一、企业数字化转型的宏观背景

根据中国电子技术标准化研究院发布的《中小企业数字化转型分析报告(2020)》，89% 的中小企业处于数字化转型的初级阶段。由于转型人才欠缺、数据采集基础薄弱和技术应用水平较低，多数企业不会“智改数转”。智改数转成本的高昂和资源投入的不足又使中小企业不能转型。另外，转型见效慢、协同差、成果不明显使得中小企业对智改数转信心不足，不敢改、不敢转。

二、企业智改数转的必要性

智改数转对于企业本质来说是企业解决经营困难、强化核心竞争力以及创造价值的有力工具。因此，企业需要从本质上打破传统的经营管理模式，借助实时数据的抓取、存储和分析，用数字化思维来思考工作 , 将企业业务运营和组织管理涉及的每一个环节产生的数据转化为企业生产要素，将先进的数字技术和分析手段作为生产工具，在每一个领域都能降本增效，从而帮助企业发展新质生产力、创造可持续发展的竞争力。

图 1 网络架构图

内江金鸿曲轴有限公司基于工业互联网的设备互联和数据采集，对企业实现智改数转具有借鉴价值。

通过设备互联互通技术，将工厂内的各种设备连接起来，实现设备之间的信息共享和数据传输，从而实现设备的网络化管理和自动化监测。同时，通过数字化管理系统，对车间生产设备运行状态信息进行采集，并进行实时监控和数据分析，提高生产效率和质量，降低生产成本。

三、金鸿曲轴公司智改数转的解决方案

针对金鸿曲轴公司制造装备数字化水平不高的现状，智改数转亟须打破信息孤岛，促进多源信息融合。对车间的四十余种数控系统以及工业机器人通过以太网口实现与 iNC-Box 的连接与数据采集，将数据传输至服务器并通过边缘计算平台进行汇聚、清洗与存储，建立制造装备模型和数字孪生体，支撑制造装备的柔性生产、精益管控、智能运维等需求，实现与其他内部系统的数据交互与集成，实现状态监控、设备维保、统计分析、数字化管理、效率分析与优化等功能。

（一）网络搭建

为保证采集的数据能在金鸿曲轴公司内部数据中心汇聚，且能与局域网中的其他系统或软件进行数据集成与数据交互，因此需要完成车间基础局域网络架设。每条产线作为独立子网部署，在合适位置设立网络机柜放置交换机，各设备通过六类屏蔽线汇集连接到交换机，网线以穿管方式进行桁架布置，保证横平竖直；各个产线之间通过光纤汇集连接到汇聚交换机（主交换机），主交换机中通过端口做 VLAN 划分，然后通过光纤与附近内网节点相连，接入企业内部网络。

（二）设备数据采集

公司车间有三十多条产线，有四十余种设备，数据采集难度大，在智改数转时需要突破多源信息融合。应用数据采集器通过串口或网口获取设备状态、工艺参数、运行参数、内部文件、产能数据、能耗数据。

端：对设备进行联网接入与数据采集。通过 iNC-Box 数据采集盒实现对车间数控机床、PLC、机器人等设备的数据采集。不论设备类型、品牌、协议，均可适配转换为标准的 NC-Link 协议，极大地降低了其他平台、应用系统的集成难度和门槛。

边：构建边缘计算平台进行数据汇聚、清洗、存储与开放，边缘计算平台集合边缘系统管理、采集器管理、数据管理等模块，由边缘计算平台面向上层应用提供统一的开放数据接口，使得生产设备、采集器、边缘系统的管理与数据的应用开发具有统一可靠的管控平台。

云：云端应用，将采集的数据经过汇聚、清洗、存储后建立数据仓库，在此基础上根据工业企业的管理场景需要，开发出设备智能管理平台，同时通过数据集成平台将采集到的数据与公司第三方应用进行 API 集成。

图 2 端 - 边 - 云协同体系示意图

（三）边缘计算平台

边缘计算平台私有部署运行于数据中心，提供数据采集、存储、访问核心服务，并提供连接管理、系统管理、数据管理软件，实现数据采集、存储系统的高效运维。

边缘计算平台向上为上层应用提供数据访问服务。基于边缘计算平台的数据自动存储服务，边缘计算平台同时能够为上层应用提供历史数据访问 API。边缘计算平台基于时序数据库及分布式文件系统 HDFS 提供数据自动存储服务，对通过 iNC-BOX 采集的数据进行长期、高效的存储，同时对外提供高效的历史数据访问接口。

边缘计算平台连接管理软件是一款面向 iNC-BOX 采集终端设备的远程监测与管控软件，可提供状态监测、接口监测、远程配置等服务。

边缘计算平台数据管理软件是一款工业设备数据资源管理以及数据开发调试的网页工具，支持工业设备自动注册、数据采集存储、云边协同、数据开发调试等服务。

边缘计算平台系统管理软件为边缘计算平台提供了一体化、便捷式的远程监测与运维，可提供部件监测、参数调试、镜像管理及硬件监测等服务，目的是实现轻量化的平台软硬件运维调试，提升边缘计算平台运行的稳定性、可靠性。

（四）数据集成平台

数据采集软件和边缘端的数据交互及管控均采用数控装备互联通信协议标准 NC-Link。NC-Link 是由中国机床工具工业协会牵头的数控机床互联通信协议标准联盟研发和制定的一个统一的数控机床互联互通协议标准，该标准实现了多源异构数据采集、集成、处理、分析和反馈控制，降低了异构数控机床的整合难度。

采用 NC-Link 协议，能够很好地满足项目应用需求，同时符合行业标准规范，能够吸纳更多技术资源，更利于建设平台和应用生态，更加方便、快捷地与其他系统（如 MES）、应用的系统集成；且后期无论什么品牌的数控系统，均可通过 iNC-Box 直接接入平台，极大地降低了异构设备之间互联互通的难度，以及后期更多数控系统接入集成产生的成本投入。另外，采集盒软件和边缘端的NC-Link协议交互均支持 SSL/TLS加密，满足了数据安全性要求。

（五）数据应用软件

企业数字化转型有两个很关键的要素：一是数据采集的能力；二是数据应用能力。

（1）智能设备管理平台

智能设备管理平台是集设备互联、边缘计算、设备运维为一体的工业互联网平台，利用成熟的边缘计算、分布式多级缓存、深度学习引擎、分布式机器学习算法、大数据并行挖掘算法等 IT 技术，以及海量工业品专家数据库和分析模型，结合数控加工设备特性和运行数据，实现 IoT 深度融合。以工业设备上私有云为突破，设备故障预测与健康全生命周期管理为核心，实现工业企业人、机、物的全面互联，构建全要素、全产业链、全价值链全面连接的新型工业生产制造和服务体系，驱动产业转型升级、实现高质量发展，促进企业全面走向数字化、网络化、智能化。

平台采用 B/S 结构模式和微服务架构设计，并采用云部署方式，基于低代码、数据聚合、可视化分析、智能预测，用数据和算法帮助企业提高设备利用率、预测设备故障并执行预防性保养、降低维护和购买成本，延长拓展设备的使用寿命。

平台主要包括设备在线监测、设备智能运维、统计与分析等智能应用组件。

设备档案

设备管理功能主要是对设备信息进行新增、编辑、删除操作。还包括设备的点位导入、告警规则的制定、质保信息的修改。

设备运行监控

设备运行监控主要通过对设备状态、工艺参数、刀具磨损等的实时监控，实现设备预测性维护，并通过监测数据快速发现加工过程异常，保证生产过程的可控性，有效地提升产品品质。

告警管理

数控设备报警信息通过快速推送和记录，便于故障快速得到判断、修理，当设备出现告警时，系统会自动记录告警信息并统一汇总显示在告警管理页面，通过条件筛选或翻页查找方式可查询并处置告警信息。

维保管理

为设备定制维保计划，在规定的时间段内进行维保执行。提高设备的使用效率，降低设备的维护成本。

当设备出现故障时，可手动创建维保工单或通过告警信息转单生成维保工单，并可对该工单进行审核、接受工单、处理工单、工单备注、关闭工单等操作。

刀具管理

通过刀具管理模块，对刀具的库存、使用寿命等状况实行了有效控制，达到了刀具的高效使用，精确控制了刀具成本的目标。结合刀具二维码或 RFID, 将刀具信息与设备编码绑定，能够及时获得刀具信息，通过设定阈值自动报警，通过配置系统处置流程，实现对刀具异常的处置或更换，同进可对接刀具系统，实现刀具信息化管理。

统计与分析

通过设备物联网系统采集设备信息，通过大数据分析，对设备进行包括设备OEE、开动率、告警等统计与分析，并以可视化的方式呈现出来，帮助企业能够准确地识别出设备使用过程中的浪费情况，实现生产异常自动收集、记录、展示、推送、分析，以便于后续快速整改及决策。

（2）DNC 系统

DNC 系统是一款面向边缘计算机和机床、机器人、AGV 小车等设备的数据双向传输软件，可提供设备在离线状态监控和 G 代码读取、创建、在线编辑、下发等功能，实现联网数控机床 G 代码等文件的统一管理，实现 G 代码的远程上传与下载，帮助企业缩减数据传输操作成本。能够实现车间数控设备及生产工位的统一联网管理，支持数控设备的在线加工、NC 程序的断点续传、在线远程请求和历史追溯等，提高企业数控设备的

生产效率。

DNC 系统主要包括网络传输、科学追溯、断点续传、在线加工、版本对比和流程管理等核心功能。

网络传输

将车间不同类型的机床设备、不同的数控系统统一联网，以网络化的程序传输方式彻底根除传统磁盘、CF 卡、U 盘拷贝的隐患和弊病。

科学追溯

数控程序的每一次更改和流转都能够追溯到责任人。

断点续传

支持断点续传，并可实现自动、手工、断电断点续传，有自动补包，缺损自动补齐，字符自动校验机制，确保数控程序传输准确无误，实现大型数控程序智能分段。

在线加工

支持在线加工，适合模具、复杂曲面等大型程序加工。

版本对比

比较两个程序文件之间的差异，确保数控程序文件版本的正确性。

流程管理能灵活设置申请、校对、入库审批、入库等流程节点，实现数控程序的规范管理。

四、实现的效果

通过数字技术与实体经济深度融合，智改数转实现了以下效果：

（一）实时监控设备状态

通过设备互联，实时监控设备的运行状态，及时发现设备运行的潜在故障和异常情况。可以针对性地提出预防性检修计划和备件准备，从而将停机时长减少 35 个百分点，降低 30.5% 的备件成本损失。同时减少备件安全库存导致的 70多万元的资金占用。

（二）实现车间管理网络化、平台化、数字化

将车间人、机、物互联互通，在平台上传输 G 代码、工艺等，实现信息权限的共享，减少生产准备时间、沟通时间和人工干预，将产品生产效率和产品质量分别有效提高了 10% 和 1%。

（三）数据分析和预测维护

通过对设备运行数据的分析和处理，达到了预测设备故障和维护的需求，优化运维策略，降低设备运维成本 5%，减少意外停机，保证生产连续稳定。

（四）实现生产线的可视化管理

通过智改数转，实现了生产线的可视化管理，方便了管理人员对生产线进行即时监控和调度，提高了生产线的灵活性和指令精准度。

通过智改数转，帮助企业提高了核心竞争力。利用数控化产线、数字化系统、数据分析工具，优化了资源配置，降低了生产经营成本和资源消耗。应用数字技术帮助企业进行自动排产、精益生产，智慧决策，实现了各环节协同优化和效率提升。深化“工业互联网 + 安全生产”，增强了安全生产感知、监测、预警、处置和评估能力，进一步提升了设备的本质安全水平。

作者：内江金鸿曲轴有限公司设备及信息部部长 雷武 & 内江金鸿曲轴有限公司设备部副部长 刘铁柱