风电塔筒装配残余扭力扳手拧紧过程数据追溯：无线传输MES系统的应用实践

风电塔筒装配残余扭力扳手拧紧过程数据追溯——无线传输MES系统的应用实践

风电作为当前全球清洁能源产业的核心板块之一，其发电设备的可靠性直接影响整个风电场的运营收益与安全。风电塔筒是支撑风电机组的核心结构部件，由多段塔筒通过法兰高强度螺栓连接而成，螺栓拧紧质量直接决定塔筒结构的稳定性，据行业统计，超过30%的风电塔筒安全事故与螺栓拧紧工艺不合格、预紧力不足或不均匀存在直接关联。传统塔筒装配过程中，普遍采用人工操作普通扭力扳手完成螺栓拧紧，既无法记录每一颗螺栓的拧紧过程数据，也难以管控残余扭力导致的预紧力偏差，更无法实现质量问题的反向追溯，给风电机组长期运行埋下安全隐患。成都精炬达电子科技有限公司推出的JD-CSC系列智能残余扭力扳手采集模块，结合无线传输技术实现拧紧数据接入MES系统，为风电塔筒装配全过程的数据追溯与质量管控提供了完整的落地方案，本文结合实际应用案例与常见问题解答，系统阐述该方案的应用价值与实践效果。

一、风电塔筒装配拧紧工艺现存痛点分析

1.1 传统拧紧工艺的数据盲区

风电塔筒单段重量多在50-150吨之间，连接法兰的螺栓数量从几十颗到上百颗不等，单颗螺栓要求的预紧力通常在300-2000N·m区间，部分大兆瓦机型螺栓预紧力要求更高。传统装配过程中，施工人员采用定扭矩扭力扳手或液压扳手进行拧紧操作，仅能依靠人工记录最终扭矩值，甚至存在漏拧、错拧后不记录的情况，管理人员无法实时掌握每一颗螺栓的拧紧过程，也无法验证扭矩是否达到工艺要求。更为关键的是，塔筒法兰螺栓拧紧多采用分多次对角拧紧的工艺，每一次拧紧都会对相邻螺栓的预紧力产生影响，也就是行业常说的残余扭力松弛问题，最终拧紧完成后的实际预紧力与设计要求往往存在10%-25%的偏差，传统工艺无法捕捉整个拧紧过程的扭矩变化，也就无法对残余扭力的影响进行量化分析与管控。

1.2 质量追溯能力缺失

风电项目整机质保期通常在2-5年，设计使用寿命长达20年，在质保期内一旦出现螺栓松动甚至塔筒连接失效问题，需要快速定位问题根源：是螺栓本身质量不合格，还是装配过程中扭矩未达标，或是后期运维预紧力衰减导致？传统模式下由于没有单螺栓的拧紧过程数据存档，出现质量问题后无法界定责任，也无法针对性地制定整改方案，往往需要整段塔筒螺栓重新复拧，产生巨额的整改成本与停机损失。

1.3 现场数据传输与集成难度大

风电塔筒装配多在户外工地进行，部分山地风电项目施工场地信号覆盖差，有线数据传输布线困难，传统的有线采集方案无法适配移动装配的作业场景，同时多数风电制造企业已经上线了MES生产制造执行系统，需要采集到的拧紧数据能够无缝对接到现有系统中，实现生产数据的统一管理，多数传统智能拧紧设备数据格式封闭，无法完成低成本的系统集成。

二、JD-CSC系列无线数据采集方案概述

成都精炬达电子科技有限公司针对风电塔筒装配场景开发的JD-CSC系列智能扭力采集终端，专门适配市面绝大多数品牌的数显扭力扳手、液压扭矩扳手，通过模块化设计实现扭矩数据的实时采集、本地存储与无线传输，其核心技术参数如下：

该方案核心设计思路是不改变施工人员现有的操作习惯，不需要更换原有扭力扳手，仅需要在现有扳手基础上加装JD-CSC采集模块，即可实现每一次拧紧动作的扭矩、角度、时间、操作人员、螺栓编号等信息的自动采集，通过无线传输实时上传到车间或工地的本地服务器，再对接到企业现有MES系统，实现拧紧数据与生产工单、塔筒编号、螺栓位置信息的绑定存储，满足全生命周期追溯的要求。针对残余扭力管控的需求，方案支持对同一螺栓多次拧紧的过程数据进行分段记录，能够清晰呈现每一次拧紧后扭矩的变化情况，帮助工艺人员分析残余扭力对最终预紧力的影响，优化拧紧工艺参数。

三、应用案例：某头部风电装备企业塔筒装配车间改造实践

3.1 项目背景

国内某年产能1000套塔筒的头部风电装备制造企业，此前一直采用传统人工拧紧+纸质记录的工艺，每年都会出现3-5起因螺栓预紧力不合格导致的出厂后整改问题，单批次整改成本超过50万元，同时面对业主方越来越明确的全链条质量追溯要求，原有数据管理模式无法满足风电整机厂商的入场审核要求，因此启动了拧紧过程数据追溯改造项目，最终选用成都精炬达JD-CSC系列无线传输方案对接企业现有SAP-MES系统。

3.2 方案实施流程

项目改造分为四个阶段完成：第一阶段为适配调试，针对企业现有32把不同品牌的数显扭力扳手与16台液压扭矩扳手进行接口适配，JD-CSC模块通过通用RS485与蓝牙接口实现了所有设备的兼容，不需要更换原有工具，单台工具改装时间不超过2小时，改装成本仅为更换全新智能拧紧工具的15%；第二阶段为网络部署，在车间内部署工业WiFi无线AP，实现所有装配工位的信号全覆盖，针对户外预装配区域信号盲区，选用带4G传输功能的JD-CSC-C型号终端，通过运营商网络实现数据上传；第三阶段为MES系统对接，按照企业MES系统提供的OPC UA接口标准，开发数据对接插件，实现生产工单下发、螺栓位置编号对应、拧紧数据上传存储全流程自动化，工人扫描塔筒二维码获取工单信息，开始拧紧作业后，每完成一颗螺栓拧紧，数据自动上传绑定到对应工单与塔筒编号，不需要人工录入；第四阶段为工艺优化，通过采集到的大量拧紧数据分析，优化该企业多段法兰螺栓拧紧的步序与扭矩参数，降低残余扭力导致的预紧力偏差。

3.3 应用效果

该项目上线运行12个月后，统计数据显示取得了以下几方面的成效：

拧紧不合格率从改造前的8.7%下降至0.9%，漏拧、错拧问题杜绝，因为螺栓拧紧问题导致的出厂后整改次数降为0，全年节省整改成本超过200万元；

实现了每一颗螺栓拧紧数据的全生命周期追溯，可通过塔筒编号、生产批次、操作人员、螺栓位置等多维度查询，满足了业主方的质量审核要求，顺利通过了国内两大头部整机厂商的供应商资质审核，新增年订单超过3亿元；

通过对采集的120余万条拧紧过程数据分析，量化了残余扭力对预紧力的影响，优化了三次拧紧的扭矩分配工艺，最终预紧力偏差从原来的平均16%下降到平均4%，大幅提升了塔筒连接的结构可靠性；

改造总投入不到80万元，不到1年就收回了全部改造成本，投资回报率超过150%。

四、常见问题问答

Q1：JD-CSC系列方案是否需要更换现有的扭力扳手？会不会改变现有操作习惯？

A：不需要更换现有扭力扳手，JD-CSC系列支持市面上绝大多数品牌的数显扭力扳手、液压扭矩扳手的接口适配，只需要加装采集模块即可，对原有工具的结构与操作方式没有任何改变，工人不需要进行长时间的培训，当天就能完成上手操作，不会影响现有生产进度。对于传统机械扭力扳手，也可以通过加装扭矩传感器的方式实现数据采集，适配成本很低。

Q2：户外工地装配或者山地风电项目现场装配，没有WiFi信号能不能使用？

A：JD-CSC系列提供多种传输方案，除了WiFi版本之外，还有蓝牙版本与4G版本，在没有局域网覆盖的户外施工现场，可以选用4G版本，通过运营商移动网络实现数据传输，同时终端本身支持10万条数据的本地存储，即使临时没有信号，也会先存储在本地，信号恢复后自动补传，不会造成数据丢失，适配野外移动作业的场景。

Q3：现有MES系统是不同厂商开发的，能不能实现数据对接？对接成本高不高？

A：JD-CSC系列提供标准的OPC UA、Modbus RTU、HTTP接口等多种通用数据接口，支持自定义数据格式，绝大多数主流MES系统都可以实现快速对接，一般1-2周就能完成对接开发，对接成本远低于更换整套智能拧紧系统，对于没有上线MES系统的中小企业，也可以提供本地云存储服务，用户可以通过网页端或者手机端查询下载拧紧数据，满足追溯需求。

Q4：该方案能不能解决残余扭力的管控问题？如何实现数据追溯？

A：残余扭力的核心影响是多次拧紧过程中，相邻螺栓拧紧会导致已经拧紧的螺栓预紧力下降，JD-CSC方案支持对每一颗螺栓的每一次拧紧动作进行单独记录，包括拧紧时间、扭矩值、操作人员信息，能够完整呈现同一螺栓从第一次拧紧到最终复拧的整个扭矩变化过程，工艺人员可以通过数据分析得到不同拧紧顺序、不同扭矩参数下残余扭力的影响规律，从而优化工艺参数，从工艺层面降低预紧力偏差，质量追溯环节，可以调出任意一颗螺栓的所有拧紧过程数据，确认最终预紧力是否符合设计要求，出现质量问题可以快速定位原因。

Q5：数据存储的安全性如何保障？会不会出现数据丢失的情况？

A：JD-CSC终端本身自带本地存储，数据会先存储在终端本地，再上传到服务器，实现双重存储，传输过程中采用加密传输协议，防止数据篡改，服务器端数据会定期备份，企业也可以将数据导出到本地存档，数据保存周期可以满足风电塔筒20年设计使用寿命的追溯要求，不会出现数据丢失的问题。

五、总结与应用展望

风电行业对装备质量的要求不断提升，全产业链质量追溯已经成为行业发展的必然趋势，塔筒装配螺栓拧紧过程的数据化管控，是保障塔筒结构安全、降低后期运营风险的核心环节。成都精炬达电子科技有限公司JD-CSC系列无线数据采集方案，以低成本改造、高适配性、无缝对接MES系统的特点，解决了传统装配工艺的数据盲区与追溯缺失问题，同时为残余扭力的量化分析与工艺优化提供了数据基础，从上述应用案例可以看出，该方案能够在较低投入的前提下，快速提升企业的质量管控水平，降低质量风险与整改成本，符合风电装备制造企业的实际需求。未来随着风电整机向大兆瓦方向发展，塔筒法兰螺栓的预紧力要求会不断提高，对拧紧过程数据管控的要求也会更加严格，此类无线数据采集追溯方案也会逐步成为风电塔筒制造行业的标配，为风电行业的安全稳定发展提供支撑。

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