面向工业物联网的残余扭力扳手无线MES系统开发与实践

【资料简介】

一、项目开发背景与需求分析

在工业制造领域，螺栓连接是机械装配中最核心的工艺环节之一，螺栓扭矩控制直接决定了产品装配质量与运行安全。传统扭力扳手作业模式中，操作工人依靠人工记录扭矩数据，存在数据漏记、错记、篡改风险，无法满足汽车、工程机械、航空航天等制造领域的全流程质量追溯要求；同时，分散的扭矩数据无法统一汇总分析，工艺人员难以发现装配过程中的系统性偏差，质量问题追溯成本较高。

随着工业物联网技术的普及，制造企业对生产过程数字化管控的需求不断提升，MES（制造执行系统）已经成为生产车间实现透明化管理的核心载体，但传统MES系统大多覆盖生产计划、物料流转等环节，针对残余扭力扳手作业的数字化接入方案较少。残余扭力检测作为螺栓装配质量验证的核心工序，需要将每一把扳手的每一次作业数据实时上传到生产管理系统，实现扭矩数据自动采集、工序防错、质量追溯全链路打通，成都精炬达电子科技有限公司针对市场需求，推出了JD-CSC系列面向工业物联网的残余扭力扳手无线MES系统，解决传统扭力作业的数字化痛点。

 

 

二、系统总体架构设计

JD-CSC系列残余扭力扳手无线MES系统采用工业物联网典型的三层架构设计，分别为终端感知层、网络传输层、平台应用层，各层职责清晰，满足工业现场复杂环境下的稳定运行要求。

2.1 终端感知层

终端感知层由带无线传输模块的智能残余扭力扳手、现场数据采集网关组成。智能残余扭力扳手内置高精度扭矩传感器，测量精度可达±1%，支持残余扭矩检测数据实时采集，每一次扭矩检测完成后自动生成带标识的检测记录；采集网关负责汇聚现场多台扳手的无线数据，实现边缘数据预处理，过滤异常数据后统一上传到平台层，同时支持断网续传功能，网络恢复后自动补传离线数据，避免数据丢失。

2.2 网络传输层

系统支持多种工业无线传输方式，包括Wi-Fi、蓝牙5.0、LoRa等，满足不同车间环境的传输需求：对于开阔的大车间，采用LoRa实现长距离传输，单网关可覆盖直径1km范围；对于设备密集的组装车间，采用蓝牙Mesh组网，穿透能力强，信号稳定；对于已经完成车间网络改造的企业，可直接接入现有Wi-Fi网络，无需额外布线。所有传输数据均采用加密算法处理，保障数据传输安全，防止数据篡改。

2.3 平台应用层

平台应用层分为数据存储层与业务应用层，数据存储层采用MySQL+时序数据库双存储架构，关系型数据库存储工单、人员、产品等结构化业务数据，时序数据库存储海量扭矩检测时序数据，兼顾业务查询效率与海量数据存储能力。业务应用层提供Web端与移动端双入口，支持生产管理人员实时查看作业进度、扭矩数据统计分析、质量追溯查询等功能，同时提供标准API接口，可对接企业现有ERP、MES等上层管理系统，实现数据互联互通。

 

 

三、系统核心功能模块

3.1 扭矩数据自动采集与实时上传

系统实现残余扭力检测过程全自动化，工人完成一次扭矩检测后，扳手自动将扭矩值、检测时间、扳手编号、工人ID等数据实时上传到系统，无需人工录入，从源头避免了数据错误，数据采集准确率可达100%。系统支持多种扭矩检测模式，包括定点检测、分步检测、全螺栓覆盖检测等，满足不同产品装配的检测工艺要求。

3.2 工序防错与过程管控

针对汽车总装、发动机装配等对装配顺序与扭矩精度要求较高的场景，系统预设工艺防错规则：一是扭矩范围防错，当检测扭矩超出工艺规定的合格范围时，系统立即发出声光报警，提示工人重新检测，不合格数据无法进入下一道工序；二是工序顺序防错，系统按照预设的装配工序流程管控，上一道工序未完成检测，下一道工序无法开工，避免漏检错序；三是人员权限防错，不同资质的工人只能操作对应权限的工序，避免无证操作带来的质量风险。

3.3 全链路质量追溯

系统将每一次残余扭矩检测数据与产品序列号、工单编号、工人信息、设备信息绑定，产品出厂后出现质量问题时，可通过产品序列号快速查询到该产品所有螺栓的残余扭矩检测数据，包括检测时间、检测数值、操作工人、使用设备等全维度信息，追溯时间从传统的数小时缩短到几秒钟，大幅降低质量问题排查成本。

3.4 数据统计与工艺分析

系统自动汇总海量扭矩检测数据，生成多维度统计分析报表：包括日/周/月检测合格率统计、不同批次产品扭矩分布直方图、单台扳手精度趋势分析、不同工人操作偏差分析等，帮助工艺人员发现装配过程中的系统性问题，比如某型号螺栓扭矩长期偏出合格范围，可及时调整装配工艺参数，优化装配流程，从数据中提升产品质量稳定性。

3.5 扳手设备管理

系统对车间所有智能残余扭力扳手进行全生命周期管理，记录每台扳手的校准时间、校准结果、维修记录，预设校准提醒，到期自动通知管理人员安排校准，避免扳手超期未校准带来的检测精度偏差，满足IATF16949等质量体系对计量设备管理的要求。

 

 

四、实际应用案例

案例背景

某国内商用车发动机生产企业，发动机装配过程中需要对120余处螺栓连接进行残余扭矩检测，传统模式采用人工记录数据，存在三大问题：一是每年因漏检、错检导致的出厂后质量投诉超过10起，每起投诉处理成本超过10万元；二是质量追溯需要查阅纸质记录，平均追溯时间超过4小时，效率极低；三是工艺人员无法获取全批次扭矩数据，难以优化装配工艺。该企业2023年引入成都精炬达JD-CSC系列残余扭力扳手无线MES系统，部署52台智能残余扭力扳手，覆盖2条发动机装配生产线。

对比指标	传统模式	JD-CSC系统应用后
扭矩数据准确率	92.3%	100%
漏检错检率	1.2%	0.03%
单产品平均追溯时间	240分钟	15秒
年质量投诉数量	11起	1起
年度质量处理成本	128万元	12万元

除了直接指标提升，该企业通过系统积累的12万余条残余扭矩数据，分析发现某关键部位螺栓的扭矩分布偏差较大，排查后发现是电动预扭力扳手的磨损导致预扭力偏差，及时优化了预扭力设备校准周期，将该部位扭矩合格率从94%提升到99.8%，产品整体质量稳定性得到大幅提升。

 

 

五、常见问题问答

Q1：系统是否支持对接企业现有的MES系统？

A：JD-CSC系列系统提供标准的HTTP/RESTful API接口，也支持数据库直连、文件对接等多种对接方式，可快速对接绝大多数主流厂商的MES、ERP系统，实现扭矩数据同步到企业现有生产管理平台，无需更换企业现有系统，降低改造投入。

Q2：普通机械扭力扳手可以改造接入系统吗？

A：成都精炬达提供普通残余扭力扳手的智能化改造服务，可针对现有不同品牌、不同量程的机械扭力扳手加装高精度传感器与无线传输模块，改造后的精度可达到±2%以内，满足工业检测要求，改造成本仅为更换全新智能扳手的30%左右，适合企业逐步数字化改造。

Q3：工业现场无线信号不稳定会不会导致数据丢失？

A：系统的智能采集网关与智能扳手都具备断网续传功能，当网络断开时，检测数据会自动存储在本地终端，最大可存储10万条检测记录，网络恢复后会按照时间顺序自动补传所有数据，不会出现数据丢失问题，实际应用中，即使车间网络中断24小时以上，也不会影响正常作业与数据完整性。

Q4：系统对车间环境有什么要求？

A：JD-CSC系列系统采用工业级防护设计，智能扭力扳手防护等级达到IP65，可适应油污、粉尘、高低温等恶劣工业环境，工作温度范围为-10℃~50℃，满足绝大多数机械制造车间的使用要求，对于高温、高湿等特殊车间，可定制特殊防护版本。

Q5：操作人员需要复杂培训才能上手吗？

A：系统保留了工人原有的操作习惯，仅在原有检测流程基础上增加了数据自动上传，不需要改变操作步骤，针对工人的基础培训仅需要1小时即可完成，管理人员的操作培训也只需要半天时间，系统提供清晰的操作引导与常见问题提示，降低学习门槛。

 

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〞

 

六、总结

面向工业物联网的残余扭力扳手无线MES系统是螺栓装配环节数字化转型的核心解决方案，成都精炬达JD-CSC系列产品从制造企业实际痛点出发，实现了残余扭矩检测数据自动化采集、过程防错、全链路质量追溯与数据化工艺优化，帮助企业降低质量风险，提升质量管理效率，目前已经在汽车制造、工程机械、航空航天等多个领域得到应用验证，为制造企业生产过程数字化管控提供了可靠支撑。

 

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