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涂料印染所涉及的助剂以及涂料直接印花、涂料拔染印花、涂料特种印花及其相关的新材料和新技术的应用。

涂料生产车间布局及生产线布置方案分析报告

随着公司快速发展和油漆产品品种不断增多,公司原有的油漆生产线布置方式已逐渐不能满足生产需要。如何合理调整生产车间布局和生产线布置方式,提高生产装置自动化水平,提高生产效率,降低生产成本,适应附加值更高产品的生产等,已经成为公司在激烈的市场竞争中胜出所必须关注的问题。根据本人多年来对涂料生产的一些了解,对生产车间布局、生产线布置方式进行了初步的分析,并对现有生产装置改造方案提出了一些建议,供参考。

一、车间整体布局

传统的油漆生产企业采用串联的方式布局,即物料从原料库出发,按工艺流程的先后依次通过各个车间,然后到达成品库。但随着产品品种的不断增多和产品类型的差异不断增大,近年来已被并联式布局多代替,即物料可以分成几路,同时从不同车间经过,最后达到成品库。显然这种方式比串联式物料的流通量大大增加,干扰也会减少,生产效率更高;同时这种布局还有利于水、电、气等动力线路的合理敷设,降低投资成本。目前公司的车间布局方式就是按照并联式布局设计的。

现在一些涂料生产企业又提出了一种车间组合布局方式,即针对某特定产品设置的生产车间里,组合了原料仓库、成品仓库和实验室、检验室等,物料就在车间内流动,从而改变了原来分割开的原料库、车间、成品仓库的模式,节省了物流的路程和时间,使生产效率大大提高。如公司针对工程机械涂料、汽车涂料等产品需新建车间,可以采取组合布局的方式,这样既可以避免原料和成品出入库距离过远、效率降低的缺点,同时同类型产品领料、生产各环节集中在一起,也便于工艺控制和生产管理,有利于产品质量的稳定。

总的来说,生产车间的布局设计应该把原材料入库、生产领料、成品交库等各个环节整体考虑进去,物料在生产过程中走过的路程最短、花费的时间最少、资金占用量最低,就是最好的布局方式。

二、生产车间设置方式

涂料生产的特点是原材料和产品品种多、生产工艺简单、流程短。涂料车间生产线的布局有两种方式:一是工艺专业化生产线,也称机群式生产线,就是按照不同的生产工艺来设置不同的车间或工段班组,在工艺专业化的车间内,安装的是同类型的设备,便于大批量的生产组织。二是产品专业化生产线,也称封闭式生产线,就是以产品为单位来设置车间。在产品专业化生产车间内,所有生产某类产品的各种设备集中在一条生产线上,能独立地完成该产品生产的全部工艺流程。

传统的涂料生产车间的设置方式多为按工艺来划分的,尤其以前的大中型油漆厂,绝大数都是按工艺专业化生产线的方式来布置。按工艺专业化设置的车间的优点有:(1)设备利用率高;(2)便于对工艺进行专业化管理。

尤其对于产品品种少,单批批量大的产品,工艺专业化生产线优势非常明显。比如公司原来的厚浆漆生产线,在厚浆漆产品产量占绝对多数时期,曾取得良好的经济效益。

然而随着涂料产品品种的不断增加,生产批次增多,单批产量减少,工业专业化生产线越来越暴露出其缺点,主要有:

1)不同产品在同一设备上生产,对产品性能产生干扰,容易产生质量问题,尤其是面漆色差问题无法避免;

2)产品更换时,频繁洗车增加物料消耗,浪费大;

3)生产计划的编制和调度工作难度大,影响管理水平的提高。

目前很多油漆生产厂家开始选择产品专业化生产线,产品专业化生产车间的特点:

1)减少不同涂料品种间的干扰,有利于产品质量的提高;

2)减少产品的物料消耗,提高生产效率;

3)简化生产作业计划和生产调度工作;

4)可以用最短时间、最低能耗生产出最多品种的产品,从而推进涂料生

产向大型化、连续化、自动化生产发展,有利于企业实现现代化管理。

在公司搬迁设计时,我们将油漆品种按照厚浆漆、环氧漆及中试小批量油漆进行了品种划分,因考虑须旧设备搬迁利用和节省投资,于是将厚浆漆生产设备按原方式布置,同时环氧漆、中试生产设备也安排在同一车间,配料、研磨和调漆分开在车间的不同区域,没有单独设置生产车间。

近年来随着公司新市场的不断开拓和新产品的不断推出,原先的生产线布置方式越来越不能适应公司的发展需求,主要体现在以下几个方面:

1)厚浆漆产量不断下降,厚浆漆生产线设备利用率低,设备闲置;

2)环氧漆设备布置不紧凑,生产中间环节过多,生产效率低;

3)中试产品品种不断增加,产量不断增大,一些产品早已超出小批量生产的范畴,采用小批量生产方式导致成本过高,影响产品竞争力;

4)自动化程度低,未采取自动控制和精确计量措施,影响产品质量提高;

5)频繁地更换生产品种,物料损耗大,产品质量不稳定;

6)生产计划和生产调度难度大,影响管理水平提高。

根据公司发展规划的要求,我认为应该对公司目前和未来几年需大力发展的主要产品进行详细划分,如可以分为:醇酸漆、环氧漆(含地坪涂料、预涂底漆)、工程机械涂料(含客车漆)、水性漆等几大类。然后按产品专业化的方式进行重新设置生产车间(生产线),对目前的设备重新进行组合。

三、生产线的布置方式

涂料生产线的布置不但要满足生产工艺的要求,还要在安全防火、环境保护、安装检修等方面考虑周全,一个较好的涂料生产线设计,应达到以下基本要求:

①物料运输往返路线合理;②有足够的原材料、中间品和成品周转空间;③具备多品种生产的灵活性,适当留有余地;④操作管理方便,辅助设施配备得当;⑤操作环境良好,能确保生产安全。

根据物料流动方式的不同,涂料生产可以分为平面、立体和混合三种不同布置方式。其中平面布置方式只适合于小规模生产(如公司的中试小批量生产),或是手工作坊式生产,不适用于现代涂料生产管理。

立体式布置具有占地面积小、生产效率高等特点。随着这些年用地紧张,多层车间占据了相当的比例,立体式布置也越来越受欢迎(如湘江关西的四层楼涂料生产车间,就是典型的立体式布置方式)。但我们也应该清醒地认识其缺点,不可盲目效仿:

1)立体车间造价高,一次性投入较大;

2)能耗高,物料运送成本高(由于90%的物料需提升至20米以上的高楼,

同时生产过程中因涂料粘度大不能完全靠自流,因此能耗必定增加,据统计较平面型布置能耗高出20%以上);

3)管线复杂,设备安装施工难度大;

4)只适用于大批量产品生产,不适用于中、小批量产品生产(因为设备、

管道连通,物料损耗大,清洗工作量也大)。

目前许多中小型涂料企业普遍采用混合型生产线布置方式,即采用在一层(或两层)车间内布置钢制平台的方式:配料和调漆在平台上进行,研磨设备(一般采用卧式砂磨机)放置在平台下面,包装采用自动灌装机。这种方案的主要优点是缩短了物料运送距离,便于实现涂料生产的连续化和自动化。

根据公司目前的生产规模和产品特点,我认为采用混合式布置方式为最佳选择,针对不同产品可以灵活配备不同数量的配料罐、调漆罐和研磨设备,日产量可在500-10000kg/日之间调整。

四、涂料生产设备选择

我国涂料生产的工艺设备水平近年来发展迅速,已经取得较大进步。国内已经有数十家涂料设备生产厂制造砂磨、分散机械,并向系列化发展。目前,立式砂磨机、卧式砂磨机、串联式砂磨机、篮式砂磨机、棒销式砂磨机、大功率高速分散机、双轴双速搅拌分散机、高剪切分散乳化机、半自动和自动包装机等设备通过引进和国产化,都已经在行业中得到广泛应用。目前先进的涂料生产线能够将原料的准备与进料、分散、研磨、调漆、物料输送、过滤、灌装、温度控制以及自动控制系统综合起来,实现涂料的密闭、连续、高效、自动化生产。

1、分散设备。

高速分散机主要用于对不同粘度浆状的液体原料进行粉碎、分散、乳化、混合,通过分散盘上下剧齿的高速运转对物料进行高速、强烈的剪切、撞击、粉碎、分散,达到迅速混合、溶解、分散、细化的效果。目前的高速分散机一般都采用防爆变频调速来实现无级调速功能,可以根据不同的工艺阶段选择不同的转速,充分满足各工艺过程中不同的工艺要求。并且具有液压升降、360度回转等多种功能,可同时配置2-4只容器,实现一机多用,从而极大的提高了工作效率。国内高速分散机质量最好的还是江阴双叶机械有限公司(原江阴化机厂),其产品用材讲究、分散效果好、升降运转平稳,在一些知名涂料企业如关西、立邦、巴斯夫、华润等都有使用。

2、研磨设备。

目前油漆生产常用的研磨设备为砂磨机,砂磨机与、三辊机、等研磨设备相比较,具有生产效率高、连续性强、成本低、产品细度高等优点,因而得到了更广泛的应用。一般常见的有立式砂磨机、卧式砂磨机、篮式砂磨机、双锥棒式砂磨机等,研磨介质除立式砂磨机选用普通2-3/3-4mm的玻璃珠外,其他设备均采用氧化锆珠或硅酸锆珠。

立式砂磨机因其研磨效率低、不易清洗、不密闭等缺点使用范围已日渐缩小。篮式砂磨机作为一种浸入式湿法研磨设备,工作腔很小,因此残留少,清洗较为方便,而且不需要面对卧式砂磨机循环加工的问题,因此非常适合需经常换品种、粘度较小的涂料生产,目前已成为水性涂料(如墙漆)的主要研磨设备。对于油性涂料,由于其粘度较大、容易残留在管道和设备中且具有挥发性,密闭式卧式砂磨机依然是较为适用的设备。对于高粘度物料(如腻子)的研磨,三辊机依然是几乎唯一的解决方案,尽管其开放式的工作方式造成了溶剂的浪费和环境的污染。

对于小批量油漆的生产,目前有企业采用篮式研磨机生产,在一个容器中,就可以简单地实现从进料到制浆、调漆的所有工艺过程。但对于规模较大的涂料生产企业,通常还是采用“一机多缸”分散设备+多台串联卧式砂磨机+调漆设备的设备配置,实现油性涂料的大规模连续化生产,这也是中外涂料工厂相对较为普遍的工艺实现方法。

3、调漆设备。

调漆设备可以定做成套的调漆釜,厂家根据搅拌的速度要求和搅拌的形式进行设计和制作;也可以采用高速分散机+多台调漆罐的方式配备,和配料设备类似。

4、灌装设备。

目前市场上的自动灌装设备很多,有半自动灌装机(目前公司采用的)和全自动灌装机等等,可以根据不同的包装规格和重量订购,精度可以精确到5‰,实现产品的精确计量和包装。

5、自动控制装置

现阶段国内中小型涂料生产企业普遍存在生产规模小、设备自动化程度低、劳动强度大、工作效率低、工作环境差的问题,自动化生产线更是凤毛麟角,难得一见。但在湘江关西涂料等设备自动化程度高的合资企业,我们也看到整个车间内只有2-3人巡视操作,根本不见强体力劳动的场面。车间内物料采用管道输送、电脑监控,整个生产过程全部在监控室内完成,车间内的每台设备的状况,都在监视屏幕上一目了然,车间现场井井有条,生产设备自动化水平非常高。

一套完整的自动化生产线控制系统,主要由监视屏、工控机、操作台、PLC系统、配电柜等组成,其功能包括以下几个方面:

1)动态监视功能:设备的运行状况和物料流动情况能在屏幕上清楚地显示。

2)配方管理功能:技术配方储存在电脑里,在生产过程中,不同产品配料过程中的物料配比和投料顺序都是在配方中确定好的。因此生产前系统需要先调用配方,自动计算和称量各种物料,保持配比的准确。

3)自动配料计量: 配料是化工产品生产过程中最重要的一道工序之一,称为咽喉工序,配料工序质量对整个产品的质量举足轻重。生产过程通过PLC控制气动球可实现按配方自动计量和自动投料,保证产品质量稳定。

4)搅拌速度控制:通过PLC控制变频器控制搅拌速度,在配料过程中可以针对不同的物料采用不通过的搅拌速度,确保搅拌均匀。

5)现场调整控制:可以根据产品生产要求添加小料,实现现场调整。

目前国内并没有通用的涂料生产自动控制系统,但有一些产品生产实现自动控制的实例,如水性漆的自动化配料系统;也有部分企业尝试对部分生产环节进行自动控制,如研磨温度、压力和研磨时间的自动控制等等。但自动化涂料生产线,将是未来涂料生产装备发展的大趋势。对于整体生产线的自动化设计,涂料企业靠自身独立完成难度很大。涂料生产线的规模的扩大、复杂性和自动控制程度的提高,要求涂料企业必须与设备供应商进行沟通,共同完成生产线的设计和制造,保证目标工艺的实现。可以采取整体承包的方式,从设计、施工到调试和交付,全部承包给设备承包商。在生产线交付之后,承包商还应当进行操作培训和初步的试生产,提供充分的技术资料,确保生产装置水平的不断提升,实现高效、连续、自动化的生产。

涂料生产工艺特性 

涂料的生产主要工艺过程包括:液体溶剂助剂原料、固体粉体的填料颜料和添加剂成膜剂等的储存、输送,各种物料的定量配比、分散、反应、研磨、过滤控制操作,反应过程的温度压力等的控制与安全联锁,最终实现生产成品的自动化计量灌装。 

涂料生产过程中,原料的投放,不仅需要投放量的准确控制,同时需要保障投入顺序的正确、时间间隔的精确、分散速度的稳定和过程调速的控制。成品灌装过程,需要根据产品的粘度和流动性、产品挥发特性、腐蚀性和氧化性等不同的特性,进行灌装系统的合理选型配备,既满足灌装物料要求,还要保障人身安全和环境安全,同时兼顾灌装速度的提高。 

对于市场产品需求多样化和批次小型化需求的满足,还要满足新产品快速试制和产品化的功能,所以符合行业生产加工特点的控制系统智能化的快速信息处理能力对于涂料生产企业极为重要。

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自动控制系统与资源综合信息化管理 

化工涂料生产过程具有离散式批次化生产、各种原料要有序定量精准加入的显着工艺特点。随着产业结构的变化以及市场的多层次需求特征,涂料生产从大批量小品种的方式转变为多品种小批量的社会化需求的以需定产模式。 

珠海长陆工业自动控制系统有限公司根据精细化工涂料生产过程的加工工艺特点,结合国际先进的控制技术和思想理念,设计出一套符合涂料行业工艺特点和规程的全自动化生产线控制系统,该控制系统具有国际标准化批次管理控制的特点,将生产过程工艺控制要求与定量配比过程有机结合,有效提升系统的智能化水平,除了实现一般控制系统常规的控制功能外,可以极大地满足多品种小批次产品的试制、生产的过程需要,无需对生产控制系统进行任何调整。 

系统功能主要分为:现场操作系统部分、中控计算机部分、QC监控部分、技术部监控部分四部分组成。该控制系统无缝集成了控制系统功能和数据综合管理功能,实现了现场控制终端与中控生产调度管理、生产部门技术管理、质量部门质量监督与检化验数据的在线处理与反馈,实现全程数字化管理和流程操作控制,实现批次控制的工艺过程参数、物料配比控制的精准和动态智能化控制操作,并实现与ERP系统的数据连通和数据共享,实现生产和销售动态排产计划的远程统筹管理。 

系统采用以太网、工业现场总线网络,将中控服务器,ERP系统平台、QC部监控系统、技术部监控系统、控制系统和现场操作控制终端连接为一个整体, 远程ERP系统与上位机通过我司开发的接口数据软件包来进行数据交换,ERP系统派发的生产单(包括配方数据)下发到中控计算机后,由中控计算机进行排产规划,并可以通览各线订单生产状况;操作人员根据现场生产设备实际情况和排产计划的优先级动态变化安排各线生产;生产完成自动将生产数据回传给中控计算机进行保存,并可以提供历史查询,QC部监控系统的检验数据和技术部监控系统对配方的修改数据也将保存在中控计算机里面。

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