論汽車變速箱自動化裝配技術

王建，高貫濤

（寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

汽車消費市場的不斷擴大，致使消費者對汽車性能和品質的要求也越來越高。作為汽車核心部件之一，變速箱的裝配質量直接影響整車的性能和安全性。因此，提高變速箱的裝配質量和技術水平是滿足市場需求的關鍵。而自動化技術、傳感器技術、計算機技術、MES 系統等在汽車變速箱自動化裝配領域的應用，為其提供了有力的技術支持。因此，深入探討自動化裝配技術，對于提高變速箱裝配質量，促進企業可持續發展有著重要意義。

1 汽車變速箱的作用

汽車變速箱是汽車動力系統中的重要組成部分，其作用是傳遞發動機的動力、改變車輛的行駛速度和方向、滿足駕駛員對不同行駛條件下的需求等。同時，變速箱還可以實現倒車、空檔、停車等功能，使駕駛員能夠更加靈活地控制車輛。

（1）變速。通過選擇不同的檔位，變速箱可以實現在不同的行駛條件下，滿足駕駛員對車速的需求。

（2）倒車。當駕駛員掛入倒擋時，變速箱內部的齒輪組合會改變輸出軸的方向,從而實現汽車的倒車功能。

（3）空檔。當駕駛員掛入空擋時，變速箱的輸出軸不再旋轉，車輛就會停止行駛。

（4）發動機制動。駕駛員可以通過變速箱的強制降檔或者掛入低檔來利用發動機制動，增加車輛的制動效果。

2 汽車變速箱自動化裝配的意義

2.1 提高裝配效率

自動化裝配技術的引入為變速箱的裝配工作帶來了顯著的效率提升。傳統的變速箱裝配主要依賴人工操作，不僅耗時而且存在誤差的可能性。然而，通過現代的自動化設備，如機器人、傳送帶、定位裝置等，變速箱的裝配過程可以實現高度的自動化。利用自動化設備能夠按照預設的程序快速準確地完成各種裝配任務。另外，自動化設備可以實現24h 不間斷的生產，不受人工疲勞、換班等因素的影響，從而提高了生產線的整體利用率。

2.2 提升產品質量

自動化設備在執行任務時具有高度的精確性和穩定性，可以有效避免人為因素導致的誤差。同時，自動化設備上配備的傳感器與監控系統，可以實時監控裝配過程中的各項參數，并記錄詳細的數據。這使得企業可以及時發現并解決問題，持續優化生產過程，從而減少故障率和維修成本。在傳感器與信息系統的協調操作下，能夠確保每個變速箱的裝配質量都達到統一的標準，從而提高了產品的一致性和可靠性。

2.3 促進企業轉型升級

自動化裝配技術作為企業轉型升級的重要支撐，利用自動化裝配技術，能夠提高汽車變速箱制造企業的生產效率與產品質量，降低生產成本，提升品牌形象與客戶滿意度，從而增強其市場競爭力。同時，自動化裝配技術可以通過調整內部運行參數，快速調整工藝流程，以適應不同型號、不同需求的變速箱生產。這使得企業能夠迅速響應市場變化，抓住市場機遇。自動化裝配技術減少人力成本，降低能源消耗，有助于推動企業實現可持續發展。

3 汽車變速箱自動化裝配技術要點

3.1 汽車變速箱自動化裝配工藝流程

自動化轉配工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 汽車變速箱自動化裝配生產線流程圖

3.2 系統模擬技術

在設計和實施汽車變速箱自動化裝配系統的模擬技術時，全面考慮人機工程、工位節拍計算、精益物流仿真以及瓶頸工位識別等因素是至關重要的。這些因素不僅直接影響生產效率，也是指導生產線自動化方案實施的關鍵因素。

（1）人機工程的核心在于優化人與機器的協作，提高工作效率，降低工人疲勞度。在模擬技術中，應充分考慮操作便捷性、工作舒適度以及安全性，確保工人的工作效率和身體健康。如裝配測試線的操作工位主要為立姿作業崗位，人體工程學的最佳操作范圍為1050～1300mm，作業區域為人前方60°為最佳范圍，裝配線體設計會根據此操作區域來定義線體高度，變速器線體高度一般為600 ～800mm。

（2）工位節拍計算是衡量自動化裝配系統效率的重要指標。在模擬過程中，精確計算每個工位的節拍，確保系統能在預定的節拍內完成裝配任務。這有助于合理安排資源，優化工藝流程，提高生產線的整體產出。通過不斷調整和優化工位節拍，可以找到最佳的生產平衡點，滿足市場需求。

（3）精益物流仿真對于提高生產效率和降低成本具有重要意義。通過模擬物流過程，可以發現和解決潛在的物流瓶頸，優化物料流動路徑，降低庫存成本，提高物料供應的及時性。通過精益物流仿真，可以預測并解決生產過程中可能出現的問題，提高生產線的穩定性和可靠性。

（4）瓶頸工位識別是提升自動化裝配系統性能的關鍵環節。在模擬過程中，應重點關注那些限制系統產能的工位，分析其瓶頸原因，并采取相應的優化措施。例如，改進設備性能、優化工藝流程或增加資源投入等。通過消除或緩解瓶頸工位的影響，可以提高整個系統的生產能力，滿足更高的生產需求。

3.3 自動化智能機器人

隨著智能化、自動化水平的不斷提升，當前汽車變速箱裝配已廣泛應用SCARA 平面關節型機器人，部分汽車制造企業可能使用除執行多關節機器人或者直角坐標機器人等。自動化智能機器人，具有精度水平高、柔順性良好、生產速度快、精密性強等特點，能夠更快速、準確地進行裝配操作，減少人為失誤造成的質量問題。

目前，國際上已經將雙臂裝配機器人應用到生產線上，相比傳統單臂機器人，其自由度更高、裝配效率更快。在汽車變速器自動化裝配過程中，雙臂機器人自動化技術可以通過系統設定固定參數實現柔性擰緊。每臺機器人可以形成1 ～4 個擰緊軸，并能夠自動更換筒套或自動伺服變軸距，同時操作兩個或更多的零件，以適應混線柔性產品的需求。該柔性擰緊技術可以根據不同零件和產品進行精確的調整，確保每個零件都被正確地擰緊，避免了因力矩不足或過大而導致的質量問題。

3.4 桁架機器人運輸技術

在汽車變速箱自動化裝配過程中，零部件運輸是一個重要的環節。傳統工藝流程中，這一環節主要由物料運輸部門組織專人完成。然而，在實際操作中，存在許多問題。例如，零部件在運輸過程中可能會出現損傷、錯裝等情況，這些都會對裝配進度產生負面影響。

為了解決這些問題，自動化裝配生產線通常會使用桁架機器人來完成高精準、高效的零部件運輸工作。桁架機器人通過預設的程序和指令，可以精確地抓取和運輸各種零部件，避免了傳統人工操作中的誤差和損傷問題。同時，桁架機器人的操作速度更快，可以大大提高生產效率。

在汽車變速箱自動化裝配過程中，桁架機器人的應用可以帶來許多優勢。首先，桁架機器人可以精確地定位和抓取零部件，避免了人工操作中的誤差和損傷問題，保證了裝配的精度和質量。其次，桁架機器人的操作速度更快，可以大大縮短生產周期，提高生產效率。最后，桁架機器人的應用可以減少人力成本，為企業節約成本，提高經濟效益。

3.5 實時過程檢驗技術

在自動化裝配技術的背景下，為了確保汽車變速箱的裝配質量，通常會利用傳感器與信息系統對裝配過程進行實時檢驗。這種實時檢驗技術主要可以細分為3 個子技術：在線檢驗技術、功能測試技術以及糾錯技術。

（1）在線檢驗技術。在線檢驗技術是指在裝配過程中，通過各種傳感器實時檢測零部件的位置、尺寸、形狀等參數，確保它們符合設計要求。這種技術可以及時發現并糾正裝配過程中的錯誤，避免裝配完成后才發現問題，從而大大提高裝配質量。

具體來說，在線檢驗技術利用激光測距傳感器、光電傳感器等設備，對零部件的位置和尺寸進行精確測量。同時，通過視覺系統對零部件的形狀進行識別和判斷。一旦發現零部件的位置、尺寸或形狀不符合設計要求，控制系統會立即發出警報，并調整裝配參數或更換零部件，確保裝配過程的順利進行。

（2）功能測試技術。功能測試技術是指在裝配完成后，對變速箱進行功能測試，確保其各項性能指標符合設計要求。這種技術可以及時發現并糾正裝配過程中可能產生的功能性問題，如密封不良、間隙過大等。

在功能測試過程中，測試設備會對變速箱的各項性能指標進行檢測和評估。例如，通過液壓系統測試變速箱的密封性能，通過扭矩測試評估變速箱的傳動效率等。一旦發現性能指標不符合設計要求，控制系統會立即進行調整或更換零部件，確保變速箱的性能穩定可靠。

（3）糾錯技術。糾錯技術是指在發現裝配過程中的錯誤后，通過調整裝配參數、更換零部件等方式進行糾正。這種技術可以確保裝配過程的穩定性和準確性，避免因錯誤而導致的返工和浪費。

在糾錯過程中，控制系統會根據錯誤類型和程度，采取相應的糾正措施。例如，對于輕微的位置或尺寸誤差，控制系統可以通過調整裝配參數來糾正；對于嚴重的形狀或性能問題，需要更換相應的零部件。同時，糾錯技術還可以記錄錯誤信息，為后續的工藝改進提供參考和依據。

3.6 信息控制系統

網絡與計算機科學在推動制造業自動化、數字化、集成化方面扮演著核心角色。當前，在生產制造業種，較為常見的MES 系統，其是一套面向制造企業車間執行層的生產信息化管理系統。它旨在為企業提供包括制造數據管理、計劃排程管理、生產調度管理、庫存管理、質量管理、人力資源管理、工作中心/設備管理、工具工裝管理、采購管理、成本管理、項目看板管理、生產過程控制、底層數據集成分析、上層數據集成分解等管理模塊，為企業打造一個扎實、可靠、全面、可行的制造協同管理平臺。

該系統主要結構可以分為5 層：第一層，數據采集層，主要任務是通過各種數據采集設備，如RFID、傳感器、條形碼等，實時收集生產現場的各種數據，如物料信息、設備狀態、生產進度等。第二層為數據處理層，負責對從數據采集層收集的數據進行處理、分析和存儲。第三層為監控與控制層，負責監控生產設備的運行狀態，控制生產流程的自動化執行。第四層為用戶界面層，為用戶提供一個可視化的操作界面，使用戶可以方便地查看生產數據、控制生產過程、調整生產計劃等。第五層為通信接口層，負責MES 系統與其他信息系統之間的數據傳輸和通信。

汽車變速箱自動化裝配技術的核心為PLC 控制系統，在裝配生產線上，通常使用一個PLC 作為控制主站，實現對生產線每個工位氣缸、伺服電機的集中控制，每個私服電機由專門的PLC 從站控制。

4 結語

綜上，變速箱是汽車傳動系統的重要組成部分，其對于調節車速，滿足駕駛人員在不同情況下駕駛體驗有著重要作用。目前，汽車變速箱裝配也逐漸實現自動化、智能化。通過對汽車自動化裝配技術的分析，探討各生產工序中自動化技術的應用，對于提高裝配效率、提升產品質量、促進企業轉型升級有著重要意義。