小T導讀：在鋼鐵行業的數字化轉型中，時序數據平臺正發揮越來越關鍵的作用。北京首鋼自動化信息技術有限公司（首自信）基于 TDengine TSDB，為某特鋼(gang)鋼(gang)鐵(tie)(tie)信息化項目打造了一套高效的數據存儲與分析平臺：實(shi)現(xian)了每秒(miao) 25 萬條數據的高并發寫(xie)入(ru)，毫秒(miao)級(ji)高性能(neng)查(cha)詢，高達 10% 的存儲空間(jian)壓(ya)縮(suo)率，助力鋼(gang)鐵(tie)(tie)行業用戶(hu)在設備(bei)監控(kong)、質量追溯等場景(jing)中實(shi)現(xian)數據驅動(dong)的智能(neng)決策，顯(xian)著降低了硬件與運維的成(cheng)本。本項目也成(cheng)為鋼(gang)鐵(tie)(tie)行業工業互聯網(wang)的標(biao)桿(gan)案例(li)。

選型思路與結果

在(zai)廠區生(sheng)產過程中，海量(liang)設備時序數據(ju)不(bu)斷涌現，給信(xin)息(xi)化(hua)系統帶來了不(bu)小的壓力(li)。某特鋼在(zai)實際(ji)運行中遇(yu)到三方(fang)面挑戰：一是(shi)日均(jun)產生(sheng)的數據(ju)量(liang)巨大，傳統數據(ju)庫(ku)難(nan)以支(zhi)撐(cheng)高并發寫入(ru)(ru)和(he)快速(su)查詢；二是(shi)存儲效率(lv)不(bu)足，硬件投入(ru)(ru)與(yu)維護成本(ben)居高不(bu)下；三是(shi)分析環節(jie)滯(zhi)后(hou)，難(nan)以實現實時的質量(liang)追(zhui)溯與(yu)故障預警，從而影響生(sheng)產優(you)化(hua)。

為幫助客戶解決這些問題，我們在(zai)時序數據庫選型階段(duan)重點考(kao)察了高(gao)并(bing)發寫入速度、存(cun)儲壓縮率、復雜查詢(xun)性能以及國產化屬性，并(bing)對 InSQL 與 TDengine TSDB 進行了深入對比，結果如下(xia)：

我們之所以(yi)選(xuan)擇 TDengine TSDB，主要基于兩(liang)點考(kao)慮：

• TDengine TSDB 卓越的寫入、查詢和存儲性能意味著系統所需的計算資源和存儲資源可以大幅度減少。這不僅降低了硬件成本，還減少了能源消耗和維護費用。
• TDengine TSDB 支持標準 SQL，并與眾多第三方軟件實現了無縫集成，用戶可以輕松地將現有系統遷移到 TDengine TSDB 上，無須重寫大量代碼。這種標準化和兼容性大大降低了學習和遷移成本。

TDengine 在首自信工業時序數據平臺中的落地

在首自信工業時序數據平臺中，TDengine TSDB 作為核心數據底座，構建了統一而高效的時序數據管理體系。依托超級表 + 子表 + 標簽架構，平臺建立了標準化數據字典，實現跨廠區設備的統一標簽管理與毫秒級檢索，支撐冷軋、熱軋等工序的參數分類查詢與全流程質量追溯。結合分布式計算引擎，系統通過毫秒級觸發 + 秒級輪詢機制(zhi)，實時完成(cheng)能(neng)耗(hao)關聯分析、設備超限預警(jing)等規則計(ji)算(suan)，并通過毫秒級接(jie)口將結果同步至集(ji)控系(xi)統和企業微信，形(xing)成(cheng)“采集(ji)—計(ji)算(suan)—決策”的閉環(huan)。

同時，借助多協議數據服務模塊，平臺能夠面向邊緣調控、能耗優化等場景，實時推送設備參數與報警信息，推動鋼鐵生產的數字化升級，真正實現從規范存儲—智能分析—價值落地的全鏈路閉環管理。

在架(jia)構層面，TDengine TSDB 以(yi)分(fen)布式設計高(gao)效(xiao)承(cheng)接設備產生的(de)(de)高(gao)頻時序數據寫入(ru)，確保存儲完整與可擴(kuo)展性；其強(qiang)(qiang)大的(de)(de)查詢與計算能力進(jin)一步配合(he)數據計算、服務等(deng)模塊，實(shi)(shi)現快速處(chu)理(li)(li)與結果輸(shu)出；通過(guo)分(fen)區分(fen)片與標簽化(hua)管(guan)理(li)(li)，平臺的(de)(de)存儲體系(xi)與數據字(zi)(zi)典邏輯實(shi)(shi)現深度契合(he)，大幅提(ti)升了(le)規范化(hua)和管(guan)理(li)(li)效(xiao)率。自 2024 年 7 月(yue)上線以(yi)來，系(xi)統持續穩(wen)定(ding)運行，未出現任何(he)問題(ti)，充分(fen)驗證了(le) TDengine TSDB 在工業場景下(xia)的(de)(de)高(gao)可靠(kao)性與強(qiang)(qiang)大承(cheng)載力，為(wei)某特鋼的(de)(de)數字(zi)(zi)化(hua)進(jin)程提(ti)供了(le)堅實(shi)(shi)的(de)(de)數據支撐。

數據建模經驗分享

數據庫建模

建庫語句：

CREATE DATABASE `iot` BUFFER 256 CACHESIZE 1 CACHEMODEL 'none' COMP 2 DURATION 1440m WAL_FSYNC_PERIOD 3000 MAXROWS 4096 MINROWS 100 STT_TRIGGER 1 KEEP 5256000m,5256000m,5256000m PAGES 256 PAGESIZE 4 PRECISION 'ms' REPLICA 3 WAL_LEVEL 1 VGROUPS 10 SINGLE_STABLE 0 TABLE_PREFIX 0 TABLE_SUFFIX 0 TSDB_PAGESIZE 4 WAL_RETENTION_PERIOD 3600 WAL_RETENTION_SIZE 0 KEEP_TIME_OFFSET 0 ENCRYPT_ALGORITHM 'none' S3_CHUNKSIZE 262144 S3_KEEPLOCAL 5256000m S3_COMPACT 0  

建庫參數設計說明：

• REPLICA 3：采用三副本機制，確保熱軋、冷軋等關鍵高價值數據實現零丟失，提升系統容災與可靠性。
• DURATION 1440m：設置數據文件的時間跨度為 1 天，按天自動分區，實現結構化管理。在查詢同一天數據時，可直接定位至對應文件組，有效減少磁盤 I/O 掃描，提高查詢效率。
• VGROUPS 10：針對鋼鐵生產高并發寫入場景，配置 10 個 vnode，并將子表均勻分布其中，實現數據分片。在檢索時能夠快速定位數據塊，縮小讀取范圍，從而加快查詢響應。

超級表建模

創建超級表語句：

CREATE STABLE `production_data_bool` (`ts` TIMESTAMP, `val` BOOL, `quality` SMALLINT) TAGS (`tagname` NCHAR(100), `deviceid` NCHAR(100)) ;

CREATE STABLE `production_data_int` (`ts` TIMESTAMP, `val` INT, `quality` SMALLINT) TAGS (`tagname` NCHAR(100), `deviceid` NCHAR(100)) ;

CREATE STABLE `production_data_double` (`ts` TIMESTAMP, `val` DOUBLE, `quality` SMALLINT) TAGS (`tagname` NCHAR(100), `deviceid` NCHAR(100)) ；

等18種類型超級表……………

在數(shu)據列設計(ji)上(shang)，針對 OPC 協議高(gao)頻采(cai)集、多測點(dian)共(gong)存及類型多樣(yang)的特點(dian)，平(ping)臺采(cai)用單(dan)列模(mo)型構建超級表，并為不(bu)同數(shu)據類型制(zhi)定(ding)相應的編碼與壓縮策略(lve)：

在標簽列設計上，所有超級表均包含 deviceid（設備 ID）和 tagname（參數類型）兩(liang)個標(biao)簽字段(duan)，并結(jie)合(he)業務層級（如“熱軋廠–加熱爐(lu)–溫度”）構建(jian)三級索引(yin)。查(cha)詢時通(tong)過(guo)標(biao)簽值過(guo)濾實現分區檢索，從而縮小掃描范圍并提升查(cha)詢效率。

落地效果分析

查詢效率

TDengine TSDB 依托卓越的查詢性能，尤其是高效的 interval 查詢機制與豐富的函(han)數(shu)支持，為首自信工(gong)業(ye)時(shi)序數(shu)據(ju)(ju)平(ping)臺的數(shu)據(ju)(ju)字段、數(shu)據(ju)(ju)計算(suan)和數(shu)據(ju)(ju)服務等核心模塊提(ti)供了毫秒(miao)級的響(xiang)應能(neng)力(li)。在此基礎上，平(ping)臺能(neng)夠支撐多種關(guan)鍵應用場(chang)景：

• 設備參數實時監控：在鋼鐵生產線上，針對軋機等關鍵設備的重要參數（如轉速），系統每 5 秒采集一次操作值及其質量狀態，幫助運維人員及時掌握設備運行情況。

• 數據采集完整性檢查：通過統計每個采集點對應的數據量，快速判斷采集是否完整，確保各測點正常工作，為后續數據分析和生產決策提供可靠的數據基礎。

• 產品質量穩定性分析：以鋼板厚度等質量指標為例，系統每隔 2520 毫秒獲取一次該指標的眾數（出現次數最多的值）及其質量狀態，并對趨勢進行分析，用于評估產品質量的穩定性。

成本顯著節約

依托 TDengine TSDB 的高壓縮存儲與卓越性能，平臺對硬件資源的需求大幅降低：原本需要 10 臺服務器的業務，現在僅需 3 臺即可支撐，硬件采購成本減少約 70%。同時，系統內置的自動化監控與分析功能有效降低人工巡檢頻次，運維人力成本也隨之下降約 20%。

決策效率飛升

在質量缺陷追溯環節，依托 TDengine TSDB 的快速查詢與分析能力，追溯時間由小時級縮短至分鐘級，最快僅需 5 分鐘即可定位問題根源。為生產決策提供了更及時、準確的數據支撐，整體效率提升約 80%。

智能運維與持續優化

作為首自信工業時序數據平臺的數據底座，TDengine TSDB 的穩定運行至關重要。為此，平臺采用 Grafana + TDinsight 3.x 組(zu)合方(fang)案，構(gou)建全方(fang)位、智能(neng)化的健康監測體系。借助 Grafana 的可(ke)視(shi)化能(neng)力(li)和 TDinsight 的深度洞察(cha)，系統能(neng)夠實時展(zhan)示數(shu)據庫及磁(ci)盤、內存、CPU 等(deng)關鍵(jian)資源(yuan)(yuan)的運(yun)行(xing)狀態，包括集(ji)群節點存活情況、資源(yuan)(yuan)使用(yong)率(lv)(lv)和磁(ci)盤讀寫速(su)率(lv)(lv)等(deng)。通過對(dui)這些(xie)數(shu)據的持續分(fen)析，運(yun)維團隊可(ke)以提前預(yu)判風險，并在(zai)需要時進行(xing)數(shu)據清理、擴容或查詢(xun)優化，實現從被動響應到主動預(yu)防的轉(zhuan)變，大幅提升了(le)運(yun)維效率(lv)(lv)并降(jiang)低(di)故障(zhang)發(fa)生率(lv)(lv)。

在應用 TDengine TSDB 的過程中，團隊也遇到過實際問題。例如，曾出現部分表壓縮比不高的情況。我們通過 SHOW TABLES DISTRIBUTED 命令檢查分布情況后發現，雖然數據按預期分布在多個節點，但部分數據塊未達到理想效果。為在不影響業務運行的前提下解決這一問題，我們決定采用 TDengine 官方提供的 COMPACT DATABASE START WITH ... END WITH ... 命令按時間段執行數據 compact 操作(zuo)。這一方法不(bu)僅有效提升了(le)壓縮(suo)率、減少(shao)了(le)存(cun)儲占用，還改(gai)善了(le)查詢性能，進一步(bu)驗證了(le) TDengine TSDB 在(zai)運維管理中的靈活性與可優化(hua)空間。

未來規劃

目前平臺在 TDengine TSDB 中采用單列模型(xing)。升(sheng)(sheng)級至 3.3.6.* 版(ban)本后，將引入虛(xu)擬(ni)表功(gong)能，把同一(yi)設(she)備(bei)(bei)的多(duo)個(ge)采集點位關聯在一(yi)張虛(xu)擬(ni)表中，實現“一(yi)個(ge)設(she)備(bei)(bei)一(yi)張表”。這種方式能夠(gou)實時(shi)反映數(shu)據(ju)變更，便于擴展，同時(shi)顯(xian)著提升(sheng)(sheng)查(cha)(cha)詢(xun)效(xiao)率，使平臺在數(shu)據(ju)查(cha)(cha)詢(xun)時(shi)更加簡單、便捷和高效(xiao)。

關于首自信

首自(zi)信(xin)(xin)公司以(yi)自(zi)動(dong)化(hua)(hua)信(xin)(xin)息化(hua)(hua)技術(shu)服務(wu)為核心主(zhu)(zhu)業(ye)(ye)(ye)，依托首鋼(gang)鋼(gang)鐵主(zhu)(zhu)業(ye)(ye)(ye)發展(zhan)優勢(shi)，培養造就了一支技術(shu)水平較(jiao)高(gao)、專(zhuan)業(ye)(ye)(ye)配套較(jiao)全(quan)、熟(shu)悉工藝、經驗豐富、能打硬仗的鋼(gang)鐵四級(ji)(ji)自(zi)動(dong)化(hua)(hua)隊伍(wu)，形成(cheng)了集自(zi)動(dong)化(hua)(hua)信(xin)(xin)息化(hua)(hua)系(xi)統(tong)(tong)設計、編程調試(shi)、設備成(cheng)套、安(an)(an)裝施工、運行維護、技術(shu)服務(wu)于一體(ti)的產(chan)業(ye)(ye)(ye)構架。在鐵、鋼(gang)、軋自(zi)動(dong)化(hua)(hua)控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)、二級(ji)(ji)數學(xue)模(mo)型、三級(ji)(ji) MES、四級(ji)(ji) ERP 的咨詢服務(wu)及(ji)系(xi)統(tong)(tong)開(kai)發，以(yi)及(ji)能源計量系(xi)統(tong)(tong)、交直流傳動(dong)系(xi)統(tong)(tong)、生產(chan)安(an)(an)防(fang)監控(kong)系(xi)統(tong)(tong)、網絡系(xi)統(tong)(tong)集成(cheng)等領域，形成(cheng)了一批擁有自(zi)主(zhu)(zhu)知識產(chan)權的核心技術(shu)、綜合解決(jue)方(fang)案(an)和軟件專(zhuan)利(li)產(chan)品(pin)，具有了承擔大型鋼(gang)鐵企業(ye)(ye)(ye)一至四級(ji)(ji)自(zi)動(dong)化(hua)(hua)信(xin)(xin)息化(hua)(hua)“交鑰匙”工程的整體(ti)實力。