论汽车变速箱自动化装配技术

王建，高贯涛

（宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江 宁波 315336）

汽车消费市场的不断扩大，致使消费者对汽车性能和品质的要求也越来越高。作为汽车核心部件之一，变速箱的装配质量直接影响整车的性能和安全性。因此，提高变速箱的装配质量和技术水平是满足市场需求的关键。而自动化技术、传感器技术、计算机技术、MES 系统等在汽车变速箱自动化装配领域的应用，为其提供了有力的技术支持。因此，深入探讨自动化装配技术，对于提高变速箱装配质量，促进企业可持续发展有着重要意义。

1 汽车变速箱的作用

汽车变速箱是汽车动力系统中的重要组成部分，其作用是传递发动机的动力、改变车辆的行驶速度和方向、满足驾驶员对不同行驶条件下的需求等。同时，变速箱还可以实现倒车、空档、停车等功能，使驾驶员能够更加灵活地控制车辆。

（1）变速。通过选择不同的档位，变速箱可以实现在不同的行驶条件下，满足驾驶员对车速的需求。

（2）倒车。当驾驶员挂入倒挡时，变速箱内部的齿轮组合会改变输出轴的方向,从而实现汽车的倒车功能。

（3）空档。当驾驶员挂入空挡时，变速箱的输出轴不再旋转，车辆就会停止行驶。

（4）发动机制动。驾驶员可以通过变速箱的强制降档或者挂入低档来利用发动机制动，增加车辆的制动效果。

2 汽车变速箱自动化装配的意义

2.1 提高装配效率

自动化装配技术的引入为变速箱的装配工作带来了显著的效率提升。传统的变速箱装配主要依赖人工操作，不仅耗时而且存在误差的可能性。然而，通过现代的自动化设备，如机器人、传送带、定位装置等，变速箱的装配过程可以实现高度的自动化。利用自动化设备能够按照预设的程序快速准确地完成各种装配任务。另外，自动化设备可以实现24h 不间断的生产，不受人工疲劳、换班等因素的影响，从而提高了生产线的整体利用率。

2.2 提升产品质量

自动化设备在执行任务时具有高度的精确性和稳定性，可以有效避免人为因素导致的误差。同时，自动化设备上配备的传感器与监控系统，可以实时监控装配过程中的各项参数，并记录详细的数据。这使得企业可以及时发现并解决问题，持续优化生产过程，从而减少故障率和维修成本。在传感器与信息系统的协调操作下，能够确保每个变速箱的装配质量都达到统一的标准，从而提高了产品的一致性和可靠性。

2.3 促进企业转型升级

自动化装配技术作为企业转型升级的重要支撑，利用自动化装配技术，能够提高汽车变速箱制造企业的生产效率与产品质量，降低生产成本，提升品牌形象与客户满意度，从而增强其市场竞争力。同时，自动化装配技术可以通过调整内部运行参数，快速调整工艺流程，以适应不同型号、不同需求的变速箱生产。这使得企业能够迅速响应市场变化，抓住市场机遇。自动化装配技术减少人力成本，降低能源消耗，有助于推动企业实现可持续发展。

3 汽车变速箱自动化装配技术要点

3.1 汽车变速箱自动化装配工艺流程

自动化转配工艺流程图如图1 所示。

图1 汽车变速箱自动化装配生产线流程图

3.2 系统模拟技术

在设计和实施汽车变速箱自动化装配系统的模拟技术时，全面考虑人机工程、工位节拍计算、精益物流仿真以及瓶颈工位识别等因素是至关重要的。这些因素不仅直接影响生产效率，也是指导生产线自动化方案实施的关键因素。

（1）人机工程的核心在于优化人与机器的协作，提高工作效率，降低工人疲劳度。在模拟技术中，应充分考虑操作便捷性、工作舒适度以及安全性，确保工人的工作效率和身体健康。如装配测试线的操作工位主要为立姿作业岗位，人体工程学的最佳操作范围为1050～1300mm，作业区域为人前方60°为最佳范围，装配线体设计会根据此操作区域来定义线体高度，变速器线体高度一般为600 ～800mm。

（2）工位节拍计算是衡量自动化装配系统效率的重要指标。在模拟过程中，精确计算每个工位的节拍，确保系统能在预定的节拍内完成装配任务。这有助于合理安排资源，优化工艺流程，提高生产线的整体产出。通过不断调整和优化工位节拍，可以找到最佳的生产平衡点，满足市场需求。

（3）精益物流仿真对于提高生产效率和降低成本具有重要意义。通过模拟物流过程，可以发现和解决潜在的物流瓶颈，优化物料流动路径，降低库存成本，提高物料供应的及时性。通过精益物流仿真，可以预测并解决生产过程中可能出现的问题，提高生产线的稳定性和可靠性。

（4）瓶颈工位识别是提升自动化装配系统性能的关键环节。在模拟过程中，应重点关注那些限制系统产能的工位，分析其瓶颈原因，并采取相应的优化措施。例如，改进设备性能、优化工艺流程或增加资源投入等。通过消除或缓解瓶颈工位的影响，可以提高整个系统的生产能力，满足更高的生产需求。

3.3 自动化智能机器人

随着智能化、自动化水平的不断提升，当前汽车变速箱装配已广泛应用SCARA 平面关节型机器人，部分汽车制造企业可能使用除执行多关节机器人或者直角坐标机器人等。自动化智能机器人，具有精度水平高、柔顺性良好、生产速度快、精密性强等特点，能够更快速、准确地进行装配操作，减少人为失误造成的质量问题。

目前，国际上已经将双臂装配机器人应用到生产线上，相比传统单臂机器人，其自由度更高、装配效率更快。在汽车变速器自动化装配过程中，双臂机器人自动化技术可以通过系统设定固定参数实现柔性拧紧。每台机器人可以形成1 ～4 个拧紧轴，并能够自动更换筒套或自动伺服变轴距，同时操作两个或更多的零件，以适应混线柔性产品的需求。该柔性拧紧技术可以根据不同零件和产品进行精确的调整，确保每个零件都被正确地拧紧，避免了因力矩不足或过大而导致的质量问题。

3.4 桁架机器人运输技术

在汽车变速箱自动化装配过程中，零部件运输是一个重要的环节。传统工艺流程中，这一环节主要由物料运输部门组织专人完成。然而，在实际操作中，存在许多问题。例如，零部件在运输过程中可能会出现损伤、错装等情况，这些都会对装配进度产生负面影响。

为了解决这些问题，自动化装配生产线通常会使用桁架机器人来完成高精准、高效的零部件运输工作。桁架机器人通过预设的程序和指令，可以精确地抓取和运输各种零部件，避免了传统人工操作中的误差和损伤问题。同时，桁架机器人的操作速度更快，可以大大提高生产效率。

在汽车变速箱自动化装配过程中，桁架机器人的应用可以带来许多优势。首先，桁架机器人可以精确地定位和抓取零部件，避免了人工操作中的误差和损伤问题，保证了装配的精度和质量。其次，桁架机器人的操作速度更快，可以大大缩短生产周期，提高生产效率。最后，桁架机器人的应用可以减少人力成本，为企业节约成本，提高经济效益。

3.5 实时过程检验技术

在自动化装配技术的背景下，为了确保汽车变速箱的装配质量，通常会利用传感器与信息系统对装配过程进行实时检验。这种实时检验技术主要可以细分为3 个子技术：在线检验技术、功能测试技术以及纠错技术。

（1）在线检验技术。在线检验技术是指在装配过程中，通过各种传感器实时检测零部件的位置、尺寸、形状等参数，确保它们符合设计要求。这种技术可以及时发现并纠正装配过程中的错误，避免装配完成后才发现问题，从而大大提高装配质量。

具体来说，在线检验技术利用激光测距传感器、光电传感器等设备，对零部件的位置和尺寸进行精确测量。同时，通过视觉系统对零部件的形状进行识别和判断。一旦发现零部件的位置、尺寸或形状不符合设计要求，控制系统会立即发出警报，并调整装配参数或更换零部件，确保装配过程的顺利进行。

（2）功能测试技术。功能测试技术是指在装配完成后，对变速箱进行功能测试，确保其各项性能指标符合设计要求。这种技术可以及时发现并纠正装配过程中可能产生的功能性问题，如密封不良、间隙过大等。

在功能测试过程中，测试设备会对变速箱的各项性能指标进行检测和评估。例如，通过液压系统测试变速箱的密封性能，通过扭矩测试评估变速箱的传动效率等。一旦发现性能指标不符合设计要求，控制系统会立即进行调整或更换零部件，确保变速箱的性能稳定可靠。

（3）纠错技术。纠错技术是指在发现装配过程中的错误后，通过调整装配参数、更换零部件等方式进行纠正。这种技术可以确保装配过程的稳定性和准确性，避免因错误而导致的返工和浪费。

在纠错过程中，控制系统会根据错误类型和程度，采取相应的纠正措施。例如，对于轻微的位置或尺寸误差，控制系统可以通过调整装配参数来纠正；对于严重的形状或性能问题，需要更换相应的零部件。同时，纠错技术还可以记录错误信息，为后续的工艺改进提供参考和依据。

3.6 信息控制系统

网络与计算机科学在推动制造业自动化、数字化、集成化方面扮演着核心角色。当前，在生产制造业种，较为常见的MES 系统，其是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。它旨在为企业提供包括制造数据管理、计划排程管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

该系统主要结构可以分为5 层：第一层，数据采集层，主要任务是通过各种数据采集设备，如RFID、传感器、条形码等，实时收集生产现场的各种数据，如物料信息、设备状态、生产进度等。第二层为数据处理层，负责对从数据采集层收集的数据进行处理、分析和存储。第三层为监控与控制层，负责监控生产设备的运行状态，控制生产流程的自动化执行。第四层为用户界面层，为用户提供一个可视化的操作界面，使用户可以方便地查看生产数据、控制生产过程、调整生产计划等。第五层为通信接口层，负责MES 系统与其他信息系统之间的数据传输和通信。

汽车变速箱自动化装配技术的核心为PLC 控制系统，在装配生产线上，通常使用一个PLC 作为控制主站，实现对生产线每个工位气缸、伺服电机的集中控制，每个私服电机由专门的PLC 从站控制。

4 结语

综上，变速箱是汽车传动系统的重要组成部分，其对于调节车速，满足驾驶人员在不同情况下驾驶体验有着重要作用。目前，汽车变速箱装配也逐渐实现自动化、智能化。通过对汽车自动化装配技术的分析，探讨各生产工序中自动化技术的应用，对于提高装配效率、提升产品质量、促进企业转型升级有着重要意义。