张瑞 （山推工程机械股份有限公司）
工程机械是机械行业的一个重要的分支，在国民经济建设中有着重要的作用，经历了创业阶段（1949—1960）、形成阶段（1961—1978）、全面发展阶段（1979—1999）和高速发展阶段（2000至今），现已形成挖掘机械、铲土运输机械、起重机械、工业车辆、压实机械、混凝土机械、掘进机械、路面机械与养护机械、桩工机械、市政与环卫机械、混凝土制品机械、高空作业机械、装修机械、钢筋与预应力机械、凿岩机械、气动工具、军用工程机械、电梯与扶梯、工程机械配套件、其他专用工程机械20大类，109组，450种基型，1090个系列，上万个型号的产品设备。
工程机械与其他机械在功能、工况、结构尺寸等方面有着明显的区别和特点，因此在生产工艺上也存在自身的特点。涂装作为工程机械生产过程的一道重要工序，伴随着工程机械的不断发展而发展。当然，工程机械涂装不仅仅取决于工程机械自身的发展，还与涂料及涂料施工工艺等技术的发展有关。未来工程机械会向着什么样的方向发展，本文对此提出了以下观点，希望抛砖引玉，共同探讨。
1影响工程机械涂装发展的因素
1.1客户需求发展
产品最终是销售给客户，因此产品是围绕客户需求进行设计、生产的。当然，不同的历史条件、不同的区域、不同的文化背景下客户的需求是不完全相同的，尤其是工程机械的外观，在不同的国家和地区有着不同的喜好。随着时代发展，客户对工程机械外观的需求理念也不断发生变化。在20世纪80年代之前，设备功能、性能是用户最为关注的，很少会有客户关注工程机械的外观和造型。20世纪80年代后，外观质量要求开始被提出和关注。2000年以后，客户购买产品时不再限于内在的质量和性能，对外观提出了要求。
因此，工程机械涂装的功能从以防锈保护为主、外观装饰为辅发展成为防锈保护和外观装饰并重，甚至外观装饰在客户眼里更为重要，直接影响客户对产品的第一印象，决定了客户的购买意愿。在这种情况下，工程机械企业也会重视外观。比如，为了提高外观，企业不仅注重涂装，还会注重板材成型、焊接问题。
客户满意几乎是所有企业的追求，所以，客户对工程机械产品外观的需求是影响工程机械外观造型及涂装发展的重要因素之一。
1.2工程机械自身发展
在工程机械产品从无到有的阶段，产品的重点是功能，涂装是次要的，只需具有一定防锈功能。在工程机械发展壮大阶段，产品性能及内在质量是企业关注重点，涂装以防锈为主，兼顾一定装饰性。到了工程机械成熟阶段，其他方面的质量得到提高并稳定下来，涂装外观质量就成了关注重点。因此，工程机械自身的发展水平和发展阶段也会决定着其涂装的发展。
1.3涂料发展
巧妇难为无米之炊，涂料行业及产品的发展也影响着工程机械涂料涂装的发展。只有涂料企业开发了适合工程机械的涂料产品，工程机械才有选择的余地，涂料行业发展了，工程机械行业的涂料与涂装才能发展。当然，工程机械对涂料的需求反过来也会促进涂料行业及产品的发展。
1.4施工工艺设备的发展
涂料与涂装是密不可分的。有了新的涂料没有相应的涂装技术就难以推广使用。如，电泳涂料与电泳涂装技术相辅相成。再如，目前已经在汽车、集装箱、轨道交通等行业广泛采用的水性涂料，在工程机械行业的应用就比较缓慢，原因主要是涂装设备未能跟上。水性涂料需要喷涂生产线的喷漆室具有严格的温度、湿度范围，而已有的工程机械喷涂线难以满足。施工工艺与设备对实现高效的喷涂、涂料的高利用率、涂膜的高质量有着决定性的作用。因此，施工工艺与设备同样会影响着工程机械涂料涂装的发展。
1.5环保治理发展
涂装过程中会产生废气、废水以及固体废物。因此，涂料与涂装工艺的选择不仅要满足涂层功能、质量的要求，必须满足环保要求。涂装生产的最终排放不仅取决于涂料与涂装工艺，还取决于末端的治理，包括涂装废水的治理和涂装废气的治理。虽然，无论什么样的涂装废气通过采用合适的废气处理装置处理后都能使其达到国家和地方的排放标准，但是不得不考虑废气处理装置的投资成本以及后续的运行成本。另外，环保治理政策会将某些VOCs含量较高的涂料和涂料利用率低的涂装工艺列入限制或禁止目录，而对一些VOCs含量较低的涂料和一些涂料利用率较高的涂装工艺列入推广目录或强制应用目录。因此，企业在选用涂料及涂装工艺时，还必须考虑地方环保政策的规定。
2015年以来一系列环保治理措施表明，涂装的VOCs治理将是大气污染治理的重点之一，而且在未来一段时间不会放松，这对工程机械涂装乃至整个涂装行业的影响都将是长远的。
2工程机械造型与外观发展趋势
2.1个性化
20世纪八九十年代，工程机械给人的印象还是傻大笨粗，但是进入2000年后就不一样了。工程机械企业越来越注重品牌形象，越来越注重产品外观与造型的设计，不仅与企业自身的文化结合起来，融入企业文化元素，还与客户及时代的审美结合起来；不仅要吸引客户目光，还要展示自己的企业形象。因此，外观造型及色彩的个性化是工程机械发展的现状，也是未来的趋势。
2.2多样化
八九十年代的工程机械产品在外观上基本都是统一的工程黄，很少有其他的颜色。但是，随着工程机械外观造型及色彩个性化的出现，不同品牌的工程机械在外观造型上和色彩上不再千篇一律。比如在产品造型上，一改直棱直角的风格，流线型的设计开始应用到工程机械当中。在涂装色彩上打破工程黄限制，不同品牌的产品在涂装色彩上开始百花齐放，同一品牌的产品在色彩上也出现多样化。例如，中联重科2015年发布的涂装色彩就由“极光绿、砂砾灰、星耀灰”3种颜色，一改之前单一颜色风格。在充分融入企业文化元素和时代特色的同时，色彩多样化将是工程机械涂装与外观造型发展的一个重要趋势。
2.3人机工程与美观
工程机械产品外观造型个性化、多样化的同时，更注重人机工程与美观。智能化、舒适化是工程机械产品发展的一个主要方向。舒适化不仅仅表现在人体的触觉和感觉上，还表现在视觉上。比如，流线型的设计、面漆合理的色彩搭配、漆面的丰满光亮，都会给视觉上的美感。工程机械不仅仅是一种施工机械，正和轿车不仅仅是一种代步工具一样，是一种商品。操作的舒适性，外观的靓丽，是客户的追求，因此也会成为工程机械企业努力的方向。
3工程机械涂料发展趋势
3.1水性化
水性涂料由于采用水作为溶剂，VOCs含量较传统溶剂涂料降低70%以上，不仅降低了储存、施工过程的爆燃危险，而且大大减少了对操作工人的职业危害，同时减少VOCs的排放量，符合绿色环保的发展理念。就目前所有的喷涂液体涂料中，水性涂料是VOCs含量较低的一种，水性涂料的VOCs减排效果明显。但是，水性涂料有其自身的缺点，对储存、施工条件要求较高。传统的溶剂型涂料的喷涂线无法直接采用水性涂料，需要对喷涂生产线进行必要的改造才能满足施工条件。另外，目前性能相同的水性涂料的成本较溶剂型涂料的高。
从政策来看，水性涂料将是未来VOCs减排的主要方向。2013年9月，国务院印发《大气污染防治行动计划》，明确“在石化有机化学、涂料、包装印刷等行业实施挥发性有机物综合整治，完善涂料等产品挥发性有机物限制标准，推广使用水性涂料”。2015年1月26日，财政部与税务总局联合发布《关于对电池、涂料征收消费税的通知》（财税201516号），对施工状态下挥发性有机物含量高于420g/L的涂料征收消费税。2016年6月21日，《国家危险废物目录》（2016版）由环境保护部联合国家发展改革委员会、公安部发布（环境保护部令第39号），自2016年8月1日起执行，水性涂料不再列入。
工程机械企业在2014年就已经开始对水性涂料进行应用研究，目前已有大规模应用的案例。因此，工程机械行业大规模采用水性漆是可行的，现在已有更多的工程机械企业在进行工艺试验。在工程机械行业中水性涂料取代溶剂型涂料虽然目前速度不是很快，但是已成为一种趋势，而且后期进度会加快。
3.2粉末化
粉末涂料几乎是零VOCs的涂料，在施工过程基本不产生VOCs，因此不需要末端废气处理，是一种十分环保的涂料。粉末涂料对施工人员技能要求不高，涂料的利用率可达到99%，虽然烘烤温度较高，但是在薄板件应用中，单位面积的综合涂装成本要远远低于溶剂型涂料，甚至只有溶剂型涂料涂装成本的一半。在工程机械行业各大企业均已经有粉末涂装线在进行生产，产品包括油箱、驾驶室、机罩等。由于粉末喷涂在边、角、孔、洞、缝等位置出现膜层较薄的问题，工程机械企业还研发了“干碰干”的粉末涂料施工工艺。
粉末涂料不仅环保，而且成本低，因此越来越受到欢迎，在工程机械基本形成一种理念:只要能用粉末涂料涂装的，绝对不选择液体涂料涂装。由于许多工程机械零件的板材较厚，考虑采用粉末涂料涂装进行烘烤需要消耗较多的能源，因此目前工程机械行业粉末涂料与涂装主要是薄板件。但是，由于粉末涂料使用成本还很低，一定程度上可以抵消烘烤能耗的成本增加，因此粉末涂料与涂装在工程机械行业的应用仍然会不断扩大。
3.3高固体分化
高固体分涂料虽然仍然是溶剂型涂料，但是由于其VOCs含量较传统的溶剂型涂料低得多，因此对于VOCs的减排也有着积极的意义，近年来也受到了关注，在工程机械行业也有企业在应用。由于粉末涂料、水性涂料的应用受到零件板厚以及现有涂装设备的限制，无法直接替换现有的溶剂型涂料。而高固体分涂料在施工条件上则完全与现有的传统溶剂型涂料相同，不需要进行设备改造，可直接切换。因此，在短期内，高固体分涂料会有一个增长。尤其是对于空间受到限制，无法进行水性涂料施工改造的喷漆线，在VOCs减排压力下，是临时实现比较快的选择。当然，由于高固体分涂料仍是溶剂型涂料，受未来环保政策影响的不确定性比较大。
3.4多功能化
工程机械涂装的功能除了装饰，还有防锈、耐油等。比如装载机变速箱壳体的涂装，外部需要喷涂防锈底漆及面漆，内腔需要喷涂耐油底漆。传统的涂装工艺，这一种产品虽然体积不大，但是需要喷涂3种涂料。如果采用传统的工艺，需要至少两喷两烘，更换3种涂料，还需要进行屏蔽，耗时耗能耗料。如果采用一种多功能涂料，不仅具有防腐蚀性能，还有耐油性能，同时还具备一定装饰性能，那么涂装就可以一次喷涂完成，不仅缩短产品生产周期，还大大降低能耗及人工成本，减少VOCs的产生。目前，同时具备防腐蚀性能和装饰性能的底面合一涂料已经在工程机械应用多年，但同时具备防锈、耐油、装饰的多功能涂料还未出现。笔者已与几家涂料企业进行过研讨，部分企业对这样产品开发也很感兴趣，有的企业已经开始进行研发和样品测试。一次喷涂，满足多种功能，不仅适应了环保的需要，还减少了生产现场物料的种类，便于现场管理，降低涂料更换中的损耗。因此，多功能化的涂料应该是工程机械涂料涂装未来的一个发展方向。
4工艺发展趋势
4.1零部件面漆化
工程机械传统的生产工艺是零件喷涂底漆后装配，装配后整机刮涂腻子和喷涂面漆。零部件面漆化则是在整车装配之前，将零部件进行底漆和面漆喷涂，并使涂装的外观质量达到整机外观质量要求，装配后不再对整机进行面漆喷涂。一些文献称之为一次性涂装、先涂后装或整机不面漆工艺。在工程机械行业，叉车产品首先进行了一次性涂装工艺改造。通过在企业的实践和探索，笔者提出了工程机械零部件面漆化的概念，对其优缺点进行全面分析，并从设备、工艺、工装器具、质量、人员、物流运输等方面提出了工程机械实施零部件面漆化的具体应对措施。
由于工程机械整机尺寸庞大，而传统的整机涂装包括清洗、水迹烘干、腻子刮涂、打磨、喷漆、漆膜烘干、强冷等工序，室体较多，涂装线较长，造价较大，加上输送机构、环保处理设施等，一条整机涂装往往要几百万，甚至超上千万。零部件面漆化工艺的应用，取消了整机清洗、打磨工序，节省了水资源、辅料和人力资源。同时，节省了企业厂房面积及资金投入。目前，几乎所有的工程机械都采用了零部件面漆化或局部的零部件面漆化工艺，并且成为工程机械涂装工艺的一种发展趋势。
4.2集中与专业化
以往在进行工厂设计和布局时，为了物流顺畅，会根据零件生产工艺流程布局设备。由于不同的零件生产工艺流程和进行涂装的工艺节点不同，会在多个车间布局涂装生产线。这种分散式的涂装很好地顺应了零件的生产流程工艺路线，使物流周转距离达到最短。但是，随着环保治理的深入，分散的涂装不利于废气的集中收集和处理，而且大大增加了废气处理装置的投资费用以及监测费用。另外，分散的涂装不利于管理。因此，现在工程机械的涂装生产布局趋于集中化和专业化，将一个厂区或一个园区的涂装生产集中在一起建一条产能足够大的涂装生产线，建立专业的涂装车间或涂装工厂，从而降低环保设施的投入，实现专业化的生产及管理。未来工程机械的涂装将会向着这种集中化和专业化方向发展。
4.3涂料涂装一体化
涂料与涂装是密不可分的。但是，过去涂料生产和涂料应用完全是分开的，当出现涂装质量问题时，往往相互推责。近年来，有学者提出了“涂料、涂装一体化”的发展思路。一些涂料生产企业不仅向工程机械提供涂料产品，还提供涂料施工服务。工程机械企业将需要涂装的零件交给外包方，外包方租用或利用工程机械企业的场地、设备，按照工程机械委托方的技术要求提供涂料，并按照工程机械委托方提供的质量标准对零件进行涂装。工程机械企业只对涂装质量进行监管，其他方面全部交由外包方。这些外包方往往是涂料生产企业，他们熟悉涂料性能，专业施工水平较高。目前这种涂料涂装一体化的承揽方式受到工程机械企业和涂料生产企业的欢迎，在未来一段时期内会普遍存在。
4.4节能化
能源消耗不仅体现在成本上，还会增加碳排放量。传统的涂装工艺流程一般为:前处理→喷底漆→流平→烘干→强冷→刮腻子→烘干→强冷→打磨→喷面漆→流平→烘干→强冷→下线，整个涂装过程3次烘烤、3次强冷，能耗巨大。工程机械企业通过对板材表面质量的控制及生产、运输过程的防护，使材料表面缺陷及磕碰划伤基本消除，腻子刮涂大幅减少。一些企业对一些非重要外观件已经彻底取消刮腻子，不仅减少了人员、辅料，还减少了腻子烘烤、打磨需要的能耗。在取消腻子刮涂的基础上，涂装工艺也进一步优化，流程变为:前处理→喷底漆→流平→烘干→强冷→喷面漆→流平→烘干→强冷→下线，即典型2C2B工艺。工程机械结构件多为厚板件，烘烤过程吸收热量大，烘烤的能耗大。因此，从节能环保角度出发，完全可以优化为2C1B工艺，工艺流程为:前处理→喷底漆→流平（表干）→喷面漆→流平→烘干→强冷→下线，即采用“湿碰湿”工艺，喷涂底漆、面漆后统一进行烘烤。2C1B工艺减少了一次烘烤和强冷，大大降低了涂装生产的能耗，为企业节约大量的成本，已经在工程机械得到应用。今后新建的涂装线会首选2C1B工艺，因为目前即使是水性涂料也有的实现了“湿碰湿”施工工艺。
5设备发展趋势
5.1前处理喷漆一体化
过去，前处理与喷漆分别为独立的生产线。为了减少上下件次数，可以将前处理、喷漆通过输送系统串联在一起，实现涂装过程一次上下件，同时减少上下件过程的磕碰，减少操作人员。随着环保治理的深入，内燃叉车的使用已经开始被限制，采用电动叉车投资费用又比较高，而且叉车需要驾驶人员，因此减少叉车使用和降低人工成本，将前处理与喷漆做成一体化的生产线是比较好的选择。
5.2自动化
自动化技术已经广泛应用于各行各业，在汽车、拖拉机等行业的涂装也广泛应用。但是由于自动化设备投资成本较高，且工程机械属于多品种小批量产品，导致了工程机械涂装实现自动化比较困难。随着自动化设备的发展及大规模的应用，成本有所下降，为工程机械涂装的自动化降低了投资门槛。此外，劳动力成本日益增加，也使得更多的企业考虑采用自动化的设备。工程机械的自动化主要有3个方向:一是上下料的自动化，采用机械手、自动化吊具等配合AutomatedGuidedVehicle（AGV）小车实现自动上下料；二是自动化输送，涂装前的产品和涂装后的产品都采用空中自动化输送线或底面AGV小车进行转运；三是喷涂自动化，采用机器人进行喷涂。目前，输送自动化已经大规模应用，机器人喷涂则需要一定的时间。
5.3数字化与智能化
ManufacturingExecutionSystem（MES）已经广泛用于制造型企业，国内工程机械主要企业也都采用了MES，实现自动排产、自动配送，适时采集生产、设备、质量等数据并进行统计分析，适时监控生产、设备等情况并对异常情况及时报警，取消了各种手工单据和人工信息传递，大大提高了生产管理水平。涂装生产线通过MES接收到生产工单，然后根据物料情况和交付时间进行自动排产。生产过程系统会适时监控喷漆室温度、喷漆室湿度、烘干室温度等参数，对涂装线的用电量、用水量、用气量、涂装产量、涂装质量合格率等数据进行采集，并进行自动统计分析，实现数字化生产。
数字化结合高度的自动化，可以实现生产的智能化。如，AGV小车会根据涂装线排产计划将涂装工件送至涂装线并自动上料，喷涂机器人能通过二维码或其他方式识别进入喷漆室的工件，并调用相应的喷涂程序，整个过程不需要人工干预，完全由智能化的设备完成。工程机械行业近年来加快了智能制造的步伐和投入。当然，工程机械多品种小批量的特点决定了其在涂装智能化上步伐快不了，但仍然是未来发展的方向。
6结语
随着用户需求的发展和工程机械行业自身的发展进步，外观造型越发重要，造型个性化、色彩多样化、外观靓丽化是工程机械涂装的重点方向。受环保政策影响，选择低VOCs或零VOCs涂料是工程机械涂料选择的发展方向。为了降低成本，提高效率，多功能涂料以及零部件面漆化、集中专业化、涂料涂装一体化、2C1B工艺等将是工程机械现在乃至将来的发展方向。得益于自动化、数字化、智能化设备技术的发展和大规模的生产应用，以及人工成本的上涨，工程机械涂装也会向着自动化、数字化、智能化的方向发展，但是速度不会很快。
2020年《涂料工业》第3期
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