什么是生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺

　　顧名思義，生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺是將生產(chǎn)企業(yè)各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一起的軟件平臺。

　　生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺主要涵蓋兩類的數(shù)據(jù)，一類是流程數(shù)據(jù)，即常說的模擬量和開關(guān)量，如現(xiàn)場的溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)；另一類是關(guān)系數(shù)據(jù)，例如設備參數(shù)、生產(chǎn)工藝配方、生產(chǎn)成本等；早期觀點認為生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺只包括第一類的數(shù)據(jù)，但是隨著各行業(yè)數(shù)據(jù)應用的逐步深入，發(fā)現(xiàn)第二類數(shù)據(jù) 和第一類數(shù)據(jù)在某些應用中是不可分割的，因此現(xiàn)在主流認知是將這兩類數(shù)據(jù)都包括到生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺的概念中來。注：流程數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲方式和使用方法都有比較大的差異，本文側(cè)重介紹流程數(shù)據(jù)使用的討論。

　　流程行業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

　　自二十世紀九十年代開始，實時/歷史數(shù)據(jù)庫的概念開始進入到我國的工業(yè)領(lǐng)域，首先應用到了石化和電力行業(yè)。起初是為單套控制系統(tǒng)配套的歷史數(shù)據(jù)存儲，或為一些特定的系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)支持；

　　進入二十一世紀后，這些行業(yè)都從單裝置數(shù)據(jù)的使用逐步形成了廠級數(shù)據(jù)平臺的概念；隨著這些行業(yè)信息化的進一步發(fā)展，集團化和集約化發(fā)展方向更加明顯，對于數(shù)據(jù)平臺的要求又達到了新的高度，即全集團將各下屬企業(yè)的大量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到地區(qū)甚至全國的數(shù)據(jù)中心，進行統(tǒng)一的應用和分析。

　　流程企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺的基本功能

　　為了討論當今大型集團化企業(yè)需要什么樣的生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺，讓我們先來看一下流程行業(yè)數(shù)據(jù)平臺的基本特點和功能：

　　流程行業(yè)數(shù)據(jù)的特點

　　1)數(shù)據(jù)變化快：流程行業(yè)數(shù)據(jù)大多是自動化系統(tǒng)自動采集的溫度、壓力、電壓、電流、流量、轉(zhuǎn)速等高速變化的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變化的頻率達到秒級甚至毫秒級；

　　2)數(shù)據(jù)量大：流程行業(yè)的生產(chǎn)裝置大都會關(guān)聯(lián)大量的數(shù)據(jù)，例如一座百萬級燃煤發(fā)電機組大概會有3萬個以上的測點，而一套90萬噸乙烯裝置也至少要有5萬個以上的測點；

　　3)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，基本只有時間和測點名稱兩個維度：這兩個維度屬性加一個實際的數(shù)據(jù)值基本就構(gòu)成了一條完整的數(shù)據(jù)記錄，使用點名和時間就可以完成數(shù)據(jù)檢索，而不像關(guān)系數(shù)據(jù)庫的記錄具有大量的維度和關(guān)聯(lián)信息；

　　基于以上特點，流程行業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺應具有以下基本功能：數(shù)據(jù)采集功能

　　1)具有標準通訊協(xié)議的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集：

　　自動化數(shù)據(jù)采集使用例如Modbus、OPC等標準協(xié)議，由于OPC協(xié)議在自動化行業(yè)的普及和成熟，主流自動化廠家基本都支持OPC協(xié)議進行數(shù)據(jù)通訊，方便而高效；

　　2)對各類使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集：

　　工廠除自動化系統(tǒng)外，還有一些生產(chǎn)管理系統(tǒng)需要同生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺進行數(shù)據(jù)交互，例如EAM（資產(chǎn)管理系統(tǒng)），MES（制造業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)），一些大廠家的這些系統(tǒng)已經(jīng)和主流的工業(yè)數(shù)據(jù)庫有標準接口進行數(shù)據(jù)交互，也就是說只需要在這些系統(tǒng)中對測點和工業(yè)數(shù)據(jù)庫中的測點對應做一些配置，系統(tǒng)就會自動完成兩個系統(tǒng)間的將數(shù)據(jù)交互；其它的使用OLEDB或者ODBC通訊方式進行數(shù)據(jù)交互即可；

　　3)其它數(shù)據(jù)采集

　　對于各類非標數(shù)據(jù)，現(xiàn)在市場上成熟的工業(yè)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品大都提供方便的數(shù)據(jù)采集方式，如在某Excel表格中手工錄入，或者導入到指定格式的文本文件，由工業(yè)數(shù)據(jù)庫自動采集，或者使用工業(yè)數(shù)據(jù)庫廠家提供的API和SDK寫入到數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)存儲功能

　　數(shù)據(jù)存儲好比于一輛汽車的動力總成，是整個生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺的核心，主要是靠工業(yè)實時/歷史數(shù)據(jù)庫來完成，因為介紹工業(yè)實時/歷史數(shù)據(jù)庫的資料比較多，本文不做太多贅述。

　　數(shù)據(jù)使用

　　數(shù)據(jù)平臺中的數(shù)據(jù)使用方式有如下幾種：

　　1)數(shù)據(jù)平臺軟件自己的查詢分析軟件

　　大部分數(shù)據(jù)平臺軟件都有自己比較完整的客戶端軟件，如組態(tài)展示軟件，報表制作軟件，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)展示客戶端等；此類軟件的特點是支持數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)刷新快；

　　2)使用數(shù)據(jù)平臺軟件廠家提供的專有通訊協(xié)議進行應用程序開發(fā)

　　客戶使用實時/歷史數(shù)據(jù)庫廠家提供的API和SDK自己開發(fā)一些應用程序讀寫數(shù)據(jù)，滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)查詢分析的需要，甚至自己編寫數(shù)據(jù)采集接口；這類協(xié)議通訊的特點是，速度快，通訊量大。

　　3)使用標準的通訊協(xié)議進行系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互

　　數(shù)據(jù)平臺廠家一般都提供標準的自動化協(xié)議，如OPC協(xié)議等，方便其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)使用要求，另外對于以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，如SAP,EAM,MES系統(tǒng)等，用戶可以通過OLEDB和ODBC接口編寫SQL語句或者存儲過程實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互；

　　企業(yè)級數(shù)據(jù)平臺的典型結(jié)構(gòu)

　　企業(yè)級數(shù)據(jù)平臺的典型結(jié)構(gòu)如下：

　　分布在廠區(qū)各生產(chǎn)單元或多套生產(chǎn)單元使用一個接口工作站從控制系統(tǒng)（或其它數(shù)據(jù)源系統(tǒng)）采集數(shù)據(jù)，這些接口工作站將數(shù)據(jù)通過局域網(wǎng)發(fā)送給廠級實時/歷史數(shù)據(jù)庫，然后上層的各類數(shù)據(jù)分析和使用系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)查詢分析客戶端都從廠級中心數(shù)據(jù)存儲服務器讀取數(shù)據(jù)。

　　注：本圖為功能示意圖，所有圖元的數(shù)量都不與實際對應，例如控制系統(tǒng)的種類、接口工作站的個數(shù)、數(shù)據(jù)存儲服務器的個數(shù)等；所有圖元的功能也不考慮冗余配置的需求，只側(cè)重于功能應用的討論。

　　集團級數(shù)據(jù)平臺實現(xiàn)方式

　　集團級數(shù)據(jù)平臺幾種主要構(gòu)架方式：

　　單層結(jié)構(gòu)的集團級數(shù)據(jù)平臺

　　對于下屬企業(yè)比較集中且個數(shù)不多的集團，可采用此類結(jié)構(gòu)，下屬企業(yè)分別使用自己獨立的數(shù)據(jù)庫：集團用戶和下屬企業(yè)用戶都使用處于數(shù)據(jù)相同層級的客戶端軟件和訪問方式訪問下屬企業(yè)的數(shù)據(jù)庫；

　　優(yōu)點：這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是架構(gòu)穩(wěn)定，各下屬企業(yè)都有自己獨立的數(shù)據(jù)庫，這些下屬企業(yè)的客戶端使用企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)訪問自己所屬企業(yè)服務器時訊穩(wěn)定、速度快；

　　缺點：缺點是總部客戶端需要訪問多個不同的下屬企業(yè)的服務器，數(shù)據(jù)容易混淆，且綜合分析不方便，如果連接到下屬企業(yè)的網(wǎng)絡不穩(wěn)定，會影響總部客戶端的使用。集團采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫：集團用戶和下屬企業(yè)用戶都使用處于數(shù)據(jù)相同層級的客戶端軟件和訪問方式訪問總部唯一的數(shù)據(jù)庫，結(jié)構(gòu)如下圖：

　　優(yōu)點：這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點恰恰是第一種結(jié)構(gòu)的缺點，總部客戶端只需訪問總部的服務器，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和速度都可以得到保證，且數(shù)據(jù)源單一，便于整個集團的數(shù)據(jù)一致性，投資較小。

　　缺點：數(shù)據(jù)接口服務器需要放置在各下屬企業(yè)，如下屬企業(yè)與總部的連接不穩(wěn)定或者帶寬不夠，容易造成數(shù)據(jù)實時性差，穩(wěn)定性差，且數(shù)據(jù)不能進行甄別，必須由接口服務器全部送到總部服務器，對網(wǎng)絡帶寬要求高；下屬企業(yè)的客戶端訪問總部服務器也會有類似問題，實時性和穩(wěn)定性會受網(wǎng)絡的影響較大。

　　多層結(jié)構(gòu)的集團級數(shù)據(jù)平臺

　　適用于下屬企業(yè)較多，數(shù)據(jù)相對集中的集團，多層結(jié)構(gòu)的應用方式是把所屬企業(yè)數(shù)據(jù)平臺（包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)存儲）作為下屬單元，把這些數(shù)據(jù)平臺當作數(shù)據(jù)源，總部再設置一層（可多層，如地區(qū)級總部，全國級總部）獨立的實時/歷史數(shù)據(jù)庫，結(jié)構(gòu)如下圖：

　　優(yōu)點：集團總部和各下屬企業(yè)的服務器數(shù)據(jù)及應用都相對獨立，互相干擾性小，且下層數(shù)據(jù)服務器可以作為上層數(shù)據(jù)服務器的數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)健壯性好；

　　缺點：投資相對較大，如果集團規(guī)模較大，上層服務器的點數(shù)規(guī)模也較大，對硬件軟件要求都比較高。

　　基于云結(jié)構(gòu)的集團級數(shù)據(jù)平臺

    對于數(shù)據(jù)點分散且多，底層總數(shù)據(jù)量大的企業(yè)，以中石油為例，既有分布在全國甚至全球的油井，煉油廠，又有各地多個終端銷售機構(gòu)，如此分散的空間布置，如果采用多層結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)平臺模式，單點的軟件部署數(shù)量過多，成本太高，且對于總部服務器要求高（單服務器數(shù)據(jù)存儲數(shù)量太大，只能選擇上傳部分數(shù)據(jù)）；因此考慮基于網(wǎng)絡云技術(shù)，實現(xiàn)云結(jié)構(gòu)的集團級數(shù)據(jù)中心；

　　在這種結(jié)構(gòu)中，各下屬企業(yè)根據(jù)規(guī)模大小和地域分布靈活的采用獨立服務器和分布式服務器的方式；例如相對分散的油井則只在現(xiàn)場布置前置機采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的存儲和分析功能使用云技術(shù)放到一臺或多臺在這個區(qū)域中的數(shù)據(jù)服務器中，然后將這些分布在廣域位置的分散服務器使用云技術(shù)與總部服務器連接；云技術(shù)將相同的數(shù)據(jù)存儲在多臺PC或者服務器上面，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的云備份；如果用戶提出檢索或者計算需求，云技術(shù)也會把這種檢索和計算功能分散給多臺PC或者服務器來執(zhí)行；根據(jù)云技術(shù)的特點，總部不需設置巨大的集中服務器，集團內(nèi)所有的PC和服務器都可以虛擬成一臺大的數(shù)據(jù)服務器，所有數(shù)據(jù)的檢索和分析都在這臺虛擬的服務器上完成，結(jié)構(gòu)如下圖：

　　優(yōu)點：使用云技術(shù)，可以將傳統(tǒng)服務器的功能分擔到多臺甚至上百臺PC機或者服務器上實現(xiàn)，備份功能和數(shù)據(jù)分析計算功能增強，系統(tǒng)健壯性和穩(wěn)定性也大大增強；對于集團的用戶，既可以使用傳統(tǒng)的查詢方式訪問采用單一服務器企業(yè)的數(shù)據(jù)服務器，保證數(shù)據(jù)的實時性和查詢速度，也可以使用云檢索技術(shù)查詢整個集團的全部數(shù)據(jù)，大大提高數(shù)據(jù)檢索能力和巨量數(shù)據(jù)的計算能力；因為基于云技術(shù)，實際的數(shù)據(jù)存儲已經(jīng)與物理結(jié)構(gòu)關(guān)系不大，系統(tǒng)擴充和升級非常簡單易行，硬件的維護升級影響和費用都大大降低。

　　缺點：項目施工復雜性增強，對維護人員的要求較高；前期投入資金相對較大。

　　流程行業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺未來展望

　　系統(tǒng)集成能力的提高

　　隨著工業(yè)自動化和信息化技術(shù)的發(fā)展，怎樣以工廠應用模型為基礎(chǔ)，和數(shù)據(jù)平臺有機結(jié)合，使用戶可以方便的根據(jù)工廠應用模型訪問與之相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，而不需要關(guān)心這些數(shù)據(jù)的存儲位置和查詢方法，是生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)平臺需要提高的一個重要課題。

　　同其它工業(yè)系統(tǒng)無縫的集成能力進一步加強：生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺作為整個企業(yè)的數(shù)據(jù)存儲的平臺，越來越多的生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)需要同它進行數(shù)據(jù)交互，要求數(shù)據(jù)平臺擁有更方便易行的、標準的數(shù)據(jù)交互方式。

　　分布式服務器和云技術(shù)的應用

　　目前，絕大多數(shù)工業(yè)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品主要還是單機或者多機冗余結(jié)構(gòu)的構(gòu)架，不能實現(xiàn)多臺服務器之間真正的資源共享，使用新技術(shù)或云技術(shù)將多機的服務程序統(tǒng)一到一個虛擬的服務器，在這種真正的分布式服務器結(jié)構(gòu)下，多臺服務器或者普通PC就可以承擔更大規(guī)模的系統(tǒng)應用，點數(shù)規(guī)模也可以由現(xiàn)在的幾十萬點擴展到幾百萬點甚至幾千萬點；將極大的提高大數(shù)據(jù)的存儲、分析、計算和查詢能力，迎接已經(jīng)到來的工業(yè)大數(shù)據(jù)時代；

　　網(wǎng)絡和移動終端的應用

　　目前生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺的軟件產(chǎn)品已經(jīng)可以使用B/S和C/S結(jié)構(gòu)，但是因為數(shù)據(jù)的使用效率，對實時性要求比較高和通訊數(shù)據(jù)量比較大的應用，還是以C/S方式為主；但是隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，云計算革命的興起，由C/S結(jié)構(gòu)為主的應用方式將會逐步轉(zhuǎn)向以B/S的應用方式為主，除大部分個別應用需求，絕大部分的客戶端功能都應該在WEB客戶端上加以實現(xiàn)；

　　另外，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)概念的興起，移動終端設備越來越多的介入到生產(chǎn)管理中，生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺對移動終端設備的支持以及和安裝在移動終端上的其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互必將成為未來發(fā)展的方向和重點。

　　跨平臺性應用

　　在流程工業(yè)領(lǐng)域，還有許多系統(tǒng)采用Unix或Linux等操作系統(tǒng)，怎樣提高這些系統(tǒng)同數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)交互能力，也是未來數(shù)據(jù)平臺需要考慮的重要一環(huán)。

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本文標題：大型流程工業(yè)集團級生產(chǎn)數(shù)據(jù)平臺的應用探討

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