論汽車變速箱自動(dòng)化裝配技術(shù)

王建，高貫濤

（寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司，浙江 寧波 315336）

汽車消費(fèi)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，致使消費(fèi)者對(duì)汽車性能和品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。作為汽車核心部件之一，變速箱的裝配質(zhì)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(zhì)量和技術(shù)水平是滿足市場(chǎng)需求的關(guān)鍵。而自動(dòng)化技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、MES 系統(tǒng)等在汽車變速箱自動(dòng)化裝配領(lǐng)域的應(yīng)用，為其提供了有力的技術(shù)支持。因此，深入探討自動(dòng)化裝配技術(shù)，對(duì)于提高變速箱裝配質(zhì)量，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)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(dòng)力系統(tǒng)中的重要組成部分，其作用是傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、改變車輛的行駛速度和方向、滿足駕駛員對(duì)不同行駛條件下的需求等。同時(shí)，變速箱還可以實(shí)現(xiàn)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(guò)選擇不同的檔位，變速箱可以實(shí)現(xiàn)在不同的行駛條件下，滿足駕駛員對(duì)車速的需求。

（2）倒車。當(dāng)駕駛員掛入倒擋時(shí)，變速箱內(nèi)部的齒輪組合會(huì)改變輸出軸的方向,從而實(shí)現(xiàn)汽車的倒車功能。

（3）空檔。當(dāng)駕駛員掛入空擋時(shí)，變速箱的輸出軸不再旋轉(zhuǎn)，車輛就會(huì)停止行駛。

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)。駕駛員可以通過(guò)變速箱的強(qiáng)制降檔或者掛入低檔來(lái)利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)，增加車輛的制動(dòng)效果。

2 汽車變速箱自動(dòng)化裝配的意義

2.1 提高裝配效率

自動(dòng)化裝配技術(shù)的引入為變速箱的裝配工作帶來(lái)了顯著的效率提升。傳統(tǒng)的變速箱裝配主要依賴人工操作，不僅耗時(shí)而且存在誤差的可能性。然而，通過(guò)現(xiàn)代的自動(dòng)化設(shè)備，如機(jī)器人、傳送帶、定位裝置等，變速箱的裝配過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)高度的自動(dòng)化。利用自動(dòng)化設(shè)備能夠按照預(yù)設(shè)的程序快速準(zhǔn)確地完成各種裝配任務(wù)。另外，自動(dòng)化設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)24h 不間斷的生產(chǎn)，不受人工疲勞、換班等因素的影響，從而提高了生產(chǎn)線的整體利用率。

2.2 提升產(chǎn)品質(zhì)量

自動(dòng)化設(shè)備在執(zhí)行任務(wù)時(shí)具有高度的精確性和穩(wěn)定性，可以有效避免人為因素導(dǎo)致的誤差。同時(shí)，自動(dòng)化設(shè)備上配備的傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控裝配過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，并記錄詳細(xì)的數(shù)據(jù)。這使得企業(yè)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，從而減少故障率和維修成本。在傳感器與信息系統(tǒng)的協(xié)調(diào)操作下，能夠確保每個(gè)變速箱的裝配質(zhì)量都達(dá)到統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而提高了產(chǎn)品的一致性和可靠性。

2.3 促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

自動(dòng)化裝配技術(shù)作為企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要支撐，利用自動(dòng)化裝配技術(shù)，能夠提高汽車變速箱制造企業(yè)的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提升品牌形象與客戶滿意度，從而增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，自動(dòng)化裝配技術(shù)可以通過(guò)調(diào)整內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)，快速調(diào)整工藝流程，以適應(yīng)不同型號(hào)、不同需求的變速箱生產(chǎn)。這使得企業(yè)能夠迅速響應(yīng)市場(chǎng)變化，抓住市場(chǎng)機(jī)遇。自動(dòng)化裝配技術(shù)減少人力成本，降低能源消耗，有助于推動(dòng)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3 汽車變速箱自動(dòng)化裝配技術(shù)要點(diǎn)

3.1 汽車變速箱自動(dòng)化裝配工藝流程

自動(dòng)化轉(zhuǎn)配工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 汽車變速箱自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線流程圖

3.2 系統(tǒng)模擬技術(shù)

在設(shè)計(jì)和實(shí)施汽車變速箱自動(dòng)化裝配系統(tǒng)的模擬技術(shù)時(shí)，全面考慮人機(jī)工程、工位節(jié)拍計(jì)算、精益物流仿真以及瓶頸工位識(shí)別等因素是至關(guān)重要的。這些因素不僅直接影響生產(chǎn)效率，也是指導(dǎo)生產(chǎn)線自動(dòng)化方案實(shí)施的關(guān)鍵因素。

（1）人機(jī)工程的核心在于優(yōu)化人與機(jī)器的協(xié)作，提高工作效率，降低工人疲勞度。在模擬技術(shù)中，應(yīng)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(cè)試線的操作工位主要為立姿作業(yè)崗位，人體工程學(xué)的最佳操作范圍為1050～1300mm，作業(yè)區(qū)域?yàn)槿饲胺?0°為最佳范圍，裝配線體設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)此操作區(qū)域來(lái)定義線體高度，變速器線體高度一般為600 ～800mm。

（2）工位節(jié)拍計(jì)算是衡量自動(dòng)化裝配系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)。在模擬過(guò)程中，精確計(jì)算每個(gè)工位的節(jié)拍，確保系統(tǒng)能在預(yù)定的節(jié)拍內(nèi)完成裝配任務(wù)。這有助于合理安排資源，優(yōu)化工藝流程，提高生產(chǎn)線的整體產(chǎn)出。通過(guò)不斷調(diào)整和優(yōu)化工位節(jié)拍，可以找到最佳的生產(chǎn)平衡點(diǎn)，滿足市場(chǎng)需求。

（3）精益物流仿真對(duì)于提高生產(chǎn)效率和降低成本具有重要意義。通過(guò)模擬物流過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)和解決潛在的物流瓶頸，優(yōu)化物料流動(dòng)路徑，降低庫(kù)存成本，提高物料供應(yīng)的及時(shí)性。通過(guò)精益物流仿真，可以預(yù)測(cè)并解決生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提高生產(chǎn)線的穩(wěn)定性和可靠性。

（4）瓶頸工位識(shí)別是提升自動(dòng)化裝配系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在模擬過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注那些限制系統(tǒng)產(chǎn)能的工位，分析其瓶頸原因，并采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。例如，改進(jìn)設(shè)備性能、優(yōu)化工藝流程或增加資源投入等。通過(guò)消除或緩解瓶頸工位的影響，可以提高整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，滿足更高的生產(chǎn)需求。

3.3 自動(dòng)化智能機(jī)器人

隨著智能化、自動(dòng)化水平的不斷提升，當(dāng)前汽車變速箱裝配已廣泛應(yīng)用SCARA 平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人，部分汽車制造企業(yè)可能使用除執(zhí)行多關(guān)節(jié)機(jī)器人或者直角坐標(biāo)機(jī)器人等。自動(dòng)化智能機(jī)器人，具有精度水平高、柔順性良好、生產(chǎn)速度快、精密性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠更快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行裝配操作，減少人為失誤造成的質(zhì)量問(wèn)題。

目前，國(guó)際上已經(jīng)將雙臂裝配機(jī)器人應(yīng)用到生產(chǎn)線上，相比傳統(tǒng)單臂機(jī)器人，其自由度更高、裝配效率更快。在汽車變速器自動(dòng)化裝配過(guò)程中，雙臂機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)可以通過(guò)系統(tǒng)設(shè)定固定參數(shù)實(shí)現(xiàn)柔性擰緊。每臺(tái)機(jī)器人可以形成1 ～4 個(gè)擰緊軸，并能夠自動(dòng)更換筒套或自動(dòng)伺服變軸距，同時(shí)操作兩個(gè)或更多的零件，以適應(yīng)混線柔性產(chǎn)品的需求。該柔性擰緊技術(shù)可以根據(jù)不同零件和產(chǎn)品進(jìn)行精確的調(diào)整，確保每個(gè)零件都被正確地?cái)Q緊，避免了因力矩不足或過(guò)大而導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題。

3.4 桁架機(jī)器人運(yùn)輸技術(shù)

在汽車變速箱自動(dòng)化裝配過(guò)程中，零部件運(yùn)輸是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)工藝流程中，這一環(huán)節(jié)主要由物料運(yùn)輸部門組織專人完成。然而，在實(shí)際操作中，存在許多問(wèn)題。例如，零部件在運(yùn)輸過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)損傷、錯(cuò)裝等情況，這些都會(huì)對(duì)裝配進(jìn)度產(chǎn)生負(fù)面影響。

為了解決這些問(wèn)題，自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線通常會(huì)使用桁架機(jī)器人來(lái)完成高精準(zhǔn)、高效的零部件運(yùn)輸工作。桁架機(jī)器人通過(guò)預(yù)設(shè)的程序和指令，可以精確地抓取和運(yùn)輸各種零部件，避免了傳統(tǒng)人工操作中的誤差和損傷問(wèn)題。同時(shí)，桁架機(jī)器人的操作速度更快，可以大大提高生產(chǎn)效率。

在汽車變速箱自動(dòng)化裝配過(guò)程中，桁架機(jī)器人的應(yīng)用可以帶來(lái)許多優(yōu)勢(shì)。首先，桁架機(jī)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(wèn)題，保證了裝配的精度和質(zhì)量。其次，桁架機(jī)器人的操作速度更快，可以大大縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。最后，桁架機(jī)器人的應(yīng)用可以減少人力成本，為企業(yè)節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 實(shí)時(shí)過(guò)程檢驗(yàn)技術(shù)

在自動(dòng)化裝配技術(shù)的背景下，為了確保汽車變速箱的裝配質(zhì)量，通常會(huì)利用傳感器與信息系統(tǒng)對(duì)裝配過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢驗(yàn)。這種實(shí)時(shí)檢驗(yàn)技術(shù)主要可以細(xì)分為3 個(gè)子技術(shù)：在線檢驗(yàn)技術(shù)、功能測(cè)試技術(shù)以及糾錯(cuò)技術(shù)。

（1）在線檢驗(yàn)技術(shù)。在線檢驗(yàn)技術(shù)是指在裝配過(guò)程中，通過(guò)各種傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)零部件的位置、尺寸、形狀等參數(shù)，確保它們符合設(shè)計(jì)要求。這種技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正裝配過(guò)程中的錯(cuò)誤，避免裝配完成后才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而大大提高裝配質(zhì)量。

具體來(lái)說(shuō)，在線檢驗(yàn)技術(shù)利用激光測(cè)距傳感器、光電傳感器等設(shè)備，對(duì)零部件的位置和尺寸進(jìn)行精確測(cè)量。同時(shí)，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)零部件的形狀進(jìn)行識(shí)別和判斷。一旦發(fā)現(xiàn)零部件的位置、尺寸或形狀不符合設(shè)計(jì)要求，控制系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，并調(diào)整裝配參數(shù)或更換零部件，確保裝配過(guò)程的順利進(jìn)行。

（2）功能測(cè)試技術(shù)。功能測(cè)試技術(shù)是指在裝配完成后，對(duì)變速箱進(jìn)行功能測(cè)試，確保其各項(xiàng)性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。這種技術(shù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正裝配過(guò)程中可能產(chǎn)生的功能性問(wèn)題，如密封不良、間隙過(guò)大等。

在功能測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試設(shè)備會(huì)對(duì)變速箱的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。例如，通過(guò)液壓系統(tǒng)測(cè)試變速箱的密封性能，通過(guò)扭矩測(cè)試評(píng)估變速箱的傳動(dòng)效率等。一旦發(fā)現(xiàn)性能指標(biāo)不符合設(shè)計(jì)要求，控制系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)行調(diào)整或更換零部件，確保變速箱的性能穩(wěn)定可靠。

（3）糾錯(cuò)技術(shù)。糾錯(cuò)技術(shù)是指在發(fā)現(xiàn)裝配過(guò)程中的錯(cuò)誤后，通過(guò)調(diào)整裝配參數(shù)、更換零部件等方式進(jìn)行糾正。這種技術(shù)可以確保裝配過(guò)程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，避免因錯(cuò)誤而導(dǎo)致的返工和浪費(fèi)。

在糾錯(cuò)過(guò)程中，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤類型和程度，采取相應(yīng)的糾正措施。例如，對(duì)于輕微的位置或尺寸誤差，控制系統(tǒng)可以通過(guò)調(diào)整裝配參數(shù)來(lái)糾正；對(duì)于嚴(yán)重的形狀或性能問(wèn)題，需要更換相應(yīng)的零部件。同時(shí)，糾錯(cuò)技術(shù)還可以記錄錯(cuò)誤信息，為后續(xù)的工藝改進(jìn)提供參考和依據(jù)。

3.6 信息控制系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)科學(xué)在推動(dòng)制造業(yè)自動(dòng)化、數(shù)字化、集成化方面扮演著核心角色。當(dāng)前，在生產(chǎn)制造業(yè)種，較為常見(jiàn)的MES 系統(tǒng)，其是一套面向制造企業(yè)車間執(zhí)行層的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)。它旨在為企業(yè)提供包括制造數(shù)據(jù)管理、計(jì)劃排程管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、庫(kù)存管理、質(zhì)量管理、人力資源管理、工作中心/設(shè)備管理、工具工裝管理、采購(gòu)管理、成本管理、項(xiàng)目看板管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、底層數(shù)據(jù)集成分析、上層數(shù)據(jù)集成分解等管理模塊，為企業(yè)打造一個(gè)扎實(shí)、可靠、全面、可行的制造協(xié)同管理平臺(tái)。

該系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)可以分為5 層：第一層，數(shù)據(jù)采集層，主要任務(wù)是通過(guò)各種數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如RFID、傳感器、條形碼等，實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)，如物料信息、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)進(jìn)度等。第二層為數(shù)據(jù)處理層，負(fù)責(zé)對(duì)從數(shù)據(jù)采集層收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和存儲(chǔ)。第三層為監(jiān)控與控制層，負(fù)責(zé)監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，控制生產(chǎn)流程的自動(dòng)化執(zhí)行。第四層為用戶界面層，為用戶提供一個(gè)可視化的操作界面，使用戶可以方便地查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)、控制生產(chǎn)過(guò)程、調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃等。第五層為通信接口層，負(fù)責(zé)MES 系統(tǒng)與其他信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。

汽車變速箱自動(dòng)化裝配技術(shù)的核心為PLC 控制系統(tǒng)，在裝配生產(chǎn)線上，通常使用一個(gè)PLC 作為控制主站，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線每個(gè)工位氣缸、伺服電機(jī)的集中控制，每個(gè)私服電機(jī)由專門的PLC 從站控制。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，變速箱是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，其對(duì)于調(diào)節(jié)車速，滿足駕駛?cè)藛T在不同情況下駕駛體驗(yàn)有著重要作用。目前，汽車變速箱裝配也逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。通過(guò)對(duì)汽車自動(dòng)化裝配技術(shù)的分析，探討各生產(chǎn)工序中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于提高裝配效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)有著重要意義。