小T導讀：鋼鐵行業車間級數據中心建設面臨三大挑戰：產線點位龐大帶來的海量數據、傳感器毫秒級采樣帶來的高頻數據、以及生產調控指令需要的強實時性。傳統工業實時數據庫在結構化存儲上存在瓶頸，關系型數據庫也難以支撐高并發寫入與查詢。在這樣的背景下，中冶京誠數字科技（北京）有限公司早在 2021 年就采用 TDengine TSDB 2.x 支撐生(sheng)產業務(wu)，至今四(si)年穩定運(yun)行零故障，不僅滿(man)足性(xing)能需求，還顯(xian)著降(jiang)低了(le)運(yun)維成本。憑借(jie)專為時(shi)序數據(ju)優化(hua)(hua)的(de)架構(gou)，TDengine TSDB 單機每(mei)秒可(ke)寫(xie)入百萬行數據(ju)，查詢響應保持在毫秒級，壓縮比最(zui)高(gao)達 10:1，從根本上降(jiang)低存(cun)儲(chu)開銷，為鋼鐵智能車間(jian)構(gou)建了(le)穩定高(gao)效的(de)數據(ju)底座，助力(li)工藝(yi)優化(hua)(hua)與能效提升。本文將分享中(zhong)冶京誠基于 TDengine TSDB 的(de)實踐(jian)經驗與成效。

背景和痛點

在國家政策推動下，鋼鐵(tie)行業(ye)數(shu)字(zi)化轉型已成為高質量發展的核(he)心(xin)路徑。作為國民經濟的支柱產業(ye)，鋼鐵(tie)行業(ye)正面臨產能過剩、環保壓(ya)力和質量提升等多重(zhong)挑戰，迫切需要借助智能制(zhi)造實現高效、綠(lv)色(se)、安全的生產。在建設(she)車間級數(shu)據中心(xin)時，我們重(zhong)點(dian)考慮以(yi)下因(yin)素(su)：

1. 寫入、查詢性能要求高

鋼鐵生產數(shu)據(ju)規模龐大、實(shi)時性要求(qiu)極高，采集(ji)頻率往往達到(dao) 100ms 甚至更快(kuai)。傳(chuan)統分(fen)散式系統難以支(zhi)撐智能決(jue)策，關系型數(shu)據(ju)庫(ku)在高并發寫入和(he)實(shi)時查(cha)詢(xun)方面也難以滿(man)足需求(qiu)，因此必須選擇(ze)一款具備(bei)高性能結構(gou)化存儲能力的(de)平臺，才(cai)能成為車(che)間級數(shu)據(ju)中心的(de)可靠支(zhi)撐。

2. 存儲成本控制

鋼鐵生產數據量大，如果依賴傳統工業實時數據庫，往(wang)往(wang)在結構化存(cun)(cun)(cun)儲和(he)壓(ya)縮方面存(cun)(cun)(cun)在瓶頸(jing)，導致高昂的成本(ben)。因此我們需要一款壓(ya)縮率高、能(neng)顯著降低(di)存(cun)(cun)(cun)儲開(kai)銷的數(shu)據庫產(chan)品，才可能(neng)實現可持續的規模化數(shu)據管理，降低(di)成本(ben)。

3. 使用與運維成本

系統不僅要性(xing)能卓越，還需易(yi)用、穩定。理想的平臺應具備：安裝(zhuang)部署(shu)簡便、后期(qi)運維成本低；開(kai)發友好(hao)，支持多語言與多工具集成；并在穩定性(xing)上表現可靠，確保長期(qi)運行的安全性(xing)和連續性(xing)。

多家產品 PK 后的選擇

在數據(ju)庫選(xuan)型(xing)方面，我們進行(xing)(xing)了嚴格測試與(yu)比對(dui)。國家政策明確要求關鍵行(xing)(xing)業(ye)實現國產化替(ti)代，而鋼(gang)鐵作為國民經濟支柱產業(ye)，更需規避數據(ju)安全與(yu)技術封鎖(suo)風險。因此在車間(jian)級數據(ju)中(zhong)心(xin)建設中(zhong)，我們選(xuan)擇(ze)國產產品，并通(tong)過(guo)調研篩(shai)選(xuan)出三家廠(chang)商進行(xing)(xing)壓(ya)力測試：

• 產品一：來自國內某互聯網大廠，基于已有物聯網平臺進行私有化部署，經測試產品性能上滿足要求。但該產品對服務器硬件配置要求極高，架構復雜、組件繁多，部署繁瑣，后續運維對人員的要求極高，我方需要投入很大資源才能自行進行運維。
• 產品二：基于已有關系型數據庫進行二次開發，結構化數據存儲方面，該產品表現優異。但是測試過程中隨著數據量的增加，系統資源占用驟增，無法滿足高頻大批量的數據采集需求。
• 產品三（TDengine TSDB）：研發人員可直接下載、安裝、測試，支持標準 SQL，開發人員零門檻即可開展業務驗證。憑借批量寫入機制，吞吐量大幅提升，在普通服務器上即可滿足車間級采集、存儲和查詢需求，與其他產品相比，顯著降低硬件投入。同時，超級表功能有效支持車間建模、存儲，簡化了數據管理與使用門檻。

綜合(he)性(xing)能、成(cheng)本與易(yi)用性(xing)，我們(men)最終(zhong)選擇了(le) TDengine 時序數(shu)據(ju)庫(ku)作為車(che)間(jian)級數(shu)據(ju)中心的底(di)層(ceng)數(shu)據(ju)庫(ku)平臺。

業務場景落地

中冶(ye)京誠數(shu)(shu)(shu)字科技充分發揮在冶(ye)金領域的(de)(de) KnowHow 能力，使用 TDengine TSDB 的(de)(de)超(chao)級表功能對車(che)間進行工(gong)藝建(jian)模，為各個(ge)工(gong)藝段、車(che)間和(he)工(gong)序(xu)建(jian)立覆蓋生產過程的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)模型。通(tong)過較高頻率的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)采集(ji)，對所涉及的(de)(de)控制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)和(he)單機設備實(shi)現全(quan)(quan)量采集(ji)與存(cun)儲，并在此基礎上(shang)完(wan)成必(bi)要的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)處理，形成穩定(ding)可靠的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)服(fu)務體系(xi)。依托在冶(ye)金行業與控制(zhi)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)積累，我們實(shi)現了鋼鐵生產全(quan)(quan)過程的(de)(de)數(shu)(shu)(shu)據(ju)(ju)采集(ji)、存(cun)儲、處理與服(fu)務。

該項目自 2021 年(nian)投(tou)產以來，共接入(ru) 12 套 PLC，采集頻率達到 100ms，系統已穩定運行四年(nian)多，至今保(bao)持零故障。

TDengine TSDB 的使用效果

1. 寫入、查詢性能高

TDengine TSDB 在數據(ju)文件(jian)塊(kuai)的(de)(de)頭部(bu)存儲了該數據(ju)文件(jian)塊(kuai)的(de)(de)統計(ji)信息(xi)，包(bao)括最大值、最小值和數據(ju)總和，當查(cha)詢處(chu)理涉及這些(xie)計(ji)算(suan)結果時，可以(yi)(yi)直接利(li)用這些(xie)預計(ji)算(suan)值，無(wu)須再訪問數據(ju)文件(jian)塊(kuai)的(de)(de)具體內容。對(dui)于那些(xie)硬盤(pan) I/O 成為瓶頸的(de)(de)查(cha)詢場景(jing)，其利(li)用預計(ji)算(suan)結果可以(yi)(yi)有效減輕讀取(qu)硬盤(pan) I/O 的(de)(de)壓(ya)力(li)，從(cong)而提高查(cha)詢速度(du)。

而且 TDengine TSDB 還提供了緩存功能，即使在存儲大量數據情況下，也能快速查詢設備的最新數據，給應用業務查詢帶來很大便利性，查詢 last 最新數據、count 等操作都在毫秒級別響應。

2. 壓縮率高

TDengine TSDB 在存儲架構上采用了列式存儲技術，還采用了差值編碼技術，大幅度減少存儲所需的信息量。對數據進行二次壓縮，壓縮率通常可以達到 10% 以內，在(zai)某(mou)些情況下甚至能達到更(geng)高。

以其中一個超級表 mot 為例，存儲數據量接近 400 億條，壓縮率（下圖中的 Comp）為 10%，占據空間大小（下圖中的 Size）為 272GB，查詢最新數據耗時是 0.08s 左右，極大降低了存儲成本。其他超級表（ritmodel、pv）壓縮(suo)率能達到(dao) 2%、3%左右。

再看下圖，該集群采用 雙副本架構，由 2 臺 TDengine TSDB 服務器和 1 個仲裁節點組成。業務數據同時存放在兩臺 TSDB 服務器上，每臺機器各保留一份完整副本，磁盤空間占用約 756GB。

3. 運維成本低

自 2021 年上線 TDengine TSDB 2.x 并升(sheng)(sheng)級至 2.6.0.28 版本(ben)以(yi)來，系(xi)統始終保持穩定運(yun)行。雙(shuang)副本(ben)機(ji)制確保了高可(ke)用性(xing)，在版本(ben)升(sheng)(sheng)級與日常運(yun)維方(fang)面(mian)也比較簡便。目前 2.6 版本(ben)運(yun)行穩定暫(zan)時不需要(yao)升(sheng)(sheng)級到最新的 3.x 新版本(ben)。

此外，服(fu)務端資源占用(yong)低，CPU、內存使用(yong)穩定，詳見如下兩(liang)張圖：

未來規劃

目前，我們已將 TDengine TSDB 應用于智能環保管理系統，在數據處理性能、運維成本和開發效率方面均取得顯著提升。未來，我們計劃將其推廣至能源管理系統等更多業務場景。與此同時，隨著 AI 技術的不斷成熟，TDengine IDMP 已集成多項(xiang)智能功能，我們也(ye)將(jiang)持續(xu)關(guan)注 TDengine TSDB 的新版本(ben)特性，進一步(bu)拓(tuo)展應(ying)用邊界，充分(fen)發揮其能力，提(ti)升我們的產品(pin)市場競爭力。

作(zuo)者： 京(jing)誠數科車間(jian)團隊

關于中冶京誠

中冶京(jing)誠數(shu)字科技（北(bei)京(jing)）有限(xian)公(gong)司(si)是(shi)中冶京(jing)誠的全(quan)(quan)資子公(gong)司(si)，已通過(guo)國家“雙軟”認證及全(quan)(quan)球(qiu)權威標準 CMMI 5 級認證。公(gong)司(si)深耕冶金行(xing)業十(shi)余年(nian)，專注于提(ti)(ti)供涵蓋智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)設計、智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)設備、智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)控制(zhi)(zhi)到智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)管(guan)理的全(quan)(quan)流程解決(jue)方案(an)，助力冶金企(qi)(qi)業實現(xian)數(shu)字化轉型與(yu)產業升級。作為行(xing)業內知(zhi)名(ming)的智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)制(zhi)(zhi)造軟件(jian)與(yu)服務(wu)提(ti)(ti)供商(shang)，公(gong)司(si)先(xian)后承擔工(gong)信部工(gong)業互聯網(wang)大數(shu)據應用服務(wu)及多(duo)個試點示范(fan)項目(mu)，并獲國家兩化融合咨詢服務(wu)企(qi)(qi)業和智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)制(zhi)(zhi)造集(ji)成商(shang)資質，持續為行(xing)業客戶(hu)提(ti)(ti)供專業的智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)制(zhi)(zhi)造整體(ti)方案(an)。