基于WiFi传输的MES系统集成残余扭力扳手设计与应用：扫码下发工单智能扳手

基于WiFi传输的MES系统集成残余扭力扳手设计与应用

一、设计背景与需求分析

在离散制造与装配行业中，螺栓紧固扭矩的管控直接影响产品的装配质量与使用寿命。传统扭力扳手依靠人工记录扭矩值，不仅存在数据错记、漏记的风险，也无法实现扭矩数据与制造执行系统（MES）的实时交互，导致产品追溯链条存在断点；同时，传统作业模式需要人工对照纸质工单进行工序操作，也容易出现错工序、漏工序的问题，增加了质量管控的成本。

随着智能制造转型的推进，越来越多的制造企业完成了MES系统的部署，对生产现场的工具设备也提出了数字化联网的要求。残余扭力扳手作为汽车零部件、航空航天、通用机械等领域装配环节的核心工具，需要满足实时扭矩数据上传、工单扫码下发、数据可追溯、防错防漏等需求。成都精炬达电子科技有限公司针对这一市场需求，推出了JD-CSC系列扫码下发工单智能残余扭力扳手，通过WiFi传输实现与企业现有MES系统的快速集成，解决了传统装配环节扭矩管控的痛点问题。

二、JD-CSC系列智能扭力扳手整体设计方案

2.1 总体架构设计

JD-CSC系列智能残余扭力扳手整体架构分为四个层级：终端感知层、网络传输层、系统集成层、应用层。终端感知层由扭矩传感器、AD采集模块、主控芯片、扫码模块、LCD显示屏、存储模块组成，负责完成扭矩数据的采集、处理、存储，以及工单扫码识别、操作提示等功能；网络传输层通过WiFi模块实现与工厂局域网的连接，将扭矩数据实时上传至MES系统，同时接收MES系统下发的工单参数；系统集成层提供标准的HTTP、MQTT、OPC UA接口，支持与市面上绝大多数主流MES系统实现快速对接，不需要对现有MES系统做大规模改造；应用层面向现场操作人员与质量管理人员，提供现场作业引导、数据追溯、质量分析等功能。

2.2 核心硬件设计

JD-CSC系列智能残余扭力扳手的核心硬件模块包括：

扭矩传感单元采用进口应变式扭矩传感器，测量精度达到±1%FS，重复精度≤0.5%FS，支持扭矩范围从1N·m到2000N·m可定制，满足不同装配场景的需求，传感器采用温度补偿设计，在-10℃~50℃的工作环境下均可保持稳定的测量精度。

主控与传输单元采用低功耗ARM主控芯片，搭配工业级WiFi模块，支持802.11b/g/n协议，可稳定连接工厂无线局域网，数据传输延迟低于100ms，保证扭矩数据的实时性，同时支持断点续传功能，当网络中断时数据自动存储在本地板载存储中，网络恢复后自动补传，不会造成数据丢失。

扫码交互单元集成一维/二维条码扫描模块，操作人员可直接扫描工件上的条码获取工单信息，也可扫描工序码确认当前操作工序，扳手内置LCD显示屏，可实时显示当前目标扭矩、实际扭矩、工序信息、合格状态，操作直观清晰，同时自带声光提示功能，当扭矩达到目标值时会发出提示音与灯光提示，避免过拧或欠拧。

供电单元采用大容量可充电锂电池，满电状态可支持连续操作8小时以上，支持快充，1.5小时即可完成满电充电，满足单班生产的需求。

2.3 软件与MES集成设计

JD-CSC系列智能扭力扳手的软件系统分为终端软件与云端服务两部分：终端软件负责扭矩数据的采集处理、用户交互、本地存储、网络通信；云端服务负责数据中转、接口适配，实现与MES系统的数据交互。

在MES集成方面，JD-CSC系列提供三种集成模式，适配不同企业的MES部署情况：

1.主动上传模式：扭力扳手完成一次拧紧操作后，自动将包含工件条码、工序编号、拧紧扭矩、操作时间、操作人员编号的数据通过WiFi上传至MES系统，MES系统可根据预设的规则判断扭矩是否合格，不合格则触发报警，锁定后续工序。

2.工单下发模式：操作人员扫描工件条码后，扳手向MES系统发起工单请求，MES系统将对应工件的工序信息、各工序的目标扭矩、公差范围下发给扳手，扳手自动在显示屏上显示当前工序的目标扭矩，引导操作人员完成拧紧操作，不需要人工录入参数，从源头避免参数设置错误的问题。

3.数据双向同步模式：扳手的操作数据与MES系统的生产数据实时同步，MES系统可远程配置扳手的参数，也可随时查询历史拧紧数据，实现全流程的管控。

三、关键技术特点

相较于传统扭力扳手与普通联网扭力扳手，JD-CSC系列基于WiFi集成MES的智能残余扭力扳手具备以下核心技术特点：

四、应用案例：某汽车零部件企业装配线改造

4.1 案例背景

成都某汽车发动机零部件制造企业，主要生产发动机连杆总成，装配环节需要对连杆盖的固定螺栓进行残余扭矩复检，原工艺采用传统机械扭力扳手，人工记录扭矩数据，存在三个核心问题：一是人工记录容易出错，每千台产品就会出现3-5笔数据错漏，追溯困难；二是无法实现扭矩数据与MES系统中工件信息的绑定，质量审核时无法快速调取对应工件的扭矩数据；三是出现不合格品无法及时锁定，不合格产品已经流入下工序才会被发现，增加了返工成本。该企业已经部署了国内某主流MES系统，需要对现有扭力扳手进行数字化改造，实现扭矩数据实时上传MES、工单自动匹配。

4.2 实施方案

该企业最终选用成都精炬达电子科技的JD-CSC-200型智能残余扭力扳手（扭矩范围0-200N·m），实施方案如下：

1. 网络配置：利用工厂现有WiFi局域网，为每台扳手配置固定IP，开通扳手到MES服务器的网络访问权限，不需要新增网络设备。

2. 接口对接：利用JD-CSC提供的HTTP接口，在MES端开发简单的数据接收与工单下发逻辑，仅用1天时间就完成了接口对接与调试。

3. 流程改造：在每个连杆工件的二维码中写入工件编号，操作人员复检前先扫描工件二维码，扳手自动向MES请求该工件的复检工序信息与目标扭矩范围，操作人员完成残余扭矩检测后，数据自动上传MES，合格则允许进入下工序，不合格则立即触发声光报警，MES系统标记该工件不合格，锁定后续工序。

4.3 应用效果

该项目实施完成后，运行12个月的统计数据显示：

扭矩数据错漏率从原来的0.3%降低到0，实现了100%的数据准确可追溯。

不合格品拦截率提升到100%，没有再出现不合格零部件流入下工序的情况，每年减少返工成本约18万元。

操作人员不需要人工记录数据，单台工件检测时间从原来的1.5分钟缩短到45秒，装配线检测工位效率提升50%。

质量审核时可通过MES系统直接调取任意工件的残余扭矩检测数据，审核时间从原来的平均4小时缩短到5分钟，大幅提升了质量管理效率。

五、常见问题问答

1. JD-CSC系列智能扭力扳手可以对接哪些品牌的MES系统？

JD-CSC系列提供标准的HTTP、MQTT、OPC UA接口协议，支持对接用友MES、金蝶MES、SAP MES、西门子Teamcenter MES、宝信MES等国内外绝大多数主流品牌的MES系统，只要MES系统支持外部数据接入与工单下发，就可以实现快速集成，对于特殊定制的MES系统，成都精炬达也可提供针对性的接口适配服务。

2. 工厂WiFi信号不稳定会不会影响数据传输？

JD-CSC系列智能扭力扳手自带断点续传功能，当WiFi信号不稳定或者网络中断时，所有的扭矩数据都会自动存储在扳手本地的板载存储中，本地可存储最多10万条操作记录，满足长时间断网场景下的生产需求，当网络恢复连接后，扳手会自动将缓存的历史数据补传到MES系统，不会造成数据丢失。同时，工业级WiFi模块的信号接收灵敏度比普通消费级模块高20%，在工厂复杂环境下的信号稳定性更好。

3. 残余扭力扳手和普通拧紧扭力扳手有什么区别，JD-CSC支持残余扭矩检测吗？

普通拧紧扭力扳手是在螺栓拧紧过程中测量施加的扭矩，而残余扭力扳手主要用于螺栓拧紧完成后的扭矩复检，检测已经拧紧的螺栓的实际残余扭矩，验证拧紧工艺是否达标，是汽车、航空航天等领域保证装配质量的重要工序。JD-CSC系列本身就是针对残余扭矩检测设计的智能扭力扳手，支持残余扭矩的测量、数据上传与MES集成，测量精度满足行业标准要求。

4. 可以实现多大扭矩范围的定制？

JD-CSC系列支持扭矩范围定制，最小可以做到1N·m，最大可以做到2000N·m，可满足从小型电子零部件到大型机械结构件的不同残余扭矩检测需求，定制周期一般不超过15个工作日。

5. 后期维护与校准服务怎么提供？

按照国家计量法规要求，扭力扳手需要定期校准，成都精炬达提供上门校准与寄回校准服务，校准后出具计量校准证书，同时产品提供12个月的免费质保，质保期内非人为损坏免费维修，终身提供维护服务，遇到故障可48小时内响应到场维修。

六、总结

基于WiFi传输的MES系统集成智能残余扭力扳手是装配环节数字化转型的核心工具，JD-CSC系列产品通过模块化的硬件设计、标准化的接口方案，解决了传统扭矩管控模式数据不可追溯、容易出错、集成难度大的痛点，已经在汽车零部件、航空航天、通用机械等多个领域得到应用验证，帮助企业提升了装配质量、降低了质量管理成本，是制造企业实现装配环节数字化升级的高性价比选择。

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