当MES系统对接无线数显残余扭力扳手：制造业扭力作业的数字化升级实践

当MES系统对接无线数显残余扭力扳手：制造业扭力作业的数字化升级实践

一、背景与意义

在离散制造、汽车零部件、航空航天等制造领域，扭力紧固作业是影响产品安全性、可靠性的核心工序之一。传统扭力作业普遍采用人工记录、手动统计的管理模式，存在数据追溯难、合规性核查成本高、异常工序难以及时预警等痛点，难以满足现代制造业对全流程质量管控的要求。随着工业互联网和智能制造技术的普及，企业对生产工序的数字化、透明化管控需求持续提升，MES（制造执行系统）作为车间级生产管控核心平台，已经实现了对生产计划、物料、设备等核心要素的数字化管理，但对于扭力紧固这类关键工序，仍存在数据采集断层，无法实现全流程数据闭环。

成都精炬达电子科技有限公司推出的JD-CSC系列无线数显残余扭力扳手，通过物联网通信技术实现扭力数据的实时采集与上传，解决了传统扭力作业数据人工采集的痛点，为MES系统对接底层作业工具提供了可行路径。本次实践聚焦该方案的落地应用，梳理总结对接过程中的技术路径、应用成效与存在问题，为制造业同类数字化升级项目提供参考。

二、行业现状与痛点分析

当前制造业扭力作业管理主要分为三类模式，不同模式均存在不同程度的管理短板：

1.传统机械扳手+人工记录模式：该模式是中小制造企业的主流模式，依赖作业人员按照操作规范预设扭力值，完成作业后手工填写纸质记录。该模式存在三大核心问题：一是数据真实性无法保障，存在漏记、补记、错记甚至编造数据的情况，当产品出现质量问题时无法追溯作业过程；二是异常无法及时发现，扭力值偏差、漏拧等问题只能在后续成品检验环节发现，造成返工成本甚至批量质量事故；三是数据统计效率低，管理人员需要人工整理纸质记录，无法快速统计工序合格率、扭力值分布等核心数据。

2.有线数显扳手+本地存储模式部分对质量要求较高的企业逐步替换为有线数显扭力扳手，可以实现扭力值的数字化显示，但数据存储在扳手本地或者专用的本地读卡器中，需要人工导出后再录入MES系统，依然没有解决数据采集自动化的问题。同时有线连接的方式限制了作业范围，对于大型构件、多工位移动作业场景适用性较差，导出录入过程依然存在二次出错的风险，无法实现数据的实时同步。

3.自动化扭力设备对接模式部分汽车主机厂等大规模生产企业采用固定式自动化扭力设备，已经实现与MES系统的数据对接，但该方案投入成本高，柔性差，无法适配多品种小批量生产场景，更无法覆盖线下装配、维修、终拧等需要移动作业的工序，适用场景非常有限。

综合来看，行业内普遍存在“移动扭力作业数据无法自动上传MES系统"的数字化断层，多数企业的关键扭力工序依然处于“黑箱"状态，质量管控成本高、风险大，亟需一套低成本、高柔性的数字化升级方案。

规格选型：

三、方案架构与对接实践

3.1 核心产品介绍：JD-CSC系列无线数显残余扭力扳手

成都精炬达电子科技推出的JD-CSC系列无线数显残余扭力扳手，是针对移动扭力作业场景开发的数字化工具，核心特点包括：

支持残余扭力精准测量，测量精度达到[±X%]，满足GB/T 15729等国家相关标准要求，适合螺栓终拧质量检测、残余扭力验证等关键场景；

内置低功耗蓝牙模块，支持无线数据传输，可实时将扭力值、作业时间、扳手ID、作业人员ID等数据上传至网关或者直接上传至MES系统终端；

支持自定义扭力阈值，当测量扭力超出阈值范围时，扳手本地声光报警，同时实时向系统推送异常报警信息；

自带大容量锂电池，单次充电可支持连续作业[XX小时]，满足现场一天作业需求；

适配多种扭力头规格，可根据作业场景快速更换，柔性适配不同规格螺栓的紧固作业。

3.2 MES对接整体架构

本次对接实践采用“终端工具-边缘网关-MES平台"三级架构，具体分层如下：

1.感知层：JD-CSC系列无线数显扭力扳手作为数据采集终端，负责完成扭力作业和数据采集，通过蓝牙将数据发送至车间内的边缘网关；

2.边缘层：边缘网关负责汇聚多个扳手的实时数据，完成数据格式转换、数据预处理，按照MES系统要求的通信协议将数据上传至MES平台，同时向下传输MES下发的作业标准、扭力阈值等参数；

3.平台层：MES系统对接收到的扭力数据进行存储、分析、展示，实现扭力数据和生产工单、产品批次、作业人员、设备的绑定，支持数据追溯、异常预警、统计分析等功能。

3.3 对接关键步骤

本次对接项目分为需求梳理、技术对接、现场调试、试运行四个阶段，具体实施要点如下：

第一阶段：需求与接口梳理。首先由企业信息部门、生产部门、质量部门联合梳理核心需求，明确需要对接的核心数据项、数据格式要求、业务流程要求，最终确定对接的数据清单包括：扭力值、作业时间、扳手编号、作业人员工号、工单编号、螺栓位置编号共7项核心数据，同时要求系统支持异常数据实时报警、历史数据可按产品批次追溯。在此基础上，精炬达技术团队和企业MES服务商共同确定了接口方案：对于已有物联网平台的企业，采用MQTT协议对接边缘网关数据；对于MES直接对接场景，提供HTTP API接口，支持数据主动上报和指令下发，适配多数主流MES系统的对接要求。

第二阶段：通信与数据适配开发。根据确定的接口方案，完成驱动开发和数据格式适配：一是完成蓝牙通信适配，确保不同工位的扳手数据都能稳定被边缘网关接收，通信成功率达到[XX%]以上；二是完成数据格式转换，将扳手输出的原始数据转换为MES系统要求的JSON格式，确保每个扭力数据都能和生产工单自动绑定；三是完成异常消息机制开发，当扭力值超出预设阈值、扳手低电量、通信中断时，自动向MES系统推送对应类型的报警信息，触发系统的异常处理流程。

第三阶段：现场调试与优化。在车间现场完成网关点位部署和调试，针对车间大型金属设备多、蓝牙信号遮挡严重的问题，优化网关部署位置，增加信号中继节点，确保所有作业区域的信号覆盖，解决了信号不稳定、数据丢包的问题。同时针对不同工序的扭力要求，在MES系统中预设不同工序的扭力阈值，实现不同工单不同工序扭力标准的自动下发，作业人员只需要按照工单领取任务，扳手自动更新阈值，不需要人工设置，降低了操作失误的风险。

第四阶段：试运行与流程固化。选择企业汽车传动轴装配车间的残余扭力检测工序作为试点，投入[X台]JD-CSC系列无线数显扭力扳手试运行，试运行周期为[XX天]，覆盖[XX批次]产品的检测作业，期间累计采集有效扭力数据[1000条]，系统运行稳定，数据上传准确率达到[99%]。基于试运行结果，企业修订了扭力作业管理流程，明确了作业数据采集要求、异常处理流程，将该方案正式纳入生产管控体系。

四、应用案例：汽车零部件企业落地效果

4.1 案例背景

某国内商用车传动轴生产企业，主要为国内主流商用车主机厂配套生产传动轴产品，残余扭力检测是传动轴装配后的关键质量检测工序，每根传动轴需要检测[10个]连接螺栓的残余扭力，原来采用传统机械扭力扳手+人工纸质记录的模式，企业面临三个核心问题：一是主机厂要求产品全流程数据可追溯，原来的纸质记录无法满足主机厂的合规要求，面临供货资格审核不通过的风险；二是人工记录经常出现错漏，每年因为扭力数据不合格导致的成品返工和客户投诉损失达到[10万元]；三是质量部门每月需要安排[10名]员工整理统计扭力数据，效率低下，无法及时发现工序稳定性问题。

该企业已经上线MES系统实现了生产全流程管控，扭力检测工序数据无法自动采集，因此决定采用JD-CSC系列无线数显扭力扳手对接MES系统，完成该工序的数字化升级，项目总投入约[4万元]。

4.2 落地成效

项目上线运行6个月后，该工序的管理水平和经济效益得到明显提升，具体成效如下：

除了可量化的经济效益，该方案还带来了多方面的管理提升：

实现了全链路可追溯，任何一台产品都可以快速查询到对应螺栓的扭力检测数据、作业人员、检测时间，满足主机厂的合规审核要求，巩固了供货合作关系；

通过对积累的扭力数据进行统计分析，企业可以直观看到不同班组、不同设备的扭力值分布情况，发现工序不稳定的问题，进而优化作业标准，持续提升工序质量；

异常实时报警避免了不合格品流入下工序，减少了后续返工成本，提升了整体生产效率，降低了质量管控成本。

五、常见问题解答

5.1 现有MES系统没有预留对接接口，能不能实现对接？

JD-CSC系列方案支持多种灵活对接方式，如果MES系统没有开放对外接口，可以采用PC端中间软件采集数据后，通过文件导入或者数据库直连的方式同步数据到MES系统，也可以先实现扭力数据的独立存储管理，后续再对接MES系统，方案适配性强，不需要对现有MES系统进行大规模改造，改造成本低。

5.2 车间现场金属设备多，无线信号会不会不稳定，数据容易丢包？

针对制造车间的复杂环境，JD-CSC系列扳手本身优化了蓝牙通信功率，同时方案配套可扩展的边缘网关和信号中继方案，可以根据车间现场信号情况灵活部署网关点位，实际应用中数据传输成功率可以稳定保持在[XX%]以上，满足生产场景要求，对于信号遮挡特别严重的场景，还支持断点续传功能，扳手本地暂存数据，恢复信号后自动补传，不会丢失数据。

5.3 原来的作业流程需要做很大调整吗？工人培训难度大不大？

该方案不需要改变原有作业流程，只是把原来的手工记录环节替换为自动上传，作业人员只需要按照原来的操作流程完成扭力作业即可，数据自动上传，不需要额外操作。培训内容只需要讲解基本的报警识别、充电维护等内容，一般半天就可以完成培训，工人接受度高，不会影响正常生产进度。

5.4 项目投入成本大概是多少？投资回报周期大概多久？

单台JD-CSC系列无线数显扭力扳手的采购成本远低于自动化固定式扭力设备，按照试点企业的投入情况，单工位投入不到[XX万元]，根据企业原来的质量损失和管理成本计算，一般[X-X]年就可以收回投资，对于需要满足客户合规追溯要求的企业，项目可以直接解决供货资格问题，价值更加明显。

5.5 能不能适配我们现有的不同品牌的MES系统？

方案已经和国内多家主流MES系统完成对接适配，提供标准的MQTT、HTTP API接口，支持定制化数据格式适配，只要MES系统支持外部数据接入，就可以完成对接，目前已经在汽车零部件、工程机械、五金装配等多个行业的不同MES系统环境中成功落地，技术方案成熟。

六、存在问题与优化建议

6.1 当前存在的主要问题

1.部分超大型车间的信号覆盖成本偏高，对于一万平米以上的开放车间，需要部署多个网关和中继节点，一定程度上增加了项目初期投入；

2.当前方案主要实现数据采集和异常报警，基于大数据的工序质量预测分析功能还不够丰富，数据价值挖掘还有提升空间；

3.对于多品种小批量生产场景，不同产品不同螺栓位置的扭力参数自动匹配还需要进一步优化，减少人工设置的环节。

6.2 后续优化建议

1.技术层面，进一步优化低功耗长距离通信方案，降低网关部署密度，减少大型车间的网络部署成本，同时开发更灵活的参数配置功能，实现工单BOM中扭力参数自动导入，进一步提升自动化水平；

应用层面，鼓励企业逐步扩大试点范围，从关键工序逐步推广到所有扭力作业工序，积累更多数据后，对接企业的质量分析平台，通过扭力数据的趋势分析提前识别工序异常，实现质量管控从“事后发现"向“事前预防"升级；

2.生态层面，工具厂商和MES服务商可以共同打造标准化对接方案，提前完成接口适配，减少单个项目的对接开发工作量，降低整体实施成本，推动方案在更多中小制造企业推广应用。

总体来看，MES系统对接无线数显残余扭力扳手，是制造业移动作业工序数字化升级的典型路径，该方案成本低、柔性强、见效快，解决了传统模式下扭力作业数据无法追溯、管控难度大的痛点，满足了制造业对质量管控的合规要求，具备广泛的推广应用价值。

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