制造業(yè)利用大數(shù)據(jù)的要領(lǐng)

在近幾年里， “大數(shù)據(jù)”已經(jīng)完全占據(jù)了主流分析師和商業(yè)媒體的想象力。以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的新一代信息驅(qū)動(dòng)企業(yè)的決策正在成為主流，而且，越來越多的企業(yè)正在選擇通過利用無數(shù)相互連接的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的支持，來獲取越來越大量的數(shù)據(jù)，然后，通過越來越復(fù)雜的算法來指導(dǎo)企業(yè)發(fā)展。
    對(duì)于制造業(yè)來說大數(shù)據(jù)是否是一個(gè)完全陌生的挑戰(zhàn)呢？事實(shí)上，自上世紀(jì)80年代，制造業(yè)已經(jīng)開始依靠歷史數(shù)據(jù)庫(kù)來管理大量相關(guān)的制造業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)了。

洞察力從大數(shù)據(jù)開始
    曾經(jīng)制造業(yè)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)注的焦點(diǎn)在于通過專門的軟件應(yīng)用程序?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地收集、存儲(chǔ)、檢索、按照時(shí)間序列顯示和優(yōu)化。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是含有一個(gè)以測(cè)點(diǎn)名稱字段和時(shí)間字段為關(guān)鍵字的一張表，這張表的另外的一個(gè)重要的字段就是數(shù)值字段，用來存儲(chǔ)測(cè)點(diǎn)的采集值，除了這些字段，還可以包含數(shù)據(jù)的狀態(tài)，數(shù)據(jù)質(zhì)量字段等。隨著時(shí)間的變化，不斷地將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮過濾，并更新磁盤歷史數(shù)據(jù)文件中的表里的數(shù)據(jù)。用戶可從此數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的歷史樣本值或歷史插值數(shù)據(jù)。
    工程師、操作人員、管理人員都可以通過歷史數(shù)據(jù)庫(kù)來查看趨勢(shì)變化，可以實(shí)現(xiàn)近實(shí)時(shí)關(guān)鍵指標(biāo)（KPI ） 的跟蹤，并能與實(shí)現(xiàn)性能的比較。通過歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，相關(guān)人員還可對(duì)設(shè)備故障做出預(yù)診斷，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題。
    正是由于準(zhǔn)確有效的歷史數(shù)據(jù)一直以來對(duì)工作持續(xù)的改進(jìn)作用，從而，使得在制造業(yè)中，到現(xiàn)在還是有著豐富多樣的自動(dòng)化系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案的容量和吞吐量是非常容易辨識(shí)的標(biāo)志，但，其解決方案的真正差異其實(shí)是聚焦在數(shù)據(jù)公開、方便的收集與分析方面，如果從多個(gè)分布源甚至包括不可靠的網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)境下，可靠有效的獲取數(shù)據(jù)才是歷史數(shù)據(jù)庫(kù)解決方案的核心所在。

工業(yè)數(shù)據(jù)關(guān)注的焦點(diǎn)
    雖然每個(gè)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中都包含某個(gè)核心的數(shù)據(jù)庫(kù)，但真正使數(shù)據(jù)庫(kù)成為發(fā)揮作用的應(yīng)用軟件程序，則是需要使數(shù)據(jù)成為優(yōu)化的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，即，溫度、壓力、流速等相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間具有相關(guān)聯(lián)的時(shí)間戳和參數(shù)，處理后的數(shù)據(jù)也被稱為TVQ（時(shí)間、數(shù)值和屬性）。同時(shí)，需要依據(jù)系統(tǒng)情況確認(rèn)數(shù)據(jù)收集的頻率，比如是每毫秒或一小時(shí)收集一次。通過時(shí)間戳將數(shù)據(jù)做分類，建立分類的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便更有效率的存儲(chǔ)更大量的數(shù)據(jù)，以便更快速、輕松、更通用的完成對(duì)數(shù)據(jù)的檢索。
    關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，是指采用了關(guān)系模型來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。關(guān)系模型是在1970年由IBM首先提出，在之后的幾十年中，關(guān)系模型的概念得到了充分的發(fā)展并逐漸成為數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)的主流模型。簡(jiǎn)單來說，關(guān)系模型指的就是二維表格模型，而一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)就是由二維表及其之間的聯(lián)系組成的一個(gè)數(shù)據(jù)組織。
    關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)有著以下特點(diǎn)：1、容易理解：二維表結(jié)構(gòu)是非常貼近邏輯世界的一個(gè)概念，關(guān)系模型相對(duì)網(wǎng)狀、層次等其他模型來說更容易理解。2、使用方便：通用的SQL語言使得操作關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)非常方便，程序員甚至于數(shù)據(jù)管理員可以方便地在邏輯層面操作數(shù)據(jù)庫(kù)，而完全不必理解其底層實(shí)現(xiàn)。3、易于維護(hù)：豐富的完整性（實(shí)體完整性、參照完整性和用戶定義的完整性）大大降低了數(shù)據(jù)冗余和數(shù)據(jù)不一致的概率。
    目前，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，是構(gòu)建管理信息系統(tǒng)，存儲(chǔ)及處理關(guān)系數(shù)據(jù)的不可缺少基礎(chǔ)軟件，如ERP，MIS，EAM等系統(tǒng)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)也是用于分析數(shù)據(jù)之間的復(fù)雜關(guān)系的強(qiáng)大工具。但并不適合記錄大量的高速運(yùn)行的數(shù)據(jù)。幸運(yùn)的是，結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL）的出現(xiàn) ，使得關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)擁有了更強(qiáng)大的能力和手段，很容易適應(yīng)其他類型的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。此數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)主要用于快速存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)，數(shù)以百萬計(jì)數(shù)據(jù)可以被批量處理。這也意味著，可以將數(shù)據(jù)備份到應(yīng)用上，如趨勢(shì)分析或快速處理包。與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比，實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)可以記錄，包括變量名、數(shù)值、屬性和時(shí)間戳等文件。
    雖然數(shù)據(jù)存儲(chǔ)越來越便宜了，但是，每年好幾個(gè)TB的關(guān)系數(shù)據(jù)仍然是數(shù)據(jù)管理的一大難題。為了盡可能的保留實(shí)際數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)，同時(shí)又能節(jié)省內(nèi)存，通過采用50:1的“低損失”壓縮算法。
   數(shù)據(jù)的完整性
    數(shù)據(jù)的完整性一直是保證歷史數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵。如果用戶不能相信的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確和完整，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)永遠(yuǎn)不能發(fā)揮它的能力成為實(shí)際工作改進(jìn)的推動(dòng)者。

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可能是來自一個(gè)冗余的光纖網(wǎng)絡(luò)連接成為單一的分布式控制系統(tǒng)（DCS），這種情況下，數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。但數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的來源也可能是地理上分散的衛(wèi)星或無線網(wǎng)絡(luò)，如油田數(shù)據(jù)庫(kù)，這種情況下，數(shù)據(jù)庫(kù)不僅是分布式，同時(shí)，必須還是容錯(cuò)。
    越來越復(fù)雜的數(shù)據(jù)來源與網(wǎng)絡(luò)情況，使得對(duì)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)提出了越來越高的要求，如果網(wǎng)絡(luò)連接由于某種原因突然中斷，則系統(tǒng)要及時(shí)啟用本地歷史數(shù)據(jù)庫(kù)繼續(xù)進(jìn)行存儲(chǔ)，直到網(wǎng)絡(luò)連接恢復(fù)，并及時(shí)將本地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)終端。這樣才能保證即使是網(wǎng)絡(luò)可靠性參差不齊的情況，系統(tǒng)也能正常運(yùn)行。最近，這種需求，導(dǎo)致了人們?cè)跉v史數(shù)據(jù)庫(kù)中引入了“家電”概念，旨在實(shí)現(xiàn)“開箱即用”式的數(shù)據(jù)采集、無線存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能，并以較低的價(jià)格實(shí)現(xiàn)定制化的解決方案。
    分布式歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是幫助解決從工廠車間操作人員的企業(yè)決策者各層次的管理者不同的需求。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)不僅可以提供設(shè)備實(shí)時(shí)操作情況以及趨勢(shì)的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)，甚至可以反映設(shè)備或者工廠層面的綜合性能。
   數(shù)據(jù)是決策的基礎(chǔ)
    數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性完整性至關(guān)重要，但是，數(shù)據(jù)庫(kù)的可訪問性也同樣非常重要。畢竟歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的作用是希望能更容易的為各層級(jí)人員提供決策的參考。
    優(yōu)秀的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)不僅要能支持?jǐn)?shù)據(jù)源收集來的數(shù)據(jù)以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如OPC，同時(shí)，還需要能充分利用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行多系統(tǒng)的整合，如計(jì)劃系統(tǒng)、質(zhì)量管理系統(tǒng)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等等。而且，用戶還希望數(shù)據(jù)庫(kù)能夠提供可選擇的可視化趨勢(shì)分析報(bào)告。并且，能提供多種標(biāo)準(zhǔn)接口支持瀏覽器、移動(dòng)設(shè)備等的數(shù)據(jù)顯示、操作。簡(jiǎn)單的CSV和Excel數(shù)據(jù)文件格式也應(yīng)該是數(shù)據(jù)庫(kù)能顯示、操作的一部分。
    數(shù)據(jù)能在分布于不同地方、不同類型的設(shè)備上顯示和運(yùn)行，為歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展打開了新的大門。及時(shí)的信息反饋、與及時(shí)的數(shù)據(jù)處理，為生產(chǎn)過程中更快的識(shí)別發(fā)展趨勢(shì)，更準(zhǔn)確的找到事故原因，更精確的制定改進(jìn)策略，成為了可能。