作者：李軍/三禾一科技

安徽三禾一信息科技有限公司（以下簡稱三禾一科技），專業(yè)從事大數(shù)據(jù)行業(yè)應(yīng)用及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案，致力于攜手各行業(yè)客戶共同發(fā)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)新價值。目前，三禾一科技自研的3H1高端裝備運維服務(wù)平臺已經(jīng)成功應(yīng)用在高端裝備制造、汽車制造、環(huán)保設(shè)備、色選機械、水泥行業(yè)等領(lǐng)域。

高端成形裝備是國家的戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用于汽車、石化、航空、航天、軍工、工程機械、家用電器等國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要領(lǐng)域，是許多重大工程的基礎(chǔ)。當前，新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得高端成形裝備制造業(yè)正處于由數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化發(fā)展的重要階段。

作為一個高端裝備運維服務(wù)平臺，3H1的底層物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫要支持數(shù)百家企業(yè)、數(shù)十萬設(shè)備的接入，此前一直采用開源的InfluxDB，原因是在其單機版本基礎(chǔ)上可以擴展多實例分庫架構(gòu)，但在使用過程中一些缺點也逐漸暴露，如硬件成本較高、維護難度較大，不便于橫向擴展。所幸后來遇到10倍高性能數(shù)據(jù)庫TDengine，經(jīng)多次試驗其各項指標均滿足業(yè)務(wù)需求，便一直使用至今。

為什么選擇TDengine？

在裝備行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)場景下實時數(shù)據(jù)量巨大，包括溫度、壓力、振動、位移等眾多參數(shù)，針對這些參數(shù)如何進行分析和預(yù)警都是難點。這些需求概況如下：

• 高并發(fā)數(shù)據(jù)寫入，每條記錄都需要帶時間戳；
• 不同傳感器設(shè)備需要記錄的數(shù)據(jù)字段不同，希望能夠針對不同設(shè)備單獨建表；
• 原始數(shù)據(jù)存儲要求在5年以上，需要支持數(shù)據(jù)壓縮，以降低數(shù)據(jù)存儲成本；
• 支持國產(chǎn)化，支持數(shù)據(jù)庫廠商服務(wù)快速響應(yīng)。

選用TDengine Database社區(qū)版2.2.1.1進行分布式模擬試驗，用到了3臺配置如下的服務(wù)器：

組件	配置描述
CPU	4核
內(nèi)存	15G
硬盤	4T
操作系統(tǒng)	CentOS Linux release 7.6
網(wǎng)絡(luò)	內(nèi)網(wǎng)

測試一：驗證時序數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品3臺數(shù)據(jù)庫節(jié)點時序數(shù)據(jù)寫入性能

模擬2個廠區(qū)共10個車間的數(shù)據(jù)、每個車間1000個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點從2017-07-14 10:40:00.000開始寫入模擬數(shù)據(jù)，記錄時間戳間隔0.001秒，每個測點寫入500000條記錄。

8線程寫入，在寫入超過50億條記錄后停止了寫入程序。本次測試對50億條數(shù)據(jù)記錄的寫入，平均寫入速度達到191萬條/秒。

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

測試二：驗證時序數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品3臺數(shù)據(jù)庫節(jié)點時序數(shù)據(jù)壓縮能力

在測試一的基礎(chǔ)上，查看3臺數(shù)據(jù)庫節(jié)點實際文件大小，如下：

落盤后所有文件大小為36GB，

原始數(shù)據(jù)大小為5000000000*20/1024/1024/1024=93.13GB，

壓縮比為36 / 93.13 = 38.65%。

測試三：時序數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品3臺數(shù)據(jù)庫節(jié)點對歷史時序數(shù)據(jù)按時間回溯查詢的性能

隨機選擇任一個測點，查詢該測點在某個時間段內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，比如從2017-07-14 10:40:00.000 到 2017-07-14 10:40:10.000 10s內(nèi)的共10001條數(shù)據(jù)記錄（數(shù)據(jù)輸出到文件）。

數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)查詢語句為：

  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

通過試驗證，TDengine的寫入性能高、并發(fā)高、查詢時延極短；整體集群采用分布式架構(gòu)，可靠性、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)完整性滿足項目需求。

在選型結(jié)果確定之后，我們便立刻對原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行了升級改造，正式引入 TDengine。

TDengine在3H1上的落地實踐

3H1高端裝備運維服務(wù)平臺重點解決高端成形裝備企業(yè)由制造化向服務(wù)化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵問題，為企業(yè)提供工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能運維的整體解決方案。

平臺總體架構(gòu)如圖1所示，其中，TDengine與高端成形裝備的智能數(shù)據(jù)采集終端模塊相連，助力采集終端完成對設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集，為系統(tǒng)提供設(shè)備數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；工業(yè)云計算服務(wù)平臺提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲、轉(zhuǎn)換、分析等，為系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支持；智能運維服務(wù)系統(tǒng)由裝備智能運維服務(wù)平臺和智能運維服務(wù)APP組成，分別為企業(yè)人員提供系統(tǒng)和移動端的服務(wù)支持。

針對企業(yè)多種應(yīng)用場景，系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)共分為六大功能模塊。

（1）企業(yè)駕駛艙：主要是服務(wù)于設(shè)備制造企業(yè)的管理者，方便了解平臺數(shù)據(jù)情況與關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程的指標，從整體界面上可以很方便的了解到設(shè)備的售賣情況，企業(yè)接入的信息，平臺數(shù)據(jù)的采集情況。同時還可以對一些關(guān)鍵的業(yè)務(wù)流程，包括企業(yè)設(shè)備的監(jiān)控、報警信息的展示、維修效率的管理、設(shè)備的故障情況和三包任務(wù)的信息進行追蹤與管理，如圖2所示。

（2）設(shè)備資源管理：主要的目的是為了給每一個高端成形裝備建立電子檔案，以便了解設(shè)備歷史、當前情況，優(yōu)化設(shè)備運行，預(yù)測設(shè)備未來狀況，查看具體的設(shè)備信息時主要展示設(shè)備的四個維度——當前工況、健康分析、維修情況和歷史工況。

圖3所示的當前工況方便用戶了解設(shè)備的基本信息、關(guān)鍵指標和報警情況，還能夠提供設(shè)備當前情況的總覽。圖4所示為健康分析，其目的則是讓設(shè)備用戶更加深入地了解設(shè)備的當前狀況、設(shè)備的健康狀況隨著時間的變化情況，如果設(shè)備當前面臨故障風險，也能快速查找到引起風險的故障原因以及故障模塊。維修情況則是給了用戶設(shè)備維修信息的總覽和當前維修任務(wù)的流程跟蹤，如圖5所示。歷史工況則是為了進行故障模塊預(yù)排查，如圖6所示。

（3）維修服務(wù)管理：主要提供給維修服務(wù)部門人員所維修任務(wù)當前和歷史的效率分析。維修任務(wù)展示當前待處理的任務(wù)數(shù)量，比如待接單、待派單和待回訪，同時還可以對每個維修任務(wù)進行查看和操作，查看的內(nèi)容具體到維修流程的每一個環(huán)節(jié)，如圖7所示。

維修效率分析則是對維修中的關(guān)鍵效率指標進行統(tǒng)計分析、近一年來的訂單量的變化情況、維修響應(yīng)時間變化情況、故障類型分布、維修人員任務(wù)統(tǒng)計，方便維修管理人員對維修服務(wù)和效率進行管理，如圖8所示。

（4）設(shè)備健康分析：通過分析設(shè)備的歷史和當前設(shè)備信息來預(yù)測設(shè)備未來可能發(fā)生的故障，并且給出故障的可能性和類型，方便維修部門為用戶指定維保策略，主動聯(lián)系用戶，如圖9所示。

（5）三包服務(wù)管理：服務(wù)于三包部門，提供當前維?；顒犹嵝?、設(shè)備維保活動記錄、設(shè)備維保到期預(yù)警等功能。

（6）備品備件管理：備品備件管理通過將與維修保養(yǎng)相關(guān)的備品備件也都建檔立案。用戶和各相關(guān)部門人員可以在移動端和系統(tǒng)端進行備品備件查詢申請審批等操作，較少不必要的工作流程，提高維修保養(yǎng)效率。同時通過數(shù)據(jù)分析來預(yù)測備品備件需求量，保證需求的同時減少企業(yè)的庫存成本。

在應(yīng)用TDengine Database后，這六大功能模塊在使用效果上也獲得了顯著提升，不光體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的寫入、查詢性能上，同時也體現(xiàn)在高效的壓縮效率上，真正實現(xiàn)了性能和成本平衡的最優(yōu)化。

未來規(guī)劃

目前，在搭載TDengine Database后，3H1原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)在升級改造后獲得了極大的提升，不僅降低了研發(fā)和維護的成本，同時實現(xiàn)了橫向擴展。TDengine優(yōu)異的查詢性能給我們帶來了很大的驚喜，極高的壓縮效率，也給我們節(jié)省了大量的存儲資源。未來，我們也會嘗試在更多場景應(yīng)用TDengine，加強與TDengine的深度合作。