小T导读：
在工业 4.0 与智能制造持续推进的背景下，工业现场正以前所未有的速度产生海量时序数据。对于拥有大量 CNC 机床、机器人及各类工业传感器的制造场景来说，如何高效完成数据采集、写入、存储、分析与实时应用，已经成为数字化升级中的关键问题。发那科在推进新一代工厂物联网平台建设过程中，面临高并发写入、历史数据存储成本、实时分析延迟和系统运维复杂等多重挑战。为应对这些问题，其平台引入了 TDengine 时序数据库，作为设备数据底座，支撑设备状态透明化、工艺优化和预测性维护等业务场景。
在我们的生产现场，海量设备数据并不只是“被记录下来”的信息，而是贯穿设备运行、工艺执行、质量控制与生产管理全过程的关键资产。随着 CNC 机床、机器人、AGV 以及多类工业传感器的全面接入，我们对底层数据平台的能力提出了更高要求：既要扛住持续不断的高频写入，也要让数据能够被实时看见、及时分析、快速调用。
正是在这样的背景下，我们将 TDengine 时序数据库（Time Series Database）引入到新一代工厂物联网平台中，希望构建一个面向工业场景的高性能时序数据底座，更好支撑设备监控、生产优化与智能运维。
背景与痛点
我们围绕 CNC 全面解决方案，持续推进机加工场景的数字化能力建设。该方案源自 FANUC 在全球机床业、加工工业、工厂自动化产业的长期实践经验，植根于中国 10 万家工业客户制造现场，立足行业 30 余年，逐步形成了贯穿机加工全流程、涵盖机加工全技术要素、适用于各种机加工全产业场景的全面解决方案。我们希望通过数控技术、机加工艺、精益制造、自动化、数字化等能力，持续帮助先进制造伙伴提升生产力。
在这一方案中，我们建设的是一个高度自动化的示范产线，内部部署了数百台自产 CNC 加工中心、协作机器人、AGV，以及大量视觉传感器、力觉传感器和振动传感器。随着设备持续运行，现场每时每刻都在产生大量时序数据，主要包括以下几类：
- 设备状态数据：包括 CNC 的主轴转速、负载电流、各轴位置、报警代码，以及机器人的关节角度、扭矩、末端位姿、碰撞信号
- 工艺参数数据：包括加工件的 G 代码执行进度、切削进给率、刀具寿命计数；
- 传感监控数据：包括关键部件的振动频谱、温度、压力、能耗；
- 生产管理数据：工件 ID、加工开始/结束时间、良品/不良品标记。
随着数据规模不断增长，我们也越来越明显地感受到传统方案的局限。具体来说主要包含以下几点核心痛点：
- 数据写入与存储压力：高峰期每秒需处理超过 50 万数据点的写入，原有方案经常因写入吞吐不足导致数据堆积和丢失。原始数据膨胀迅速，存储成本成为沉重负担。
- 实时分析与监控延迟：生产经理和工程师无法实时查看全厂设备 OEE、设备综合状态。基于 Hadoop 生态的离线分析，从数据产生到生成报表通常有数小时延迟，这种时效性显然无法支持实时告警和快速决策。
- 复杂查询性能低下：进行跨设备、跨时间段的统计分析（例如“过去 24 小时所有同型号 CNC 主轴平均负载对比”）或钻取查询（例如“追溯某个不良品生产过程中所有传感器数据”）耗时极长，严重制约了工艺优化和根因分析的效率。
- 运维复杂性高：原有架构由多种数据库、消息队列和计算引擎集成而成，系统复杂，运维团队需要掌握多种技术栈，故障排查困难。
为了解决上述问题，我们需要寻找一个能够一站式解决海量时序数据高效写入、高压缩存储、闪电查询的专用数据库，从而简化架构、降低成本，并释放数据的实时价值，这也是我们选择 TDengine TSDB 的出发点。
实际使用效果
平台架构
在落地过程中，我们围绕“采集—传输—写入—服务—应用”构建了完整链路。架构说明如下：
- 数据采集：通过 FOCAS、机器人 API 以及标准工业协议，从边缘设备实时采集数据。
- 数据传输：使用 MQTT 协议，实现海量设备数据的低功耗、高可靠上行。
- 数据写入与存储：数据摄取服务将消息队列中的数据批量写入 TDengine TSDB 集群，这是整个架构的基石。
- 数据服务与应用：TDengine TSDB 通过标准 JDBC/ODBC/RESTful 接口向各种上层应用提供高性能数据查询服务。同时，利用其查询功能、实时计算关键指标并触发告警。
数据模型设计
在数据模型设计上，我们采用了贴合 TDengine TSDB 最佳实践的方式。
- 超级表
devices_st：定义了所有设备的标签和指标。
CREATE STABLE devices_st (
ts TIMESTAMP,
speed FLOAT,
temperature FLOAT,
vibration FLOAT,
status_code INT) TAGS (
device_id NCHAR(64),
device_type NCHAR(32),
model NCHAR(64),
workshop NCHAR(32),
production_line NCHAR(32) );- 子表：每台设备都会基于
devices_st创建一张子表。
CREATE TABLE device_CNC_01 USING devices_st (device_id, device_type, model,workshop,production_line) TAGS ('CNC_01', 'cnc', 'FANUC Series 30i-B', 'A车间', 'Line1');这种设计对应的是“一张物理设备对应一张 TDengine TSDB 子表”的思路：设备 ID、型号、位置等静态属性作为标签，实时采集的变化指标作为数据字段。这样既能保证单设备查询效率，也便于按照标签进行设备分组与聚合分析。
核心功能应用细节
在写入能力方面，我们部署了 3 节点 TDengine TSDB 集群，每个节点配置为 16 核 64GB。该集群轻松承载了峰值超过 80 万点/秒的写入压力，且 CPU 和内存平均负载保持在 50% 以下。
在查询能力方面，我们主要有几类典型场景。
- 实时监控：大屏查询“所有设备当前最新状态”，涉及 5000+ 张表的 latest 查询，响应时间 < 1 秒。
SELECT last(*) FROM devices_st group by tbname;- 聚合分析：分析 A 车间 Line1 产线过去 24 小时每台 CNC 的可开动率，响应时间 < 2 秒。
SELECT device_id, count(ts) as total_count, sum( case status_code when 1 then 1 when 0 then 0 end )/ count(*) as oee
FROM devices_st
WHERE device_type='cnc' AND workshop='A车间' AND production_line='Line1'
AND ts >= now-24h
partition BY device_id
INTERVAL(1h) ;- 订阅功能：用于实时告警。订阅所有
status_code为错误码的数据，一旦触发，立即推送至告警中心，生成运维工单。告警延迟从原来的 1-2 分钟降低到毫秒级。
业务场景与业务价值
基于 TDengine TSDB 的落地，我们在多个业务场景中获得了直接收益。
- 实时参数展示：管理人员可快速查看每台设备的多个实时参数，以下数据存储于 TDengine TSDB。
- 设备运行时间、利用率趋势展示：可以更加便捷地从 TDengine TSDB 中查看每个设备不同运行状态的时间占比。其带来的业务价值体现在三个方面：
- 一目了然的产线健康度：管理者可快速识别利用率低的设备和时段；
- 精准的产能规划依据：基于历史趋势预测未来产能，优化排产计划；
- 停机根因分析入口：点击任意“停机”时段，可钻取查看具体报警日志和工艺参数，快速定位问题。
- 设备高级参数分析：加工设备的刀具效率、节拍分析与关键参数趋势监控页面，数据来源于 TDengine TSDB 的实时时序数据查询与窗口聚合计算。业务价值体现在：
- 帮助工艺人员快速判断刀具是否异常磨损、加工节拍是否波动，可用于后续预测性维护模型的数据基础；
- 通过实时趋势监控，可提前发现设备异常，如过热、卡滞、刀具磨损；
- 支持按秒级精度查看原始数据，适合深度分析工艺问题与异常加工事件。
- 工艺参数优化与追溯：借助 TDengine TSDB 的高效查询特点，我们可以轻松查询过去任意时间段的数据，查询响应也很及时。
围绕这一能力，关键收益如下：
- 实时监控能力增强：秒级刷新、不丢数据；
- 工艺优化依据：结合倍率稳定度判断加工策略是否合理；
- 历史追溯强：可查看任意时段趋势，用于工件质量问题分析；
- 高性能支持：单设备百万级数据量也能流畅展示。
相较原有方案，整体服务器资源成本降低了 60%，实时数据查询响应时间从分钟级优化至毫秒级，全厂设备健康状态的全局仪表盘刷新延迟显著降低，同时预测性维护模型的准确率提升了 25%，有效避免了非计划停机。
未来规划
TDengine TSDB 在发那科的成功应用，证明了其在工业物联网海量时序数据处理上的卓越能力。未来我们计划深化应用： 一方面，我们希望进一步探索利用 TDengine TSDB 的时序数据特征提取能力，直接在数据库层面为 AI 模型提供高质量特征数据，进一步简化处理流程。另一方面，我们也会持续关注 TDengine TSDB 与主流工业互联网平台、低代码工具以及 BI 软件的生态集成，构建更开放、更易用的智能制造数据分析套件。
我们相信，TDengine TSDB 持续作为数字化战略中坚实的数据基座，为制造业向智能化、数据驱动方向深化发展提供有力支撑。
关于北京发那科
北京发那科作为中国数控及工厂自动化领域的专业品牌，见证并深度参与了中国制造业蓬勃发展的 30 年，始终致力于 FANUC 全球领先的数控系统及工厂自动化产品及技术在中国的推广应用。产品与服务覆盖了汽车、通讯、电子、新能源、智能制造等先进制造各领域，已有超 160 万台产品应用于 10 万多家各行业企业，助力中国先进制造业的转型升级。其始终坚持切实创新和持续管理变革，以“成为智能制造价值型最佳伙伴”为愿景，以前瞻的行业洞察视角、有效的创新方法论、全价值链的解决方案、专业的人才梯队，长期陪伴客户一起成长。
作者：苗鹏、陈群建
