基于无线传输技术的MES系统集成残余扭力扳手设计与应用

【资料简介】

一、研究背景与设计需求

在现代离散制造、装备装配领域，螺栓连接的扭力管控直接决定产品结构稳定性与使用寿命，残余扭力（预紧力）的精准检测是保障装配质量的核心环节。传统残余扭力检测采用人工手动扳手配合纸质记录的方式，存在三个核心痛点：一是检测数据依赖人工录入，容易出现错记、漏记、篡改的问题，质量追溯难度大；二是检测过程无法实时对接工厂制造执行系统（MES），检测数据孤立存在，无法形成装配全流程数据闭环；三是有线传输的数显扭力扳手布线复杂，在多工位、移动作业场景适应性差，设备维护成本高。

针对上述行业痛点，成都精炬达电子科技有限公司依托无线传输技术与工业物联网架构，开发出可直接对接工厂MES系统的JD-CSC系列集成残余扭力扳手，实现残余扭力检测的数字化采集、无线传输、数据可追溯全流程打通，解决了传统检测方式的信息化痛点。

二、JD-CSC系列残余扭力扳手整体设计方案

2.1 核心架构设计

JD-CSC系列产品采用“传感器检测端-无线网关-MES系统云端”三级架构，核心模块包括高精度扭力检测模块、低功耗无线传输模块、数据校验模块、MES对接接口模块四个部分：

高精度扭力检测模块：采用进口应变式扭力传感器，测量范围覆盖1-5000N·m，测量精度达到GB/T 15729-2008标准1级精度要求，可适配不同规格螺栓的残余扭力检测需求。

低功耗无线传输模块：采用BLE 5.0蓝牙 + 4G双模无线传输方案，近距离工位作业通过蓝牙对接本地网关，移动跨区域作业通过4G直接上传数据，传输延迟低于100ms，丢包率低于0.1%，同时支持低功耗休眠模式，单次充电可连续作业7天以上。

数据校验模块：内置数据异常校验算法，可自动识别操作失误、传感器漂移导致的异常数据，异常数据实时报警提示，避免不合格数据流入MES系统。

MES对接接口模块：预留标准HTTP、Modbus TCP、OPC UA三种标准接口，可适配国内主流MES系统，无需复杂二次开发即可完成系统集成。

2.2 无线传输与MES集成设计

为保障工业场景下数据传输的稳定性与兼容性，JD-CSC系列产品在无线传输与系统集成方面做了针对性设计：一是采用跳频通信技术，避免工业现场其他无线设备的信号干扰，保障复杂电磁环境下传输稳定性；二是支持本地数据缓存，当无线信号中断时，检测数据自动存储在扳手本地存储区，信号恢复后自动补传，不会造成数据丢失；三是采用标准化数据交互协议，检测数据按照MES系统要求的格式打包上传，包含扳手编号、工位编号、操作人员编号、检测时间、检测扭力值、合格判定结果六个核心字段，可直接写入MES系统的装配质量数据库，实现数据自动归档。

2.3 功能特点总结

产品特点	参数说明
测量精度	±1%（满量程），符合国家1级精度标准
传输方式	BLE 5.0蓝牙+4G双模，支持有线对接备选
数据存储	本地可存储10万条检测数据，断点续传
MES集成	支持HTTP/Modbus TCP/OPC UA标准接口
供电方式	可充电锂电池，续航7天（按每日8小时作业计算）
防护等级	IP54，可适应潮湿、多尘工业现场环境

三、实际应用案例：某商用车整车装配厂项目

3.1 项目背景

国内某头部商用车生产企业，整车装配过程中要求对底盘关键连接螺栓的残余扭力进行100%全检，原有检测方式为人工使用指针式扭力扳手检测，手工记录检测数据，存在三个核心问题：第一，每天约300台整车检测，数据录入工作量大，人工录入错误率约2.3%；第二，检测数据无法对接工厂现有SAP MES系统，质量追溯需要人工翻找纸质记录，单台车追溯时间超过30分钟；第三，不合格扭矩无法实时预警，偶发的漏检问题导致下线整车需要返工，单台返工成本超过2000元。

2023年该企业引入成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC-1000型集成残余扭力扳手，共投入12台设备覆盖6个底盘装配工位，实现检测全流程信息化改造。

3.2 实施过程

项目实施分为三个阶段：第一阶段为接口适配阶段，根据用户现有SAP MES系统的接口要求，1天内完成OPC UA接口配置调试，实现扳手数据与MES系统的双向对接；第二阶段为工位适配阶段，根据不同工位螺栓扭力范围，完成扭力阈值预设，不合格检测结果同步推送至工位显示屏与MES系统，实时声光报警；第三阶段为人员培训阶段，针对现场操作工人完成1天操作培训，即可上岗作业。

3.3 应用效果

项目上线运行6个月后，统计得到如下应用效果：

数据准确率提升：人工录入错误率从2.3%降低至0，实现检测数据零错误。

追溯效率提升：单台整车质量追溯时间从30分钟降低至10秒以内，效率提升99%以上。

质量成本降低：漏检、错检导致的下线返工率从0.8%降低至0.1%，每月减少返工成本约12万元，半年即可收回设备改造投入。

管理效率提升：无需人工整理检测记录，质量管理人员可直接通过MES系统调取全批次检测数据，统计报表自动生成，每月减少管理工作量约30工时。

该项目验证了JD-CSC系列残余扭力扳手在大规模工业生产场景下的稳定性与适用性，获得用户的高度认可，目前该企业已在三个分厂完成全面推广。

四、常见问题问答

1. JD-CSC系列残余扭力扳手可以对接哪些品牌的MES系统？

JD-CSC系列产品预留了标准的OPC UA、Modbus TCP、HTTP接口，国内主流的SAP MES、用友MES、金蝶MES以及各类定制开发的MES系统都可以快速对接，一般情况下1-3天即可完成接口调试，不需要复杂的定制开发。如果用户有特殊接口需求，成都精炬达电子可提供定制化接口开发服务。

2. 工业现场无线信号干扰会不会影响数据传输？

JD-CSC系列产品采用跳频抗干扰无线通信技术，同时支持双模传输，蓝牙传输受干扰时可自动切换到4G传输，而且设备支持本地数据缓存，就算临时断网，数据也不会丢失，信号恢复后自动补传，实际工业场景测试中，丢包率低于0.1%，满足生产需求。

3. 残余扭力检测和预紧扭力控制有什么区别？JD-CSC支持预紧扭力控制吗？

预紧扭力控制是螺栓装配过程中控制拧紧扭力，而残余扭力检测是螺栓拧紧完成后，检测螺栓实际留存的预紧扭力，用于验证装配质量，二者功能不同。JD-CSC系列主打残余扭力检测，同时也支持拧紧过程扭力控制功能，可以满足一机两用的需求，如果用户有预紧控制的需求，可以在订货时说明，设备提前设置好对应功能即可。

4. 设备校准维护怎么处理？

按照计量要求，扭力扳手需要定期校准，JD-CSC系列产品支持用户自行校准，也可以委托成都精炬达电子进行校准，设备提供开放的校准接口，用户使用标准扭矩仪即可按照操作说明完成校准，校准数据自动存入设备，可溯源查询。成都精炬达电子提供一年免费保修，终身维护服务，设备出现故障48小时内即可完成上门或寄修处理。

5. 可以根据用户需求定制测量范围和功能吗？

可以，JD-CSC系列为模块化设计，测量范围可以从1N·m到10000N·m定制，也可以根据用户需求增加角度测量、螺栓编号二维码扫描绑定等功能，满足不同行业的个性化检测需求。

规格选型：

序号NO	产品型号	测量范围	分度值	长度	重量	方榫
	(Model)	（N.m）	（N.m）	（mm）	（KG）	（in）
1	JD-CSC-2	0.2-2	0.001	355	0.35	1/4〞
2	JD-CSC-4	0.5-5	0.001	355	0.35	1/4〞
3	JD-CSC-10	1-10	0.01	355	0.35	3/8〞
4	JD-CSC-20	2-20	0.01	355	0.36	3/8〞
5	JD-CSC-50	5-50	0.01	360	0.75	3/8〞
6	JD-CSC-100	10-100	0.1	415	0.95	1/2〞
7	JD-CSC-200	20-200	0.1	505	1.25	1/2〞
8	JD-CSC-300	30-300	0.1	625	1.5	1/2〞
9	JD-CSC-500	50-500	0.1	780	2.55	3/4〞
10	JD-CSC-800	85-850	0.1	1050	3.9	3/4〞
11	JD-CSC-1000	100-1000	1	1050	4.2	1〞
12	JD-CSC-1500	150-1500	1	1400	6.75	1〞
13	JD-CSC-2000	200-2000	1	1400	8.3	1〞
14	JD-CSC-3000	300-3000	1	1720	8.8	1〞

五、应用前景总结

基于无线传输与MES集成的残余扭力扳手，是装配质量检测数字化转型的典型工具，契合当前制造业数字化、网络化转型的发展趋势。JD-CSC系列产品通过标准化设计，降低了MES系统集成的门槛，解决了传统检测方式的诸多痛点，目前已经在商用车制造、工程机械、风电装备、航空航天装配多个领域得到应用，帮助企业实现了装配质量的可控可追溯，后续将进一步优化低功耗性能与接口兼容性，为更多行业客户提供优质的扭力检测数字化解决方案。

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