宏观外部环境要求企业的生产更加低碳环保。绿色涂装理念已成为业内共识。在制桶行业“新四化”趋势的引领下,智能制造技术应用越来越广泛。引入新材料 、新工艺、新设备、新技术来建设智能化的绿色涂装车间成为新的发展方向。
1 涂装车间工艺布局介绍
涂装工艺属于制桶行业五大工艺(冲压、焊装、成形装配、涂装印刷)之一,其作用是确钢桶的防腐性能和鲜艳的外表颜色。随着新材料、新工艺的发展,传统的涂装工艺布局发生了较大的变化，不同厂家之间的工艺路线和设备应用也不尽相同,但主流的工序顺序都比较类似本单位涂装车间标准化工艺流程为：表面预处理（除油、除锈、磷化、水洗、水分干燥等，也可以采用表面擦拭方法）——喷漆（无气喷漆、静电喷漆等）——烘干（燃气烘干、燃油烘干、蒸汽烘干、远红外烘干等）——印字（丝网印刷、热转印等）——漆膜检测（厚度检测、附着力检测等）——入库。
2 智能化绿色涂装技术
2.1 预处理绿色薄膜工艺
从制桶车间过来的白桶身往往沾满了灰尘、铁屑油脂,预处理的作用就是进行脱尘脱脂,并在白桶身表面形成一层薄薄的化学膜，使得表面满足涂装时的基材要求。目前传统的预处理工艺主要是锌锰镍三元磷化工艺，它的优点是对桶身板材基层状态要求不高，上主流的喷漆都能配套使用,缺点是工序多,有表调和钝化环节，有的板材沉渣量多,生产过程中会产生磷、镍 、锰等重金属,废渣量和废水量多，且磷化液需要在 50~60°C高温环境中使用，耗费能源。随着环保要求越来越高，磷化工艺的高污染性已不是仅仅通过增加后道环保处理就能达标，因此近年来绿色薄膜T艺越来越受到重视并在各个制桶厂家中推广应用。多数涂装车间预处理线同时使用了这两种工艺。从实际使用经验来看，薄膜工艺相比磷化工艺有三大优点：1)工序少,设备投入少，占地面积少；2)能耗更少，薄膜反应室温就可进行，不需要加热；3)更环保，无表调和钝化工序，化学品消耗更少，危废物更少。但也存在三大缺点：1)材料单价贵,需要配套的油漆成本高；2)对基材状态如冲压压痕比较敏感；3)对设备稳定性要求高，槽内允许停线时间远小于磷化。经过不断优化改进材料和严格管控设备风险点已能实现稳定批量生产。
绿色薄膜工艺有以下两种类型：1)锆系薄膜。其机理是在基材表面形成一层纳米级的转化膜，主要成分是氧化(ZrO2)，最早由汉高公司应用于制桶行业，不仅适用于镀锌板和冷轧板，也适用于高铝或混合基材；2)硅烷薄膜。其机理与锆烷薄膜相似，主要成分也是ZrO2，不过其中加人了 Si 元素,提高了结合力。主要代表产品是凯米特尔的 Oxsilan 系列，已应用于多家主流制桶厂。
目前硅烷薄膜比锆系薄膜应用更多，因为其不含游离F，更环保。采用薄膜工艺后，白桶身板材洁净度更高,脱脂和水洗能力要强，此外，最重要的一点是要使用配套的涂装材料，如何验证薄膜材料与涂料是否配套，可从附着力和耐盐雾腐蚀试验两方面去验证，并注意烘烤温度的范围。
2.2 预处理在线分析控制系统
开班生产后,预处理槽液化学品被不断消耗，相关关键参数指标如果发生波动，需控制在工艺范围内，否则就会产生批量的质量问题。现状是槽液参数的化验及加料还是靠人工操作，监控频次低，每 2 h 一次，无法做到实时控制和提前预警。为了解决这种粗放管理的弊端，一些仪器厂商和材料供应商共同合作开发实时在线监控和自动加料系统，该系统有以下优点：1)自动化。在线分析与自动加料，保持取样和槽液一致性；2)品质一致性。实时分析并自动调整化学品参数。3）智能化。具有预警、数据可视化等功能，且可以通过电脑、手机等客户端实时远程查看控制现场参数。4)经济性好。通过一次性投资即可减少人工成本,如果再辅助人工智能技术，可对收集的数据进行分析，支撑工艺数据优化,降低药剂使用量。
图2 为某仪器厂商设计的在线分析管控系统，可以实现预处理参数在线检测和自动加料。不过现有系统并不能覆盖所有的参数,比如 Cu,未来一定能实现完全自动化。
2.3 节能喷漆线
喷漆线是涂装车间最重要的工艺环节，也是能耗最高的地方。
如何优化喷漆线，可以从以下三大块来分析：
1)能耗管理。喷房 80%的能耗来源于空调单元降低空调能耗既取决于喷漆室的温湿度设置和送排区风量，也取决于日常运营管理水平。目前比较成熟的喷漆线方案是干式比湿式事节能环保，循环风比例越高更节能,在确保消防安全的前提下，以行业顶尖的设备供应商华宇技术为例，其设计的循环风比例最高能做到 80%。优化喷漆室三要素(作业面的长度、宽度和风速),降低空调的风量，达到节能减排效果。
2)废气处理。喷漆线整体的风量和材料 VOC 含量降低能减少废气处理的成本，也有观念认为可以将检查段和挥发段的排风直排以减少废气处理量，也是很好的设计思路。废气排放过程中的余热回收也是节能措施之一。
3)废溶剂管理。废溶剂主要有三大来源：人工配漆、设备保洁和清洗,前两项依靠现场精益管理来降低废溶剂产生，在此不再赘述。降低管路清洗产生的废溶剂可从以下几方面人手：（1）选用先进换色系统的机器人；（2）提高溶剂材料清洗能力或优化清洗程序；（3）减少换色次数。如油漆入口前设置分色储存线实现集中喷涂；（4）使用纯水代替溶剂清洗。
2.4 表面质量自动检测
喷涂过程中常出现灰粒、缩孔和气泡等表面质量缺陷，目前主要依靠人工在报交线肉眼检查和修复，存在耗时长、效率低及受主观因素影响大等缺点。涂膜表面质量自动检测技术正逐渐被各大制桶厂采用，其原理是通过识别缺陷表面与正常表面的反射光差异，对视觉采集图像做智能算法处理，输出检测结果。经过调试和优化，缺陷检出率已经超过 95%，明显降低了工人劳动强度，提高了生产自动化率。
在实现了表面质量自动检测之后，我们正在搭建缺陷自动抛光修复测试平台，旨在进一步提高生产自动化率。
3 新的发展方向智能制造技术
3.1 智能制造技术
智能制造是基于新一代信息技术，贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节，具有信息深度自感知、指挥优化自决策、精准控制自执行等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。要构建智能化涂装车间，在项目规划初期，就要推动标准化工作，开放各模块设备数据接口，实现大数据有效采集和分析。主流的智能应用有以下几个方向:
1)机器视觉技术。除了用于表面质量缺陷检测外还可适用于涂膜缺陷检测、桶件的抓取安放等，并根据缺陷分类规划修复轨迹实现自动喷漆 、印刷等。
2)设备可预测性维护。基于内置的故障失效模型通过采集设备的运行参数(如电机负载、电流、转速、温度等)数据，预测故障的发生严重程度和时间点，实现设备故障原因分析、预测.进而指导维修人员进行前瞻性维护，避免非计划停机。
3)漆膜外观自动检测系统。桶身外观评价指标主要有膜厚、长短波、光泽度、色差，分别用不同仪器离线测量而得。还有一道评价环节就是目视化评价,主观性强。我们正在研发的系统是将测量仪器集成在一起，在线测量，建立一个新的外观评价指标，消除人为主观评价影响、评价滞后等问题，未来更希望该系统能与喷涂设备实现联动，及时将波动情况反馈给喷房进行参数修正。
4)数字挛生技术。在项目规划初期，就运用数字挛生技术对涂装车间进行三维建模，仿真分析，优化方案。在车间运营期间，对生产线和设备参数进行动态监控，输出三维实体车间和设备健康画像，并利用机器学习算法进行智能优化和实时反控。
5)智能输送产线。传统的涂装生产线属于“一链到底”的模式,虽实现了大批量连续式生产，但也存在低容错率、低柔性化的弊端，已不能适应未来的生产需求，提高生产线柔性化、构建无间歇生产模式已成为各大企的共识。立体存储库的应用就是一个很好的案例，其优点在于可以将不同工序的待生产零件在高空间利用率基础上高效地保存和调取，实现插队作业。此外，AGV 输送技术也有着传统输送线无法比拟的高柔性，个别企业已在涂装车间内局部应用，但目前积累的案例并不多，仅限于临近工位间的接驳,尚未大规模普及应用。
3.2 绿色环保技术
创建绿色涂装车间，节能减排，应当从新材料、亲工艺、新设备 、新技术 4 个方面来人手。笔者收集了本单位及主流企业和供应商的研究进展，介绍如下：1)新材料的开发，如低温烘烤或免烘烤材料、低 VOC 含量材料、专用漆等。2)新工艺的应用，如预处理工艺、内外同喷工艺等。3)新设备的引进，如数字打印技术、快速换色设备等。4)新技术的使用，如可根据进产量调节新风和排风风量以节省天然气消耗的烘房热负荷智能控制技术、精细化能耗管理技术等。
上述 4 个方面是相互衔接、互相衍生的，需要设备企业、涂装企业和涂装材料公司通力合作，只有共同创新才能实现绿色涂装。
4 总结
不同企业发展阶段不同，在选用智能制造和绿色涂装技术上应结合自身情况作好充分调研，使用过程中多探索和积累应用场景。相信在共同努力下，涂装车间会越来越智能、绿色、环保。
