善和严格。无论是提高传统汽车的燃油经济性还是推广电动汽车，一个共同的问题是需要进一步降低汽车质量。为了满足用户日益增长的新需求，各种短开发周期已成为主流汽车公司的战略选择。汽车轻量化的主要技术路线是采用轻量化材料，优化零部件结构。铝合金车身和碳纤维车身技术已经成熟并商业化，但由于成本因素，尚未普及。

欧洲的研究表明，轻量化在汽车行业的可接受成本为每1kg减重2-10欧元，而中国的可接受成本并不高于欧洲。为此，“节能与新能源汽车技术路线图2.0”侧重于“多目标设计+多材料混合应用”。车身由多种材料和（部分增强）复合结构制成，当不同型号之间存在差异时，使用单一涂层工艺来满足高质量和高效率的灵活生产要求可能很困难，甚至不可能。产品模块化、平台化设计是一种先进的概念，应用广泛，车身涂装模块化，零部件的比例将越来越大，涂装管理将越来越复杂。新车诞生周期（从项目启动到大规模生产）是市场竞争力的重要指标。过去，新车一般更换的诞生周期约为36个月，现在缩短为24个月，一般生产准备（模具/工装开发、工艺验证、工厂建设和试生产）周期约为24个月，现在缩短为15个月。缩短涂装工艺验证、涂装线建设（技改）周期，必须在产品设计阶段提高涂装工艺验证水平，即同步验证。否则，不仅不能缩短涂装的生产准备周期，还可能因前期验证不足而造成多次延误。

1.2个性化用户需求和订单即时交付趋势

中国汽车市场的个位数增长已成为常态，产能过剩，整个行业进入转型调整期。过去，无论是车型品种还是交货周期，基于预测和计划的生产模式都不能满足用户的需求。用户定制、按订单生产、即时配送，是一种新的生产模式转变。应转变汽车涂料生产模式，以满足订单和高效涂装（不同型号、不同加工工艺、不同涂装体系、不同颜色、不同图案等）的要求。

1.3对环境友好和高质量发展的日益迫切需要

节能环保、不断减少涂料的资源占用和消耗、提高质量和效率、降低成本一直是涂料技术进步的驱动力。节能环保和资源效率水平是先进汽车涂料的重要标志。我国《规划与2035年愿景差异纲要》，明确在《2030年前发展碳排放高峰行动计划，力争成为碳中和的的主力军》2060年前，汽车产品生命周期管理在不同阶段的设计、制造、使用、废品回收评估，相关法律法规将更加完善，限额标准将继续提高。

2智能涂层是应对挑战的唯一途径

2.1基于数字孪生的智能制造系统是应对挑战的必然选择

智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术的深度融合，通过设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具备自我感知、自我学习、自我决策、自我执行、自适应等功能的新型生产模式。其特点体现在实施以智能工厂为载体、以智能关键制造环节为核心、以网络互联为支撑、以端到端数据流为基础的智能制造，将进一步提高质量和效率，推动制造业的高质量发展。

显然，基于双涂层质量的数量，智能制造系统可以在满足安全性的同时提高涂层效率，缩短新产品生产准备时间，增加涂层生产灵活性的需求，充分实现同步工程，汽车涂装厂涂装工程的建设/改造和交付，为高质量、高效率、短周期铺平了道路。

2.2智能涂料已开始实施

自2015年实施智能制造以来，智能制造在各个行业都得到了快速发展。从基础研究到工程应用，汽车行业正在实施一些项目，一些示范项目（包括汽车涂料厂）已经投入使用。虽然初步实施的效果尚未广泛显现，但基于数字孪生的智能涂层技术可以为挑战（品种多样化/复杂性、生产随机排序、工艺短、质量效率更高等）提供完美的解决方案，具备推广和实施的条件。产品数字孪生与生产设备、生产过程和其他数字孪生高度集成，实现过程定义、虚拟涂层评估（人机/机器人模拟、生产过程模拟等）、关键指标监控和过程能力评估、设备运行优化、可预测维护/维修/维护。

在产品设计阶段，同步进行基于模型的虚拟验证（3d动态涂装过程仿真、人机工程仿真、机械化运输仿真等）。基于模型的涂装工艺、涂装车间/工厂规划（产品数据浏览、工艺结构构建、工艺模型构建、工艺内容构建、工艺卡片生成、数控编程、工厂规划设计等）；利用工厂设计进行基于模型的油漆车间/工厂建设和虚拟调试；批量生产操作，基于模型的闭环执行系统（先进的生产调度、执行管理、质量管理、设备数据采集）和基于模型的涂层质量检测（关键参数和质量检验编程、实施、测试数据输出应用、测试报告生成、测试数据集成）提高了质量和效率，降低成本等方面，不断完善，充分发挥作用。

3涂料智能化的必要基本前提

3.1涂装基础技术积累标准化、在线化

汽车生产社会化程度高，生产规模大，技术要求复杂，分工精细，生产合作广泛。因此，为了使生产正常进行，有必要保持高度的技术统一和协调。因此，标准化是现代汽车涂装生产的基础，也是智能化涂装的必要前提。虽然国家和行业的基本智能制造标准体系可以共享，但企业自身的标准更为重要。涉及涂装工艺、产品、设备、工艺、材料、生产、质量、采购、管理等方面，必须确保标杆统一、协调，体系运行规范、有效。

涂装的所有相关方面和所有活动，在技术和管理方面，都应该有标准（规范），有标准（规范），并持续改进。在这方面，口是心非现象普遍存在，根本原因是制定的标准缺乏最佳实践的基础或充分的验证，不符合企业的实际情况。因此，要实现绘画的智能化，就必须确保相关标准（规范）的数据库完善，并在实际应用中处于不断完善的状态，即绘画基础技术的积累是标准化和在线化的。确保标准实用、及时更新，数据库数据准确可靠，这是智能系统嵌入现有知识的前提。基础技术积累的标准化和在线程度决定了涂层智能化的起步水平。

3.2涂装车间/工厂工艺的灵活性

现在，绝大多数涂装线建成后，涂装工艺和涂装产品基本固定（一般为通用工艺，4～6个型号），只有在喷涂颜色上有较高的选择灵活性，在同类型白车身基材的情况下，该工艺才能满足智能涂装的要求。如果白车身基材类型不同，加工工艺不通用，要进一步提高工艺和型号的灵活性，就必须停止生产线改造，或新建涂装线，周期相对较长。如上所述，涂装线必须具有多工序、多型号的适应性和生产灵活性，以便更好地实施智能涂装，满足未来发展的要求。通过应用新技术和矩阵布局，可以实现涂装车间的柔性工艺、柔性操作、柔性机械化运输、柔性生产能力，满足智能涂装的功能要求。

3.3智能涂料关键技术突破与应用创新

汽车涂装具有较高的自动化程度和较好的智能涂装技术基础。在核心基础零部件、先进基础技术、关键基础材料、产业技术基础等产业基础能力方面，涂料拥有丰富的世界级技术资源，自主技术积累也达到了世界先进水平。然而，由于涂装线工艺多，控制参数多，参数与工艺的相关性高，加工过程中的化学反应对涂装质量影响很大，智能涂装的实施仍然存在技术瓶颈。

智能涂料发展的最终目标是逐步形成智能涂料生态。单元级或单系统级智能只是开发的初始阶段，只是冰山一角。现阶段涂料应用智能化技术在质量、成本、效率、投入产出比等方面的优势并不明显，但据不完全统计，调查发现大部分智能化已经完成并投入运营的汽车生产线，主要是智能化设备的应用，智能系统应用仍处于起步和探索阶段，在性能上，要么新技术的智能应用不多，要么不够智能。

4结论

综上所述，汽车产品开发趋于多样化、复杂化和短周期化。满足用户个性化、高品质需求的定制生产模式将成为主流，汽车涂料将面临许多新的挑战。绘画的智能化是应对新挑战的理想途径，将成为汽车绘画的新发展趋势。虽然智能涂料的应用条件已经具备，但基础涂料技术的标准化和在线积累、涂料车间/工厂流程的灵活性、智能涂料关键技术的突破以及行业相关方的协同应用创新是成功的必要先决条件。坚实的基础，智能涂料的实施会立竿见影，否则会太快。智能涂装不是简单的设备改造，也不是简单的软件栈，而是涂装系统的集成、系统重构、模式重构，是一个渐进的发展和完善过程，只是一个起点，没有终点。

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]刘存吉. 简论汽车车身涂装工艺[J]. 现代涂料与涂装,2018,21(06):58-61+64.

[3]马一鸣. 汽车涂装生产线新技术的应用及发展[J]. 时代汽车,2018(09):126-127.