残余扭力扳手智能化升级：面向MES系统的WiFi无线传输技术实现

残余扭力扳手智能化升级：面向MES系统的WiFi无线传输技术实现

JD-CSC系列 · 成都精炬达电子科技有限公司

一、项目背景与升级需求

在汽车零部件、航空航天装备、精密机械制造等高要求装配领域，螺栓连接的扭力紧固质量直接决定产品的结构安全与使用寿命。传统残余扭力检测依赖人工操作机械式扭力扳手，检测数据需要人工记录、手动录入生产管理系统，不仅检测效率低下，还存在数据漏填、错填、人为篡改等质量风险，无法满足离散制造业对生产过程全数据追溯的要求。

制造执行系统（MES）作为连接企业计划层与现场控制层的核心系统，需要实时采集现场生产设备的工艺参数，实现生产过程的可视化管控与质量数据可追溯。传统残余扭力扳手的数字化程度为零，成为MES系统现场数据采集的盲点，很多制造企业不得不投入额外人力完成数据二次转录，大幅增加了生产管理成本，也拖慢了生产节拍。

成都精炬达电子科技有限公司针对国内制造企业现有存量传统残余扭力扳手的智能化升级需求，推出JD-CSC系列WiFi无线传输升级方案，无需替换原有扭力扳手主体，仅通过加装智能化采集模块，即可实现扭力数据的实时采集、无线传输，直接对接用户现有MES系统，帮助企业以极低改造成本完成现场扭力检测的数字化升级。

二、方案整体架构设计

JD-CSC系列残余扭力扳手智能化升级方案整体分为三个层级：感知采集层、无线传输层、MES系统对接层，具体架构如下图（文字描述）：

感知采集层：加装高精度应变式扭力传感器与信号调理模块，替代传统扳手的机械刻度输出，实现残余扭力值的数字化采集，采集精度可达±1%FS，满足绝大多数行业的质量检测精度要求。

无线传输层：集成低功耗WiFi模块，支持802.11b/g/n协议，可直接接入工厂现有WiFi局域网，无需额外搭建专用通信网络，降低部署成本。

系统对接层：提供标准TCP/IP通信协议与JSON数据格式，支持自定义数据上报规则，可适配绝大多数主流MES系统的数据接入要求。

2.1 核心硬件模块设计

JD-CSC升级套件的核心硬件包括四个部分：

硬件模块采用一体化卡扣设计，可直接固定在传统残余扭力扳手的手柄位置，不需要对扳手原有结构进行改造，安装过程仅需5分钟，改造完成后不影响扳手原有机械操作习惯，一线工人无需复杂培训即可快速上手。

2.2 WiFi无线传输技术实现

针对工厂环境下WiFi信号复杂、多设备干扰等问题，JD-CSC系列方案从通信连接、数据传输、可靠性保障三个层面优化传输技术：

1. 网络连接优化：方案支持STA模式接入工厂现有WiFi网络，用户可通过手机小程序配置WiFi账号密码，模块支持信号强度检测，自动选择信号准确的AP接入点，避免弱信号区域的通信中断问题。对于没有覆盖WiFi的特殊作业区域，模块也支持AP模式，由操作人员的手机作为中转完成数据上传，适配多种复杂现场环境。

2. 数据封装与传输：采集到的残余扭力数据按照预设的JSON格式封装，每条数据包含扳手ID、操作人员工号、工件编号、检测时间、扭力值、合格判定结果六个核心字段，格式如下：

{ "wrench_id": "JD-CSC-0012", "operator": "W00235", "workpiece_id": "ENG-20240512-00067", "test_time": "2024-05-12 10:23:45", "torque_value": 125.6, "result": "OK"}

数据传输采用TCP长连接模式，确保数据传输的可靠性，当检测完成、扭力值稳定后模块自动触发上传，无需人工按键操作，不影响正常检测流程。

3. 断网重连与数据缓存：针对工厂WiFi偶尔中断的场景，模块内置8MB闪存缓存，当网络断开时自动缓存检测数据，缓存容量可存储超过10000条检测记录，网络恢复后自动按照时间顺序补发缓存数据，不会出现数据丢失问题，解决现场网络不稳定带来的数据断档风险。

2.3 MES系统对接实现

针对不同用户MES系统的数据接入要求，JD-CSC系列方案提供三种对接模式，适配不同开发能力的用户需求：

标准HTTP接口模式：模块可直接向MES系统提供的HTTP接口推送数据，用户仅需要在配置界面填写接口地址、鉴权信息即可完成对接，不需要额外开发中间程序，适配大多数支持HTTP接口接入的MES系统。

中间代理程序模式：对于需要做数据格式转换、协议转换的场景，提供Windows平台运行的轻量代理程序，部署在工厂现场的工控机或服务器上，代理程序接收扳手上传的数据后，转换为MES要求的格式再写入MES数据库，支持Oracle、SQL Server、MySQL等主流数据库的直接写入。

SDK开发包模式：对于有自主开发能力的用户，提供完整的通信协议SDK开发包，用户可基于SDK自行开发对接程序，深度整合到现有MES系统中，满足个性化的对接需求。

为保障数据安全性，方案支持数据加密传输，可根据用户需求开启TLS加密，避免数据在传输过程中被窃取或篡改，满足汽车、航空等高要求行业的信息安全要求。

三、实际应用案例

3.1 项目概况

项目用户为国内某中型汽车零部件制造企业，主要生产汽车底盘悬挂部件，螺栓紧固后的残余扭力检测是关键工序，企业现有62把传统机械式残余扭力扳手，全部需要人工记录数据，每天每个工人需要花费近1小时手工录入MES系统，不仅效率低，还经常出现数据录入错误，无法满足主机厂对产品质量追溯的要求，因此启动残余扭力扳手智能化升级项目。

用户要求不替换原有合格的机械式扳手，降低升级改造成本，同时要求新系统能够直接对接现有用友MES系统，实现扭力数据实时上传，不需要人工二次录入。经过多方案对比，最终选用成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC系列WiFi无线传输升级方案。

3.2 实施过程

项目实施分为四个阶段，总周期仅10天，不影响企业正常生产：

1.现场调研阶段（1天）：工程师上门调研现场WiFi覆盖情况、MES系统对接接口要求，统计现有扳手的规格型号，确定升级套件的参数配置。

2.样品测试阶段（3天）：完成3把扳手的升级改造，在现场进行为期3天的测试，验证数据采集精度、WiFi传输稳定性、MES对接的正确性，测试结果满足用户要求。

3.批量改造阶段（4天）：利用企业周末停产时间完成全部62把扳手的改装安装，周一直接投入正常生产，安装过程不需要停产改造，不影响生产进度。

4.上线调试培训（2天）：完成全部扳手的网络配置与MES对接调试，对一线操作工人与管理人员进行操作培训，讲解使用方法与常见问题处理。

3.3 应用效果

项目上线运行6个月后，统计得到以下应用效果：

升级后，该企业满足了下游主机厂对螺栓扭力检测数据全追溯的要求，没有再出现因为数据问题导致的主机厂质量异议，同时每年节省人工录入成本超过12万元，升级成本在4个月内即可全部回收，获得了用户的高度评价。

四、常见问题问答

Q1：改造升级会不会影响原有扭力扳手的精度？

A：JD-CSC升级套件采用外挂式安装设计，不会改动原有扭力扳手的机械结构，传感器安装在扳手受力传动路径之外，不会影响原有扳手的机械精度。升级完成后，用户仍然可以使用原有机械刻度进行人工读数，双重保障检测精度。

Q2：工厂现有WiFi信号覆盖不全，能不能使用这个方案？

A：JD-CSC系列方案支持两种模式解决覆盖问题：对于局部信号差的区域，我们可以帮助用户增加简易WiFi放大器，成本仅需几十元；对于没有WiFi覆盖的作业区域，模块支持手机AP中转模式，通过操作人员的手机热点完成数据传输，不需要额外改造工厂网络。

Q3：升级后的扳手电池续航能力怎么样，需要经常充电吗？

A：JD-CSC套件采用低功耗设计，正常使用情况下满电续航可以达到7天（按照每天8小时工作计算），支持Type-C接口充电，工人可以在下班后将扳手放在充电区，周末集中充电一次即可满足一周使用，不会影响正常生产作业。如果需要更长续航，也可以定制高容量电池版本，续航可达15天以上。

Q4：我们企业的MES系统是定制开发的，能不能对接？

A：JD-CSC方案提供灵活的对接方式，支持标准HTTP接口、数据库直接写入、SDK开发包三种对接模式，只要用户MES系统提供公开的数据接入方式，我们都可以完成对接，针对特殊的数据格式要求，我们也可以提供免费的协议转换开发服务，保障对接顺利完成。

Q5：改造升级后的维护成本高吗？出现故障怎么处理？

A：JD-CSC系列升级套件提供1年的免费保修服务，终身维护，模块采用标准化设计，出现故障可以直接更换备用模块，不需要将整个扳手返厂维修，更换过程仅需要几分钟，不会影响现场使用。我们也提供备用模块租赁服务，对于故障模块可以快速替换，保障生产不中断。

Q6：你们的方案和更换全新智能扭力扳手相比，有什么优势？

A：核心优势有三点：第一是改造成本低，仅需要更换全新智能扳手1/3左右的成本，即可实现相同的功能；第二是不改变工人操作习惯，原有扳手的使用手感、操作方式保留，不需要重新适应；第三是不浪费原有资产，很多用户的传统扳手都是刚采购不久的合格产品，直接替换会造成资产浪费，升级改造可以充分利用原有资产，为企业节省投资。

五、方案总结

残余扭力扳手的智能化WiFi升级，是针对制造企业存量设备数字化改造的高性价比方案，成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC系列方案通过模块化设计、灵活的对接方式，解决了传统扭力扳手数据无法实时上传MES系统的痛点，帮助企业以极低的成本完成现场检测工序的数字化升级，实现扭力检测数据的自动采集、实时上传、全链路追溯，满足高要求制造业对生产过程质量管控的要求。

目前该方案已经在汽车零部件、工程机械、通用机械等多个行业完成近百个项目落地，平均为客户节省改造成本60%以上，帮助客户实现了质量管控水平提升与生产成本降低的双重收益，是传统制造企业数字化转型过程中存量设备升级的可靠选择。

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