打破数据孤岛：集成无线传输模块的锂电池定扭矩电动扳手研发实践

当前工业装配领域，传统定扭矩电动扳手普遍存在扭矩数据孤岛问题：作业过程中扭矩参数依赖人工记录，数据准确性难以保障、追溯性不足，无法满足新能源、工程机械、轨道交通等领域对装配质量全流程管控的要求。同时，有线传输方案受作业场景限制，大空间、多工位、移动作业场景下布线难度大、灵活性差，无法适配现代工业化装配的智能化需求。成都精炬达电子科技有限公司针对行业痛点，启动集成无线传输模块的锂电池定扭矩电动扳手研发项目，推出JD-DT系列产品，有效打破了装配作业的数据孤岛，实现扭矩数据实时上传、全链条可追溯，为工业装配智能化升级提供了可行方案。

一、研发背景与行业需求

定扭矩电动扳手是工业装配领域的核心工具之一，广泛应用于风电光伏新能源、桥梁钢结构、重型机械、轨道交通、汽车制造等对螺栓连接扭矩精度要求较高的行业。随着我国工业制造向智能化、精细化方向转型，行业对装配工具的要求已经从单一的扭矩精度控制，延伸到了作业数据的采集、传输、存储与全生命周期追溯，具体需求主要体现在三个方面：

（一）装配质量管控要求升级

在风电塔筒法兰螺栓连接、高铁轨道扣件螺栓紧固、重型汽车底盘螺栓装配等关键场景中，螺栓扭矩精度直接决定了整体结构的安全性与使用寿命。传统作业模式下，扭矩数据由操作人员手工填写记录表，存在漏记、错记、事后补记等问题，一旦出现质量问题，无法快速定位问题环节与责任主体，给企业带来质量管控风险与合规成本。据行业调研数据显示，传统人工记录模式下扭矩数据准确率仅为[60%]，因扭矩问题引发的产品质量问题占比达到[80%]，装配质量管控体系亟需数字化升级。

（二）传统传输方案适配性不足

早期尝试数字化升级的企业，大多采用有线传输方案实现扭矩数据上传，即通过数据线将电动扳手与现场工控设备连接，传输扭矩数据。但在实际应用中，风电塔筒作业、户外桥梁施工、大型装备总装等场景作业范围大、工位不固定，有线方案布线难度大、线缆容易磨损损坏，不仅增加了运维成本，还限制了操作灵活性，无法满足移动作业需求。部分产品采用存储卡离线存储数据的方式，虽然解决了移动性问题，但数据需要事后导出，无法实现实时监控，也存在数据丢失、篡改的风险，依然没有从根本上解决数据孤岛问题。

（三）锂电化成为行业发展趋势

随着锂电池技术的成熟与成本下降，锂电池供电方案逐步替代传统有线供电与镍氢电池方案，成为电动扳手的主流供电方式。锂电池定扭矩电动扳手具备续航时间长、移动性好、能量密度高的优势，但现有锂电产品大多仅解决了供电问题，没有配套实现数据传输的数字化功能，多数产品依然停留在“无数据输出"或“仅本地显示"的阶段，无法对接企业现有的MES生产管理系统、质量管理系统，无法满足企业数字化工厂建设的整体需求。

基于上述行业痛点与市场需求，成都精炬达电子科技有限公司于[2024年]启动“集成无线传输模块的锂电池定扭矩电动扳手"研发项目，立项目标为开发一款具备高精度扭矩控制、低功耗无线数据传输、适配主流工业互联网平台的锂电定扭矩电动扳手，打破装配环节的数据孤岛，为工业装配智能化提供核心工具支持。

二、研发目标与核心技术路线

（一）核心研发目标

项目研发阶段设定了三大核心目标，具体指标如下：

（二）整体技术路线

项目团队围绕“打破数据孤岛"的核心需求，确定了“高精度扭矩控制+低功耗无线传输+锂电一体化设计"的整体技术路线，核心研发方向分为三个模块：

扭矩控制模块：采用动态扭矩传感器采集实时扭矩数据，通过单片机PID算法控制电机输出扭矩，实现紧固到位自动停机，保障扭矩控制精度，同时将扭矩数据同步输出给无线传输模块。

无线传输模块：选用低功耗BLE蓝牙/WiFi双模无线模块，适配不同场景传输需求，小范围多工位场景使用蓝牙组网，大范围户外场景使用WiFi直连，实现扭矩数据、设备状态数据实时加密传输，同时优化功耗控制，避免无线模块过度耗电影响整机续航。

锂电供电管理模块：采用高能量密度动力锂电池组，设计智能电源管理系统，根据作业状态动态调整供电功率，在待机状态关闭无线模块非必要功能降低功耗，同时实现过充、过放、过流、短路保护，提升电池安全性与使用寿命。

三、主要研发实践与技术突破

（一）一体化结构设计，适配无线传输需求

传统电动扳手结构设计中，没有预留无线传输模块的安装空间，直接加装模块会导致整机体积过大、重量增加，影响操作人员使用体验。项目团队重新优化了整机结构设计，采用模块化分层布局：将扭矩传感器、电机控制单元、无线传输模块、电源管理模块整合集成在手柄机身内部，通过PCB叠层设计压缩模块占用空间，同时采用高强度工程塑料外壳降低整机重量。最终JD-DT系列整机重量控制在目标范围内，相比同扭矩等级同类产品重量降低[××%]，同时保障了无线信号的传输稳定性，避免金属外壳对信号的屏蔽影响。

针对户外作业场景灰尘、雨水侵蚀的问题，项目团队对整机防护等级进行了升级，达到IP[××]防护等级，能够适应雨天、多尘等恶劣作业环境，无线传输模块采用密封灌胶处理，避免湿气、粉尘进入影响模块性能，提升了产品环境适应性。

（二）低功耗无线传输技术优化，平衡传输与续航

无线传输模块是产品的核心功能单元，也是主要的耗电单元之一，如果功耗控制不当，会大幅降低产品续航，影响用户使用体验。项目团队从三个方面对无线传输功耗进行了优化：

1.采用自适应传输机制：仅在完成一次紧固作业后传输扭矩数据，在待机状态下自动进入低功耗休眠模式，仅保留唤醒信号监测，相比持续传输模式降低功耗[××%]。

2.采用双模传输自适应切换：在蓝牙覆盖范围内优先采用低功耗蓝牙传输，在超出蓝牙覆盖范围时自动切换为WiFi传输，既保障了传输稳定性，又最大限度降低了功耗。

3.数据压缩传输：对上传的扭矩数据包进行轻量压缩，减少数据传输量，缩短传输时间，进一步降低传输过程的功耗。

通过功耗优化，JD-DT系列产品在开启无线传输功能的情况下，续航能力依然达到立项目标，满电作业次数满足主流场景一天的作业需求，不需要频繁更换电池，解决了无线传输与续航的矛盾问题。

（三）数据接口标准化，打通企业数据链路

打破数据孤岛的核心是实现产品数据与企业现有管理系统的对接，不同企业使用的MES、QMS系统版本不同，接口标准不统一，对接难度大。项目团队开发了标准化数据接口方案：一方面提供通用的MQTT、Modbus RTU标准工业通信协议，支持主流工业互联网平台对接；另一方面提供定制化API接口开发服务，能够根据用户现有系统的接口要求快速完成适配开发。同时产品支持本地数据缓存功能，当网络出现中断时，数据自动存储在本地存储单元，网络恢复后自动补传，避免数据丢失，保障数据完整性。

（四）高精度扭矩控制技术，保障装配质量

扭矩精度是定扭矩电动扳手的核心性能指标，项目团队采用了动态扭矩实时采集+闭环控制方案：通过高精度应变式扭矩传感器实时采集输出轴的扭矩数据，采样频率达到[20000Hz]，控制系统根据实时扭矩数据调整电机输出功率，当扭矩达到设定值时立即切断电机电源，实现扭矩精准控制。同时产品支持多扭矩参数预设，能够存储[××组]不同的扭矩参数，适配多品种、多工位的装配需求，操作人员可以快速切换参数，不需要重复设置。针对不同工况下的螺栓紧固特性，产品还支持扭矩法、扭矩转角法两种紧固模式，满足不同行业的装配工艺要求。

四、研发成果与应用案例

（一）核心研发成果

经过[1个月]的研发与测试，项目团队完成了JD-DT系列集成无线传输模块的锂电池定扭矩电动扳手的研发，形成了覆盖[1N·m-8000N·m]全扭矩区间的产品系列，核心性能指标满足立项要求，经第三方检测机构检测，扭矩精度达到一级精度标准，无线传输成功率达到[99%]，各项性能指标符合国家相关标准要求，

JD-DT系列产品核心优势总结如下：

（二）实际应用案例

案例一：某风电装备制造企业总装车间应用

该企业主要生产风电塔筒，风电塔筒法兰连接螺栓对扭矩精度要求较高，且需要每一颗螺栓的扭矩数据可追溯，传统采用人工记录方式，每台塔筒需要安排专人记录数据，耗时[36小时]，还容易出现错漏。企业引入12台JD-DT 2000型锂电定扭矩电动扳手后，实现了每一颗螺栓紧固扭矩数据自动上传到企业MES系统，数据包含扭矩值、紧固时间、操作人员ID、螺栓编号，实现了全链条可追溯。应用后，单台塔筒扭矩记录时间缩短到0，数据准确率提升到[100%]，质量管理人员可以通过后台实时监控作业过程，发现扭矩超差立即提示整改，产品合格率提升[99%]，每年减少质量整改成本[××万元]，得到了企业的高度认可。

案例二：某户外桥梁施工项目应用

该项目为跨江大桥钢结构拼装工程，需要现场紧固大量高强度螺栓，作业场景为露天高空作业，没有固定工位，有线传输方案无法适用，传统离线存储方案需要每天回到营地导出数据，无法实时监控质量。项目采用8台JD-DT 1500型产品后，通过现场WiFi组网实现数据实时传输，管理人员在项目部办公室就能实时查看所有作业点的扭矩数据，不需要每天跟随作业人员收集数据，降低了现场管理人员的工作强度，同时避免了离线数据丢失的风险。项目施工期间，累计完成超过[××万颗]螺栓紧固作业，所有扭矩数据完整存储，顺利通过了业主方的质量验收，验收效率提升了99%。

五、常见问题解答

六、存在问题与改进方向

（一）当前存在的问题

JD-DT系列产品研发与应用过程中，也发现了一些需要改进的问题：

o远距离户外作业场景，在没有WiFi覆盖的区域，目前依赖蓝牙传输，传输距离有限，无法满足超大型作业现场的传输需求；

o针对中小微用户，很多用户没有搭建成熟的MES系统，数据上传后没有对应的管理模块，使用成本较高，现有产品缺少轻量化的云端数据管理方案；

o大扭矩等级产品目前整机重量仍然偏高，长时间手持作业操作人员劳动强度较大，需要进一步优化结构、降低重量。

（二）后续改进方向

针对上述问题，成都精炬达电子科技有限公司后续研发将围绕三个方向推进：一是增加NB-IoT蜂窝物联网传输选项，支持无WiFi覆盖的远距离户外作业场景，实现广域范围的数据传输；二是开发轻量化云端管理平台，针对中小微用户提供低成本的扭矩数据存储、查询、导出服务，不需要用户搭建本地系统，降低用户数字化升级门槛；三是进一步优化大扭矩产品的结构设计，采用高强度轻量化材料降低整机重量，提升使用体验。

七、总结

集成无线传输模块的锂电池定扭矩电动扳手研发，是成都精炬达电子科技有限公司针对工业装配领域数据孤岛问题的一次成功实践，JD-DT系列产品通过技术创新，实现了扭矩控制精度、数据传输能力、使用体验的全面提升，有效解决了传统产品存在的数据无法实时上传、无法对接企业管理系统、移动作业适配性差等问题，为工业装配领域的数字化、智能化升级提供了高性价比的工具方案。未来，公司将持续围绕用户需求优化产品性能，不断产品系列，为更多行业用户提供高质量的智能化装配工具解决方案。

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