基于通讯MES系统的无线数显扭力扳手扭矩数据采集与过程管控技术研究

基于通讯MES系统的JD-CSC系列无线数显扭力扳手扭矩数据采集与过程管控技术研究

成都精炬达厂家技术方案

一、研究背景与意义

在现代工业制造体系中，螺栓连接是机械装配环节最核心的连接方式之一，螺栓扭矩控制精度直接决定了产品装配质量、运行安全性与使用寿命。传统机械扭力扳手、普通数显扭力扳手普遍存在扭矩数据人工记录误差大、数据不可追溯、过程管控缺失等问题，无法满足汽车制造、航空航天、工程机械、新能源设备等制造领域对装配过程可追溯、数据可管控的要求。

随着工业互联网技术与制造执行系统（MES）的普及，制造企业对装配工位智能化升级的需求日益迫切，实现扭力扳手扭矩数据自动采集上传、装配过程全管控成为智能制造升级的重要方向。成都精炬达机电设备有限公司推出的JD-CSC系列无线数显扭力扳手，专门针对工业场景数据采集与过程管控需求开发，可直接对接企业现有通讯MES系统，为装配工序智能化升级提供了低成本、高可靠的解决方案。

本研究围绕JD-CSC系列无线数显扭力扳手对接MES系统的数据采集与过程管控技术展开，分析技术架构、实现路径与应用价值，为行业同类应用提供参考。

二、JD-CSC系列无线数显扭力扳手核心参数与技术特点

成都精炬达JD-CSC系列是专为工业数据采集场景开发的无线智能数显扭力扳手，核心技术特点如下：

1.精度等级达标：精度误差控制在±1%以内，重复性偏差≤0.5%，满足GB/T 15729与ISO 6789国际标准要求，可覆盖1N·m到3000N·m全量程范围，适配不同装配场景需求。

2.原生无线通信支持：内置BLE蓝牙4.2模块与可选WiFi模块，支持TCP/IP、MODBUS-RTU、MQTT等主流工业通信协议，原生支持对接各类MES系统，无需额外加装采集网关。

3.本地存储与缓存机制：内置8M本地存储，可存储超过10万条扭矩数据，当MES系统通讯中断时自动缓存数据，通讯恢复后自动补传，避免数据丢失。

4.多维度过程预警：支持扭矩上下限设置，扭矩不合格时现场声光报警，同时将异常信息实时上传MES系统，避免不合格品流入下工序。

三、对接MES系统的数据采集技术架构

3.1 整体架构

基于JD-CSC系列无线数显扭力扳手的扭矩数据采集架构分为三层，分别是终端感知层、网络传输层、平台应用层：

1.终端感知层：由JD-CSC系列无线数显扭力扳手组成，负责完成扭矩数据采集、预处理、本地存储，按照约定协议将数据打包发送至传输网络。

2.网络传输层：根据工厂现场网络环境，可选择两种传输模式：一是蓝牙局域网模式，通过工位蓝牙接收器接收扭矩数据，再通过工厂以太网接入MES系统；二是WiFi直连模式，扭力扳手直接接入工厂WiFi网络，将数据直接推送至MES系统服务器，减少中间环节。

3.平台应用层：即企业MES系统，负责接收存储扭矩数据，对数据进行分析、展示、追溯，实现装配过程管控。

3.2 数据采集流程

JD-CSC系列扭矩数据采集流程如下：

1.装配工人触发扭力扳手操作，完成螺栓拧紧动作后，扭力扳手内部传感器实时采集扭矩峰值、拧紧角度、拧紧时间、工人工号、工位编号等数据。

2.扭力扳手对采集数据进行预处理，判断扭矩是否在合格范围内，触发声光提示，再将数据按照MES系统约定的通信协议格式打包。

3.打包数据通过无线传输至MES系统接口，MES系统完成数据校验后存入装配工艺数据库。

4.若通讯中断，扭力扳手将数据存入本地缓存，待通讯恢复后按照时间顺序自动补传缓存数据，保证数据完整性。

3.3 通讯协议对接方案

针对不同企业MES系统的接口要求，成都精炬达JD-CSC系列支持灵活的协议适配：

支持标准MQTT协议：适配主流云MES平台，可直接推送数据至MES指定主题，满足工业互联网平台对接要求。

支持MODBUS-RTU/TCP协议：适配传统本地部署MES系统，可通过寄存器地址映射直接读取扭矩数据，对接开发成本低。

支持定制化HTTP接口：针对企业自定义开发的MES系统，可按照要求调整数据格式与请求方式，快速完成对接。

四、基于数据采集的装配过程管控实现

扭矩数据自动采集的核心目标是实现装配过程的全管控，JD-CSC系列配合MES系统可实现四大管控功能：

4.1 拧紧结果合格管控

通过预设扭矩合格范围，无论是扭力扳手本地还是MES系统，都能实时判定拧紧结果：当扭矩低于下限或高于上限，立即触发异常报警，禁止工人进入下一个拧紧工序，同时将异常信息记录到MES系统，生成异常处理工单，从工艺端杜绝不合格装配流出。

4.2 拧紧顺序防错管控

针对多螺栓连接场景（如发动机缸盖、法兰盘等），企业工艺要求严格的拧紧顺序，避免因顺序错误导致应力分布不均。通过MES系统预设拧紧顺序，JD-CSC扭力扳手将每一步拧紧的螺栓编号与数据上传，MES系统自动核对顺序是否正确，若顺序错误立即报警，实现拧紧顺序防错管控。

4.3 漏拧缺拧管控

统计工位需要拧紧的螺栓总数量，MES系统实时对比已上传的拧紧数据数量，当工人完成工位所有装配操作后，若存在未上传数据的螺栓，系统自动判定为漏拧，禁止工序流转，从根本上解决传统人工管理中漏拧缺拧问题。

4.4 全生命周期数据追溯

每一条扭矩数据都包含拧紧时间、工人工号、工位编号、产品编号、扭矩值、合格状态等信息，存储在MES系统中，产品出厂后若出现质量问题，可通过产品编号快速调取所有螺栓的拧紧扭矩数据，明确责任环节，为质量分析与工艺优化提供数据支撑。

五、技术优势与应用场景分析

相较于传统加装传感器改造的无线扭力扳手，成都精炬达JD-CSC系列原生支持MES对接的技术方案具有三大优势：

1.成本更低：原生集成无线通信模块，无需额外购买第三方采集装置，单工位改造可降低30%以上的硬件成本。

2.稳定性更高：一体化设计避免了外接传感器的线路故障、信号干扰问题，工业级无线传输方案适配复杂车间环境，数据传输成功率达到99.9%以上。

3.扩展性更强：支持后续功能升级，可对接工厂AGV、质量管理系统等其他工业设备与信息系统，满足企业未来智能制造升级需求。

该技术方案适配的核心应用场景包括：

1.汽车整车与零部件制造：发动机、底盘、车身等核心部件的螺栓装配管控。

2.航空航天装备制造：关键结构件装配扭矩全追溯，满足航空行业严苛的质量要求。

3.新能源装备：风电塔筒螺栓、动力电池PACK装配、光伏设备装配的扭矩管控。

4.工程机械：重型机械结构件装配过程质量管控，提升产品运行可靠性。

常见问题问答

Q1：JD-CSC系列无线数显扭力扳手对接现有MES系统需要额外开发吗？开发周期大概多久？

A：成都精炬达提供标准协议适配包，对于支持MQTT、MODBUS等标准协议的MES系统，仅需配置IP地址、端口、数据格式即可完成对接，一般1-3个工作日即可完成调试；针对企业私有协议的MES系统，可提供协议文档，成都精炬达技术团队可协助完成适配开发，开发周期一般不超过10个工作日。

Q2：车间现场无线信号复杂，会影响数据传输稳定性吗？

A：JD-CSC系列采用工业级无线通信模块，蓝牙传输距离可达100米（空旷环境），WiFi模块支持2.4G频段穿墙传输，同时具备本地缓存断网补传机制，即使现场临时断网，也不会丢失扭矩数据，通讯恢复后自动补传，适配复杂车间环境。

Q3：扭力扳手的精度需要定期校准吗，成都精炬达提供校准服务吗？

A：按照国家计量法规要求，扭力扳手需要定期校准，一般建议每6-12个月校准一次。成都精炬达可提供上门校准服务，也支持用户返回原厂校准，校准后出具第三方计量校准证书，满足企业体系审核要求。

Q4：是否支持多工位多扳手同时接入同一MES系统？最大接入数量是多少？

A：支持多工位多扳手同时接入，单台接收器可支持最多100把扭力扳手同时接入，若工厂规模较大，可通过增加接收器扩展接入数量，无最大接入数量限制，适配从小型装配车间到大型总装工厂的不同需求。

Q5：JD-CSC系列扭力扳手的电池续航能力怎么样，更换电池麻烦吗？

A：采用可充电锂电池，满电状态下可支持连续工作8小时以上，按照每天8小时工作计算，续航可达5-7天。电池为内置可充电设计，支持直接充电，无需频繁更换电池，低电量状态下提前提醒充电，不影响正常生产。

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