杂志汇中国信息化

随着“互联网+”时代的到来，工业互联网成为了智能制造的重要基石，并已上升为国家战略。刀具行业作为传统工业的代表之一，在刀具使用量不断增加的情况下，传统刀具管理手段已不能满足日益复杂的刀具管理需求，加工企业中刀具管理成本也不断提升，传统刀具行业急需实现数字化转型，最终实现智能制造。

传统刀具行业面临的痛点

由于刀具的管理涉及技术管理、管理科学、信息技术、人力资源等多方面问题，因此现代生产条件下大量刀具的管理作为一个管理难题逐渐为人们所关注。目前传统刀具粗放式管理的痛点主要集中在以下几点：

◎ 无法精确追溯刀具流转，刀具寿命统计人工手动统计，费时费力；

◎ 30%以上的刀具寿命都被设置为冗余而浪费；◎ 刀具磨损、崩刀等过程无监控，质量风险大；◎ 边缘侧环境部署效率低下，大规模部署和管理难度高；

◎ 机加工设备多，缺乏统一的监控，随机性大；◎ 刀具异常管为事后管理，无预测性监控管理。市场上现有刀具加工计数预测法、加装传感器物理监测法等刀具监测解决方案，但这些方案均存在成本高、部署慢、准确率低等弊端。边缘侧环境部署复杂、灵活性低，不利于大规模统一管理，整体维护监控，且升级成本高。

解决方案技术亮点及优势

针对传统刀具行业上述弊端，九州云联合西格数据推出了基于OpenStack的刀具监测与寿命预测智能管理边缘计算平台。该解决方案基于OpenStack技术，以CNC机加工设备的物联为基础，对主轴负载数据进行采集与分析，实现边缘侧刀具在加工过程中的实时状态监测和寿命预测管理以及数据信息可视化。边缘数据能够统一在核心云平台进行管理，集成了市场上约85%的不同品牌类型的CNC系统，可实现车间看板、PC端、移动端的同时在线监控和索引。

基于O p e n S t a c k的刀具监测与寿命预测智能管理边缘计算平台的系统架构如图1所示，九州云Animbus边缘计算套件作为基础设施平台，为西格数据刀具智能管理系统提供运行基础设施与资源。借助九州云Animbus边缘计算套件强大的应用编排、服务交付、以及应用生命周期管理能力，西格数据刀具智能管理系统能够快速稳定地交付至用户生产环境，在用户侧（即边缘侧）为客户提供智能制造与计算能力。系统架构由三层构成。

◎ 硬件资源层：依托边缘侧的物理资源提供计算、存储、网络等资源；

◎ 边缘虚拟化层：依托九州云Animbus边缘计算套件，在硬件资源层的基础上，提供边缘侧虚拟化资源与能力，帮助智能制造系统实现灵活快速的应用编排、交付及生命周期管理。Animbus边缘计算套件基于OpenStack打造，提供强大的资源虚拟化能力，支持虚拟机以及容器两种虚拟化模式，支持边缘计算中心的网络、存储虚拟化功能；

◎ 智能制造应用层：西格数据刀具智能管理系统利用九州云Animbus边缘计算套件，能够快速灵活的在用户侧进行部署并提供智能制造服务。西格数据刀具智能管理系统是针对工业制造领域内企业在刀具使用过程中的痛点，为用户打造的一款刀具智能管理应用，通过智能采集分析生产设备的实时数据，预测分析生产刀具寿命并实时告警，从而保护生产设备不受损坏。

该方案主要的技术创新点包括：一、边缘侧两台服务器同时监测256台机床，基于以太网环境下的通讯协议进行连接获取负载数据，实现即插即用，硬件资源灵活调配，硬件成本相比传统的监测方式降低95%以上；二、基于95%置信度条件下主轴负载与刀具寿命的判定，机床刀具异常50毫秒级监测和反馈；三、刀具负载趋势自学习和规则判断，提取加工过程特征值与刀具寿命的关系，异常判定准确度100%，刀具成本节约30%以上；四、业内首个可以同时集成运行市场上85%以上的不同品牌和不同类型的CNC系统的工业智能解决方案；并且可同时监测不同类型、不同尺寸的加工刀具；五、基于OpenStack的核心云和边缘云计算平台，提供大数据分析和数据挖掘技术的PaaS平台，与CNC控制技术的智能集成，实现负载曲线图表化可视化。

该解决方案的技术优势在于：一、基于OpenStack的开源云平台，实现边缘侧工业数据的快速处理和基础服务的快速提供；二、强大的CNC底层数据采集能力，强大的集成能力，适配不同品牌不同型号的数控设备；三、加工过程可视化，基于边缘计算、平台化部署；四、紧跟工业4.0潮流，多种移动端接入，微信服务号或者APP；五、强大的数据运算处理能力，自学习算法，实现图表可视化；六、基于多年的工厂实际经验，设计丰富的报表，可一键导出和打印，切合用户需求；七、边缘侧基于连接通讯协议获取数据，中心云端储存分析，部署时间比传统刀具监测模式提高90%以上；硬件成本比传统模式节约95%以上，给用户更好的技术体验。

实效应用

西格数据与九州云在边缘计算领域加强合作，逐步完成西格数据解决方案边缘计算平台和核心云平台的建设工作。针对CNC机加工行业因刀具监测不及时导致的产品质量问题、加工效率问题及刀具的无效浪费，出现的各种刀具监测解决方案，均存在成本高、部署慢、准确率低等弊端，无法带给用户最好的体验。西格刀具智能管理解决方案可以为用户降低30%的刀具成本，增加30%的刀具寿命，提高加工效率15%以上。

目前该方案已成功部署运用于昆山富士和机械、昆山六丰机械、铁姆肯轴承、苏州九邦机电、菲舍尔航空部件等机加工企业，并将有100余家制造型企业计划或即将完成该套解决方案的部署安装工作。