作(zuo)者：李軍/三禾一科技

安(an)徽三禾(he)一(yi)信息(xi)科(ke)技(ji)有限公司（以下簡(jian)稱(cheng)三禾(he)一(yi)科(ke)技(ji)），專(zhuan)業(ye)從事大數據行業(ye)應用(yong)及工業(ye)互聯網解決方案，致(zhi)力(li)于攜(xie)手各(ge)行業(ye)客(ke)戶共同發現(xian)產業(ye)新價值。目前，三禾(he)一(yi)科(ke)技(ji)自研(yan)的3H1高(gao)端(duan)裝備(bei)運(yun)維(wei)服務平臺已(yi)經成功應用(yong)在(zai)高(gao)端(duan)裝備(bei)制造(zao)、汽車(che)制造(zao)、環保設備(bei)、色選機械、水泥行業(ye)等(deng)領域。

高端成(cheng)形(xing)裝(zhuang)備(bei)是(shi)國家(jia)的(de)戰(zhan)略性支柱產業，應(ying)用(yong)于汽(qi)車、石化(hua)、航空(kong)、航天、軍工、工程(cheng)機械、家(jia)用(yong)電器(qi)等國民經濟發(fa)(fa)展(zhan)中的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)領(ling)域(yu)，是(shi)許多重(zhong)(zhong)大工程(cheng)的(de)基(ji)礎。當前，新一代信(xin)息(xi)技術的(de)快速(su)發(fa)(fa)展(zhan)，使得高端成(cheng)形(xing)裝(zhuang)備(bei)制造(zao)業正處于由數字化(hua)、網絡化(hua)向智能化(hua)發(fa)(fa)展(zhan)的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)階段(duan)。

作為一(yi)(yi)個高端裝備(bei)運維服(fu)務(wu)平臺，3H1的(de)底(di)層物聯(lian)網數(shu)據(ju)(ju)庫(ku)要支持數(shu)百(bai)家企業、數(shu)十(shi)萬設(she)備(bei)的(de)接入，此前一(yi)(yi)直采用開源(yuan)的(de)InfluxDB，原因(yin)是在其(qi)單(dan)機版本(ben)基(ji)礎(chu)上(shang)可以擴展(zhan)多(duo)實例分庫(ku)架構，但在使用過程中一(yi)(yi)些缺(que)點也逐漸暴露，如硬(ying)件成本(ben)較高、維護難度較大，不便于橫(heng)向擴展(zhan)。所幸后來(lai)遇到10倍(bei)高性能數(shu)據(ju)(ju)庫(ku)TDengine，經多(duo)次試(shi)驗其(qi)各項指標均滿足業務(wu)需求，便一(yi)(yi)直使用至(zhi)今。

為什么選擇TDengine？

在(zai)裝(zhuang)備行業物聯(lian)網(wang)場景下實時(shi)數據量(liang)巨大，包括溫(wen)度、壓(ya)力、振動、位移(yi)等(deng)眾多參(can)數，針對這些(xie)參(can)數如何進行分析和預警都是難點。這些(xie)需求概況如下：

• 高并發數據寫入，每條記錄都需要帶時間戳；
• 不同傳感器設備需要記錄的數據字段不同，希望能夠針對不同設備單獨建表；
• 原始數據存儲要求在5年以上，需要支持數據壓縮，以降低數據存儲成本；
• 支持國產化，支持數據庫廠商服務快速響應。

選用(yong)(yong)TDengine Database社區版2.2.1.1進行分布式模擬(ni)試驗(yan)，用(yong)(yong)到(dao)了3臺配置如下(xia)的服(fu)務器(qi)：

組件	配置描述
CPU	4核
內存	15G
硬盤	4T
操作系統	CentOS Linux release 7.6
網絡	內網

測試一：驗證時序數據庫產品3臺數據庫節點時序數據寫入性能

模擬2個廠區共10個車(che)間的數(shu)據、每個車(che)間1000個監測點(dian)，每個監測點(dian)從2017-07-14 10:40:00.000開(kai)始寫入模擬數(shu)據，記(ji)錄時間戳間隔0.001秒，每個測點(dian)寫入500000條記(ji)錄。

8線程(cheng)寫(xie)(xie)入，在(zai)寫(xie)(xie)入超過50億條記(ji)錄(lu)后停止了寫(xie)(xie)入程(cheng)序。本次測試對(dui)50億條數據(ju)記(ji)錄(lu)的(de)寫(xie)(xie)入，平(ping)均寫(xie)(xie)入速度(du)達到191萬條/秒。

條數/秒	總時延（秒）
5000000000/2606= 1918635.03	2606.0193

測試二：驗證時序數據庫產品3臺數據庫節點時序數據壓縮能力

在測(ce)試一的基礎上，查(cha)看(kan)3臺數據庫節點實際文件(jian)大小，如(ru)下：

落盤后所有文件大小為36GB，

原始數據大小為(wei)5000000000*20/1024/1024/1024=93.13GB，

壓(ya)縮比為36 / 93.13 = 38.65%。

測試三：時序數據庫產品3臺數據庫節點對歷史時序數據按時間回溯查詢的性能

隨機選擇(ze)任(ren)一個測點(dian)(dian)，查(cha)詢該測點(dian)(dian)在某個時間(jian)段內(nei)的歷史數(shu)據，比(bi)如從2017-07-14 10:40:00.000 到(dao) 2017-07-14 10:40:10.000 10s內(nei)的共10001條數(shu)據記錄(lu)（數(shu)據輸(shu)出到(dao)文(wen)件）。

數(shu)據庫(ku)中對(dui)應查詢(xun)語句為：

  select * from d0 where ts >= ‘2017-07-14 10:40:00.000’ and ts <= ’2017-07-14 10:40:10.000’ >> /dev/null;   

測試批次	時延（秒）
1	0.052473
2	0.048442
3	0.054255
平均	0.051723

通(tong)過試(shi)驗(yan)證，TDengine的寫(xie)入性(xing)能高、并發高、查(cha)詢時延極短；整(zheng)體集群采用(yong)分布式架構，可靠性(xing)、穩定性(xing)、數據(ju)完整(zheng)性(xing)滿足項目需求。

在選型結果確(que)定之后，我們(men)便立刻對(dui)原有業務系統(tong)進行了升級改(gai)造(zao)，正式引入(ru) TDengine。

TDengine在3H1上的落地實踐

3H1高(gao)端裝(zhuang)備(bei)運維服(fu)務平臺(tai)重點解(jie)決高(gao)端成形裝(zhuang)備(bei)企業由制造化向服(fu)務化轉型的(de)關鍵問題，為企業提供工(gong)業互聯網(wang)與智(zhi)能運維的(de)整體(ti)解(jie)決方案。

平(ping)臺(tai)(tai)總(zong)體(ti)架構如圖(tu)1所示，其(qi)中，TDengine與高端成形(xing)裝備(bei)的(de)智能(neng)數(shu)據采(cai)集終端模塊相連，助力采(cai)集終端完成對設備(bei)運行數(shu)據的(de)采(cai)集，為(wei)系統(tong)(tong)提供(gong)(gong)設備(bei)數(shu)據基礎(chu)；工(gong)業云(yun)計(ji)算服(fu)務(wu)(wu)平(ping)臺(tai)(tai)提供(gong)(gong)系統(tong)(tong)數(shu)據的(de)存儲、轉換、分析等，為(wei)系統(tong)(tong)提供(gong)(gong)業務(wu)(wu)數(shu)據支持；智能(neng)運維服(fu)務(wu)(wu)系統(tong)(tong)由裝備(bei)智能(neng)運維服(fu)務(wu)(wu)平(ping)臺(tai)(tai)和智能(neng)運維服(fu)務(wu)(wu)APP組成，分別為(wei)企業人員提供(gong)(gong)系統(tong)(tong)和移(yi)動端的(de)服(fu)務(wu)(wu)支持。

針對企(qi)業多種(zhong)應用(yong)場(chang)景(jing)，系統應用(yong)服務共分(fen)為六大功能(neng)模塊。

（1）企業駕駛艙：主要是服務(wu)于設(she)備(bei)制造企(qi)(qi)業(ye)的(de)管理者，方(fang)便了解平臺數據情(qing)況與(yu)關(guan)(guan)鍵業(ye)務(wu)流程(cheng)的(de)指標，從整體界面上(shang)可以很方(fang)便的(de)了解到設(she)備(bei)的(de)售賣(mai)情(qing)況，企(qi)(qi)業(ye)接(jie)入(ru)的(de)信(xin)息(xi)，平臺數據的(de)采集情(qing)況。同時還可以對一些關(guan)(guan)鍵的(de)業(ye)務(wu)流程(cheng)，包(bao)括(kuo)企(qi)(qi)業(ye)設(she)備(bei)的(de)監控、報(bao)警信(xin)息(xi)的(de)展示(shi)、維(wei)修效率(lv)的(de)管理、設(she)備(bei)的(de)故(gu)障情(qing)況和三(san)包(bao)任務(wu)的(de)信(xin)息(xi)進行(xing)追蹤(zong)與(yu)管理，如(ru)圖2所示(shi)。

（2）設備資源管理：主(zhu)要(yao)(yao)的目的是為了給每一(yi)個高端成形裝備建立(li)電子檔(dang)案，以便了解設(she)(she)(she)備歷史(shi)、當(dang)前(qian)情況，優化設(she)(she)(she)備運行，預測設(she)(she)(she)備未來狀況，查看具(ju)體的設(she)(she)(she)備信息(xi)時主(zhu)要(yao)(yao)展(zhan)示設(she)(she)(she)備的四(si)個維度——當(dang)前(qian)工況、健康分析、維修情況和歷史(shi)工況。

圖(tu)3所(suo)示的當(dang)前(qian)(qian)工況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)方便用(yong)戶了(le)解(jie)設(she)(she)(she)備(bei)(bei)的基本信(xin)息、關鍵(jian)指標和報警情況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)，還能夠提供設(she)(she)(she)備(bei)(bei)當(dang)前(qian)(qian)情況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)的總覽(lan)。圖(tu)4所(suo)示為健康分(fen)析，其目的則是讓設(she)(she)(she)備(bei)(bei)用(yong)戶更加深入地了(le)解(jie)設(she)(she)(she)備(bei)(bei)的當(dang)前(qian)(qian)狀況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)、設(she)(she)(she)備(bei)(bei)的健康狀況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)隨(sui)著時(shi)間的變化(hua)情況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)，如果設(she)(she)(she)備(bei)(bei)當(dang)前(qian)(qian)面(mian)臨故障(zhang)風(feng)(feng)險(xian)，也(ye)能快速查(cha)找(zhao)到引起(qi)風(feng)(feng)險(xian)的故障(zhang)原因以及故障(zhang)模(mo)(mo)塊(kuai)。維修情況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)則是給了(le)用(yong)戶設(she)(she)(she)備(bei)(bei)維修信(xin)息的總覽(lan)和當(dang)前(qian)(qian)維修任務(wu)的流(liu)程(cheng)跟(gen)蹤，如圖(tu)5所(suo)示。歷史工況(kuang)(kuang)(kuang)(kuang)則是為了(le)進行故障(zhang)模(mo)(mo)塊(kuai)預排查(cha)，如圖(tu)6所(suo)示。

（3）維修服務管理：主(zhu)要(yao)提供給維(wei)修服務(wu)部(bu)門人員所維(wei)修任(ren)(ren)務(wu)當前和(he)歷(li)史的(de)效率(lv)分析。維(wei)修任(ren)(ren)務(wu)展示(shi)當前待處理的(de)任(ren)(ren)務(wu)數量，比如(ru)待接單、待派單和(he)待回(hui)訪(fang)，同時(shi)還(huan)可以對每個(ge)維(wei)修任(ren)(ren)務(wu)進(jin)行查看(kan)和(he)操作，查看(kan)的(de)內容具(ju)體到維(wei)修流程的(de)每一個(ge)環節，如(ru)圖7所示(shi)。

維(wei)(wei)修效(xiao)率(lv)分析則是對維(wei)(wei)修中(zhong)的(de)關鍵(jian)效(xiao)率(lv)指標(biao)進(jin)行(xing)統計分析、近一年來(lai)的(de)訂單量(liang)的(de)變化情況、維(wei)(wei)修響應時間變化情況、故障(zhang)類型分布、維(wei)(wei)修人員任務(wu)統計，方便維(wei)(wei)修管(guan)理(li)人員對維(wei)(wei)修服務(wu)和(he)效(xiao)率(lv)進(jin)行(xing)管(guan)理(li)，如圖(tu)8所示。

（4）設備健康分析：通過分析設備的歷史和當前(qian)設備信息來預測設備未(wei)來可能發生(sheng)的故障，并且給出故障的可能性(xing)和類型，方(fang)便維修(xiu)部門為用戶(hu)(hu)指定維保策略，主動聯系用戶(hu)(hu)，如圖9所示(shi)。

（5）三包服務管理：服務(wu)于三包部門，提供當前維保(bao)活動提醒(xing)、設備維保(bao)活動記錄、設備維保(bao)到期預警(jing)等功能(neng)。

（6）備品備件管理：備(bei)(bei)(bei)品(pin)備(bei)(bei)(bei)件(jian)管理通(tong)過(guo)將與維(wei)修(xiu)保養(yang)(yang)相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)備(bei)(bei)(bei)品(pin)備(bei)(bei)(bei)件(jian)也都建檔立(li)案。用戶和(he)各相(xiang)關部門(men)人員可以在移動端和(he)系統端進行備(bei)(bei)(bei)品(pin)備(bei)(bei)(bei)件(jian)查詢申請審(shen)批等操作，較少不必要的(de)(de)(de)(de)工作流程，提(ti)高維(wei)修(xiu)保養(yang)(yang)效(xiao)率。同時通(tong)過(guo)數(shu)據分析來預(yu)測備(bei)(bei)(bei)品(pin)備(bei)(bei)(bei)件(jian)需(xu)求量，保證需(xu)求的(de)(de)(de)(de)同時減少企業(ye)的(de)(de)(de)(de)庫存成本。

在(zai)應用TDengine Database后，這六大功(gong)能(neng)模塊在(zai)使(shi)用效(xiao)(xiao)果(guo)上也獲得了顯著提升，不光體現在(zai)數據的寫入、查詢性能(neng)上，同(tong)時也體現在(zai)高效(xiao)(xiao)的壓縮效(xiao)(xiao)率上，真正實現了性能(neng)和(he)成(cheng)本平衡的最優化(hua)。

未來規劃

目前，在(zai)搭(da)載TDengine Database后(hou)，3H1原有業務系統在(zai)升級改造后(hou)獲得了(le)極大(da)的(de)提(ti)升，不(bu)僅降低了(le)研發(fa)和維護的(de)成本，同時實現了(le)橫向(xiang)擴展(zhan)。TDengine優異的(de)查(cha)詢性(xing)能(neng)給我(wo)們(men)帶來了(le)很大(da)的(de)驚喜，極高的(de)壓縮效率，也給我(wo)們(men)節省了(le)大(da)量的(de)存儲資源。未來，我(wo)們(men)也會嘗試(shi)在(zai)更多(duo)場景(jing)應用TDengine，加(jia)強(qiang)與TDengine的(de)深(shen)度(du)合(he)作。