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涂料印染所涉及的助劑以及涂料直接印花、涂料拔染印花、涂料特種印花及其相關的新材料和新技術的應用。

涂料生產車間布局及生產線布置方案分析報告

隨著公司快速發展和油漆產品品種不斷增多,公司原有的油漆生產線布置方式已逐漸不能滿足生產需要。如何合理調整生產車間布局和生產線布置方式,提高生產裝置自動化水平,提高生產效率,降低生產成本,適應附加值更高產品的生產等,已經成為公司在激烈的市場競爭中勝出所必須關注的問題。根據本人多年來對涂料生產的一些了解,對生產車間布局、生產線布置方式進行了初步的分析,并對現有生產裝置改造方案提出了一些建議,供參考。

一、車間整體布局

傳統的油漆生產企業采用串聯的方式布局,即物料從原料庫出發,按工藝流程的先后依次通過各個車間,然后到達成品庫。但隨著產品品種的不斷增多和產品類型的差異不斷增大,近年來已被并聯式布局多代替,即物料可以分成幾路,同時從不同車間經過,最后達到成品庫。顯然這種方式比串聯式物料的流通量大大增加,干擾也會減少,生產效率更高;同時這種布局還有利于水、電、氣等動力線路的合理敷設,降低投資成本。目前公司的車間布局方式就是按照并聯式布局設計的。

現在一些涂料生產企業又提出了一種車間組合布局方式,即針對某特定產品設置的生產車間里,組合了原料倉庫、成品倉庫和實驗室、檢驗室等,物料就在車間內流動,從而改變了原來分割開的原料庫、車間、成品倉庫的模式,節省了物流的路程和時間,使生產效率大大提高。如公司針對工程機械涂料、汽車涂料等產品需新建車間,可以采取組合布局的方式,這樣既可以避免原料和成品出入庫距離過遠、效率降低的缺點,同時同類型產品領料、生產各環節集中在一起,也便于工藝控制和生產管理,有利于產品質量的穩定。

總的來說,生產車間的布局設計應該把原材料入庫、生產領料、成品交庫等各個環節整體考慮進去,物料在生產過程中走過的路程最短、花費的時間最少、資金占用量最低,就是最好的布局方式。

二、生產車間設置方式

涂料生產的特點是原材料和產品品種多、生產工藝簡單、流程短。涂料車間生產線的布局有兩種方式:一是工藝專業化生產線,也稱機群式生產線,就是按照不同的生產工藝來設置不同的車間或工段班組,在工藝專業化的車間內,安裝的是同類型的設備,便于大批量的生產組織。二是產品專業化生產線,也稱封閉式生產線,就是以產品為單位來設置車間。在產品專業化生產車間內,所有生產某類產品的各種設備集中在一條生產線上,能獨立地完成該產品生產的全部工藝流程。

傳統的涂料生產車間的設置方式多為按工藝來劃分的,尤其以前的大中型油漆廠,絕大數都是按工藝專業化生產線的方式來布置。按工藝專業化設置的車間的優點有:(1)設備利用率高;(2)便于對工藝進行專業化管理。

尤其對于產品品種少,單批批量大的產品,工藝專業化生產線優勢非常明顯。比如公司原來的厚漿漆生產線,在厚漿漆產品產量占絕對多數時期,曾取得良好的經濟效益。

然而隨著涂料產品品種的不斷增加,生產批次增多,單批產量減少,工業專業化生產線越來越暴露出其缺點,主要有:

1)不同產品在同一設備上生產,對產品性能產生干擾,容易產生質量問題,尤其是面漆色差問題無法避免;

2)產品更換時,頻繁洗車增加物料消耗,浪費大;

3)生產計劃的編制和調度工作難度大,影響管理水平的提高。

目前很多油漆生產廠家開始選擇產品專業化生產線,產品專業化生產車間的特點:

1)減少不同涂料品種間的干擾,有利于產品質量的提高;

2)減少產品的物料消耗,提高生產效率;

3)簡化生產作業計劃和生產調度工作;

4)可以用最短時間、最低能耗生產出最多品種的產品,從而推進涂料生

產向大型化、連續化、自動化生產發展,有利于企業實現現代化管理。

在公司搬遷設計時,我們將油漆品種按照厚漿漆、環氧漆及中試小批量油漆進行了品種劃分,因考慮須舊設備搬遷利用和節省投資,于是將厚漿漆生產設備按原方式布置,同時環氧漆、中試生產設備也安排在同一車間,配料、研磨和調漆分開在車間的不同區域,沒有單獨設置生產車間。

近年來隨著公司新市場的不斷開拓和新產品的不斷推出,原先的生產線布置方式越來越不能適應公司的發展需求,主要體現在以下幾個方面:

1)厚漿漆產量不斷下降,厚漿漆生產線設備利用率低,設備閑置;

2)環氧漆設備布置不緊湊,生產中間環節過多,生產效率低;

3)中試產品品種不斷增加,產量不斷增大,一些產品早已超出小批量生產的范疇,采用小批量生產方式導致成本過高,影響產品競爭力;

4)自動化程度低,未采取自動控制和精確計量措施,影響產品質量提高;

5)頻繁地更換生產品種,物料損耗大,產品質量不穩定;

6)生產計劃和生產調度難度大,影響管理水平提高。

根據公司發展規劃的要求,我認為應該對公司目前和未來幾年需大力發展的主要產品進行詳細劃分,如可以分為:醇酸漆、環氧漆(含地坪涂料、預涂底漆)、工程機械涂料(含客車漆)、水性漆等幾大類。然后按產品專業化的方式進行重新設置生產車間(生產線),對目前的設備重新進行組合。

三、生產線的布置方式

涂料生產線的布置不但要滿足生產工藝的要求,還要在安全防火、環境保護、安裝檢修等方面考慮周全,一個較好的涂料生產線設計,應達到以下基本要求:

①物料運輸往返路線合理;②有足夠的原材料、中間品和成品周轉空間;③具備多品種生產的靈活性,適當留有余地;④操作管理方便,輔助設施配備得當;⑤操作環境良好,能確保生產安全。

根據物料流動方式的不同,涂料生產可以分為平面、立體和混合三種不同布置方式。其中平面布置方式只適合于小規模生產(如公司的中試小批量生產),或是手工作坊式生產,不適用于現代涂料生產管理。

立體式布置具有占地面積小、生產效率高等特點。隨著這些年用地緊張,多層車間占據了相當的比例,立體式布置也越來越受歡迎(如湘江關西的四層樓涂料生產車間,就是典型的立體式布置方式)。但我們也應該清醒地認識其缺點,不可盲目效仿:

1)立體車間造價高,一次性投入較大;

2)能耗高,物料運送成本高(由于90%的物料需提升至20米以上的高樓,

同時生產過程中因涂料粘度大不能完全靠自流,因此能耗必定增加,據統計較平面型布置能耗高出20%以上);

3)管線復雜,設備安裝施工難度大;

4)只適用于大批量產品生產,不適用于中、小批量產品生產(因為設備、

管道連通,物料損耗大,清洗工作量也大)。

目前許多中小型涂料企業普遍采用混合型生產線布置方式,即采用在一層(或兩層)車間內布置鋼制平臺的方式:配料和調漆在平臺上進行,研磨設備(一般采用臥式砂磨機)放置在平臺下面,包裝采用自動灌裝機。這種方案的主要優點是縮短了物料運送距離,便于實現涂料生產的連續化和自動化。

根據公司目前的生產規模和產品特點,我認為采用混合式布置方式為最佳選擇,針對不同產品可以靈活配備不同數量的配料罐、調漆罐和研磨設備,日產量可在500-10000kg/日之間調整。

四、涂料生產設備選擇

我國涂料生產的工藝設備水平近年來發展迅速,已經取得較大進步。國內已經有數十家涂料設備生產廠制造砂磨、分散機械,并向系列化發展。目前,立式砂磨機、臥式砂磨機、串聯式砂磨機、籃式砂磨機、棒銷式砂磨機、大功率高速分散機、雙軸雙速攪拌分散機、高剪切分散乳化機、半自動和自動包裝機等設備通過引進和國產化,都已經在行業中得到廣泛應用。目前先進的涂料生產線能夠將原料的準備與進料、分散、研磨、調漆、物料輸送、過濾、灌裝、溫度控制以及自動控制系統綜合起來,實現涂料的密閉、連續、高效、自動化生產。

1、分散設備。

高速分散機主要用于對不同粘度漿狀的液體原料進行粉碎、分散、乳化、混合,通過分散盤上下劇齒的高速運轉對物料進行高速、強烈的剪切、撞擊、粉碎、分散,達到迅速混合、溶解、分散、細化的效果。目前的高速分散機一般都采用防爆變頻調速來實現無級調速功能,可以根據不同的工藝階段選擇不同的轉速,充分滿足各工藝過程中不同的工藝要求。并且具有液壓升降、360度回轉等多種功能,可同時配置2-4只容器,實現一機多用,從而極大的提高了工作效率。國內高速分散機質量最好的還是江陰雙葉機械有限公司(原江陰化機廠),其產品用材講究、分散效果好、升降運轉平穩,在一些知名涂料企業如關西、立邦、巴斯夫、華潤等都有使用。

2、研磨設備。

目前油漆生產常用的研磨設備為砂磨機,砂磨機與、三輥機、等研磨設備相比較,具有生產效率高、連續性強、成本低、產品細度高等優點,因而得到了更廣泛的應用。一般常見的有立式砂磨機、臥式砂磨機、籃式砂磨機、雙錐棒式砂磨機等,研磨介質除立式砂磨機選用普通2-3/3-4mm的玻璃珠外,其他設備均采用氧化鋯珠或硅酸鋯珠。

立式砂磨機因其研磨效率低、不易清洗、不密閉等缺點使用范圍已日漸縮小。籃式砂磨機作為一種浸入式濕法研磨設備,工作腔很小,因此殘留少,清洗較為方便,而且不需要面對臥式砂磨機循環加工的問題,因此非常適合需經常換品種、粘度較小的涂料生產,目前已成為水性涂料(如墻漆)的主要研磨設備。對于油性涂料,由于其粘度較大、容易殘留在管道和設備中且具有揮發性,密閉式臥式砂磨機依然是較為適用的設備。對于高粘度物料(如膩子)的研磨,三輥機依然是幾乎唯一的解決方案,盡管其開放式的工作方式造成了溶劑的浪費和環境的污染。

對于小批量油漆的生產,目前有企業采用籃式研磨機生產,在一個容器中,就可以簡單地實現從進料到制漿、調漆的所有工藝過程。但對于規模較大的涂料生產企業,通常還是采用“一機多缸”分散設備+多臺串聯臥式砂磨機+調漆設備的設備配置,實現油性涂料的大規模連續化生產,這也是中外涂料工廠相對較為普遍的工藝實現方法。

3、調漆設備。

調漆設備可以定做成套的調漆釜,廠家根據攪拌的速度要求和攪拌的形式進行設計和制作;也可以采用高速分散機+多臺調漆罐的方式配備,和配料設備類似。

4、灌裝設備。

目前市場上的自動灌裝設備很多,有半自動灌裝機(目前公司采用的)和全自動灌裝機等等,可以根據不同的包裝規格和重量訂購,精度可以精確到5‰,實現產品的精確計量和包裝。

5、自動控制裝置

現階段國內中小型涂料生產企業普遍存在生產規模小、設備自動化程度低、勞動強度大、工作效率低、工作環境差的問題,自動化生產線更是鳳毛麟角,難得一見。但在湘江關西涂料等設備自動化程度高的合資企業,我們也看到整個車間內只有2-3人巡視操作,根本不見強體力勞動的場面。車間內物料采用管道輸送、電腦監控,整個生產過程全部在監控室內完成,車間內的每臺設備的狀況,都在監視屏幕上一目了然,車間現場井井有條,生產設備自動化水平非常高。

一套完整的自動化生產線控制系統,主要由監視屏、工控機、操作臺、PLC系統、配電柜等組成,其功能包括以下幾個方面:

1)動態監視功能:設備的運行狀況和物料流動情況能在屏幕上清楚地顯示。

2)配方管理功能:技術配方儲存在電腦里,在生產過程中,不同產品配料過程中的物料配比和投料順序都是在配方中確定好的。因此生產前系統需要先調用配方,自動計算和稱量各種物料,保持配比的準確。

3)自動配料計量: 配料是化工產品生產過程中最重要的一道工序之一,稱為咽喉工序,配料工序質量對整個產品的質量舉足輕重。生產過程通過PLC控制氣動球可實現按配方自動計量和自動投料,保證產品質量穩定。

4)攪拌速度控制:通過PLC控制變頻器控制攪拌速度,在配料過程中可以針對不同的物料采用不通過的攪拌速度,確保攪拌均勻。

5)現場調整控制:可以根據產品生產要求添加小料,實現現場調整。

目前國內并沒有通用的涂料生產自動控制系統,但有一些產品生產實現自動控制的實例,如水性漆的自動化配料系統;也有部分企業嘗試對部分生產環節進行自動控制,如研磨溫度、壓力和研磨時間的自動控制等等。但自動化涂料生產線,將是未來涂料生產裝備發展的大趨勢。對于整體生產線的自動化設計,涂料企業靠自身獨立完成難度很大。涂料生產線的規模的擴大、復雜性和自動控制程度的提高,要求涂料企業必須與設備供應商進行溝通,共同完成生產線的設計和制造,保證目標工藝的實現。可以采取整體承包的方式,從設計、施工到調試和交付,全部承包給設備承包商。在生產線交付之后,承包商還應當進行操作培訓和初步的試生產,提供充分的技術資料,確保生產裝置水平的不斷提升,實現高效、連續、自動化的生產。

涂料生產工藝特性 

涂料的生產主要工藝過程包括:液體溶劑助劑原料、固體粉體的填料顏料和添加劑成膜劑等的儲存、輸送,各種物料的定量配比、分散、反應、研磨、過濾控制操作,反應過程的溫度壓力等的控制與安全聯鎖,最終實現生產成品的自動化計量灌裝。 

涂料生產過程中,原料的投放,不僅需要投放量的準確控制,同時需要保障投入順序的正確、時間間隔的精確、分散速度的穩定和過程調速的控制。成品灌裝過程,需要根據產品的粘度和流動性、產品揮發特性、腐蝕性和氧化性等不同的特性,進行灌裝系統的合理選型配備,既滿足灌裝物料要求,還要保障人身安全和環境安全,同時兼顧灌裝速度的提高。 

對于市場產品需求多樣化和批次小型化需求的滿足,還要滿足新產品快速試制和產品化的功能,所以符合行業生產加工特點的控制系統智能化的快速信息處理能力對于涂料生產企業極為重要。

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自動控制系統與資源綜合信息化管理 

化工涂料生產過程具有離散式批次化生產、各種原料要有序定量精準加入的顯著工藝特點。隨著產業結構的變化以及市場的多層次需求特征,涂料生產從大批量小品種的方式轉變為多品種小批量的社會化需求的以需定產模式。 

珠海長陸工業自動控制系統有限公司根據精細化工涂料生產過程的加工工藝特點,結合國際先進的控制技術和思想理念,設計出一套符合涂料行業工藝特點和規程的全自動化生產線控制系統,該控制系統具有國際標準化批次管理控制的特點,將生產過程工藝控制要求與定量配比過程有機結合,有效提升系統的智能化水平,除了實現一般控制系統常規的控制功能外,可以極大地滿足多品種小批次產品的試制、生產的過程需要,無需對生產控制系統進行任何調整。 

系統功能主要分為:現場操作系統部分、中控計算機部分、QC監控部分、技術部監控部分四部分組成。該控制系統無縫集成了控制系統功能和數據綜合管理功能,實現了現場控制終端與中控生產調度管理、生產部門技術管理、質量部門質量監督與檢化驗數據的在線處理與反饋,實現全程數字化管理和流程操作控制,實現批次控制的工藝過程參數、物料配比控制的精準和動態智能化控制操作,并實現與ERP系統的數據連通和數據共享,實現生產和銷售動態排產計劃的遠程統籌管理。 

系統采用以太網、工業現場總線網絡,將中控服務器,ERP系統平臺、QC部監控系統、技術部監控系統、控制系統和現場操作控制終端連接為一個整體, 遠程ERP系統與上位機通過我司開發的接口數據軟件包來進行數據交換,ERP系統派發的生產單(包括配方數據)下發到中控計算機后,由中控計算機進行排產規劃,并可以通覽各線訂單生產狀況;操作人員根據現場生產設備實際情況和排產計劃的優先級動態變化安排各線生產;生產完成自動將生產數據回傳給中控計算機進行保存,并可以提供歷史查詢,QC部監控系統的檢驗數據和技術部監控系統對配方的修改數據也將保存在中控計算機里面。

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