什么是生產數據平臺
顧名思義，生產數據平臺是將生產企業各類數據統一到一起的軟件平臺。
生產數據平臺主要涵蓋兩類的數據，一類是流程數據，即常說的模擬量和開關量，如現場的溫度、壓力、流量、轉速等數據；另一類是關系數據，例如設備參數、生產工藝配方、生產成本等；早期觀點認為生產數據平臺只包括第一類的數據，但是隨著各行業數據應用的逐步深入，發現第二類數據 和第一類數據在某些應用中是不可分割的，因此現在主流認知是將這兩類數據都包括到生產數據平臺的概念中來。注：流程數據和關系數據的數據存儲方式和使用方法都有比較大的差異，本文側重介紹流程數據使用的討論。
流程行業生產數據平臺的發展歷史及現狀
自二十世紀九十年代開始，實時/歷史數據庫的概念開始進入到我國的工業領域，首先應用到了石化和電力行業。起初是為單套控制系統配套的歷史數據存儲，或為一些特定的系統提供歷史數據支持；
進入二十一世紀后，這些行業都從單裝置數據的使用逐步形成了廠級數據平臺的概念；隨著這些行業信息化的進一步發展，集團化和集約化發展方向更加明顯，對于數據平臺的要求又達到了新的高度，即全集團將各下屬企業的大量數據統一到地區甚至全國的數據中心，進行統一的應用和分析。
流程企業生產數據平臺的基本功能
為了討論當今大型集團化企業需要什么樣的生產數據平臺，讓我們先來看一下流程行業數據平臺的基本特點和功能：
流程行業數據的特點
1)數據變化快：流程行業數據大多是自動化系統自動采集的溫度、壓力、電壓、電流、流量、轉速等高速變化的數據，數據變化的頻率達到秒級甚至毫秒級；
2)數據量大：流程行業的生產裝置大都會關聯大量的數據，例如一座百萬級燃煤發電機組大概會有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)數據結構簡單，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據值基本就構成了一條完整的數據記錄，使用點名和時間就可以完成數據檢索，而不像關系數據庫的記錄具有大量的維度和關聯信息；
基于以上特點，流程行業的生產數據平臺應具有以下基本功能：數據采集功能
1)具有標準通訊協議的系統的數據采集：
自動化數據采集使用例如Modbus、OPC等標準協議，由于OPC協議在自動化行業的普及和成熟，主流自動化廠家基本都支持OPC協議進行數據通訊，方便而高效；
2)對各類使用關系數據庫的生產系統的數據采集：
工廠除自動化系統外，還有一些生產管理系統需要同生產數據平臺進行數據交互，例如EAM（資產管理系統），MES（制造業執行系統），一些大廠家的這些系統已經和主流的工業數據庫有標準接口進行數據交互，也就是說只需要在這些系統中對測點和工業數據庫中的測點對應做一些配置，系統就會自動完成兩個系統間的將數據交互；其它的使用OLEDB或者ODBC通訊方式進行數據交互即可；
3)其它數據采集
對于各類非標數據，現在市場上成熟的工業數據庫產品大都提供方便的數據采集方式，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，由工業數據庫自動采集，或者使用工業數據庫廠家提供的API和SDK寫入到數據平臺系統。
數據存儲功能
數據存儲好比于一輛汽車的動力總成，是整個生產數據平臺的核心，主要是靠工業實時/歷史數據庫來完成，因為介紹工業實時/歷史數據庫的資料比較多，本文不做太多贅述。
數據使用
數據平臺中的數據使用方式有如下幾種：
1)數據平臺軟件自己的查詢分析軟件
大部分數據平臺軟件都有自己比較完整的客戶端軟件，如組態展示軟件，報表制作軟件，網絡數據展示客戶端等；此類軟件的特點是支持數據量大，數據刷新快；
2)使用數據平臺軟件廠家提供的專有通訊協議進行應用程序開發
客戶使用實時/歷史數據庫廠家提供的API和SDK自己開發一些應用程序讀寫數據，滿足大規模數據查詢分析的需要，甚至自己編寫數據采集接口；這類協議通訊的特點是，速度快，通訊量大。
3)使用標準的通訊協議進行系統間數據交互
數據平臺廠家一般都提供標準的自動化協議，如OPC協議等，方便其它系統的數據使用要求，另外對于以關系型數據庫為基礎的系統，如SAP,EAM,MES系統等，用戶可以通過OLEDB和ODBC接口編寫SQL語句或者存儲過程實現數據的交互；
企業級數據平臺的典型結構
企業級數據平臺的典型結構如下：
分布在廠區各生產單元或多套生產單元使用一個接口工作站從控制系統（或其它數據源系統）采集數據，這些接口工作站將數據通過局域網發送給廠級實時/歷史數據庫，然后上層的各類數據分析和使用系統以及數據查詢分析客戶端都從廠級中心數據存儲服務器讀取數據。
注：本圖為功能示意圖，所有圖元的數量都不與實際對應，例如控制系統的種類、接口工作站的個數、數據存儲服務器的個數等；所有圖元的功能也不考慮冗余配置的需求，只側重于功能應用的討論。
集團級數據平臺實現方式
集團級數據平臺幾種主要構架方式：
單層結構的集團級數據平臺
對于下屬企業比較集中且個數不多的集團，可采用此類結構，下屬企業分別使用自己獨立的數據庫：集團用戶和下屬企業用戶都使用處于數據相同層級的客戶端軟件和訪問方式訪問下屬企業的數據庫；
優點：這種結構的優點是架構穩定，各下屬企業都有自己獨立的數據庫，這些下屬企業的客戶端使用企業內部局域網訪問自己所屬企業服務器時訊穩定、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的服務器，數據容易混淆，且綜合分析不方便，如果連接到下屬企業的網絡不穩定，會影響總部客戶端的使用。集團采用統一的數據庫：集團用戶和下屬企業用戶都使用處于數據相同層級的客戶端軟件和訪問方式訪問總部唯一的數據庫，結構如下圖：
優點：這種結構的優點恰恰是第一種結構的缺點，總部客戶端只需訪問總部的服務器，數據穩定性和速度都可以得到保證，且數據源單一，便于整個集團的數據一致性，投資較小。
缺點：數據接口服務器需要放置在各下屬企業，如下屬企業與總部的連接不穩定或者帶寬不夠，容易造成數據實時性差，穩定性差，且數據不能進行甄別，必須由接口服務器全部送到總部服務器，對網絡帶寬要求高；下屬企業的客戶端訪問總部服務器也會有類似問題，實時性和穩定性會受網絡的影響較大。
多層結構的集團級數據平臺
適用于下屬企業較多，數據相對集中的集團，多層結構的應用方式是把所屬企業數據平臺（包括數據采集和數據存儲）作為下屬單元，把這些數據平臺當作數據源，總部再設置一層（可多層，如地區級總部，全國級總部）獨立的實時/歷史數據庫，結構如下圖：
優點：集團總部和各下屬企業的服務器數據及應用都相對獨立，互相干擾性小，且下層數據服務器可以作為上層數據服務器的數據備份，數據健壯性好；
缺點：投資相對較大，如果集團規模較大，上層服務器的點數規模也較大，對硬件軟件要求都比較高。
基于云結構的集團級數據平臺
對于數據點分散且多，底層總數據量大的企業，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，如此分散的空間布置，如果采用多層結構的數據平臺模式，單點的軟件部署數量過多，成本太高，且對于總部服務器要求高（單服務器數據存儲數量太大，只能選擇上傳部分數據）；因此考慮基于網絡云技術，實現云結構的集團級數據中心；
在這種結構中，各下屬企業根據規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場布置前置機采集數據，數據的存儲和分析功能使用云技術放到一臺或多臺在這個區域中的數據服務器中，然后將這些分布在廣域位置的分散服務器使用云技術與總部服務器連接；云技術將相同的數據存儲在多臺PC或者服務器上面，實現數據的云備份；如果用戶提出檢索或者計算需求，云技術也會把這種檢索和計算功能分散給多臺PC或者服務器來執行；根據云技術的特點，總部不需設置巨大的集中服務器，集團內所有的PC和服務器都可以虛擬成一臺大的數據服務器，所有數據的檢索和分析都在這臺虛擬的服務器上完成，結構如下圖：
優點：使用云技術，可以將傳統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，備份功能和數據分析計算功能增強，系統健壯性和穩定性也大大增強；對于集團的用戶，既可以使用傳統的查詢方式訪問采用單一服務器企業的數據服務器，保證數據的實時性和查詢速度，也可以使用云檢索技術查詢整個集團的全部數據，大大提高數據檢索能力和巨量數據的計算能力；因為基于云技術，實際的數據存儲已經與物理結構關系不大，系統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。
流程行業生產數據平臺未來展望
系統集成能力的提高
隨著工業自動化和信息化技術的發展，怎樣以工廠應用模型為基礎，和數據平臺有機結合，使用戶可以方便的根據工廠應用模型訪問與之相關的數據信息，而不需要關心這些數據的存儲位置和查詢方法，是生產信息數據平臺需要提高的一個重要課題。
同其它工業系統無縫的集成能力進一步加強：生產數據平臺作為整個企業的數據存儲的平臺，越來越多的生產管理信息系統需要同它進行數據交互，要求數據平臺擁有更方便易行的、標準的數據交互方式。
分布式服務器和云技術的應用
目前，絕大多數工業數據庫產品主要還是單機或者多機冗余結構的構架，不能實現多臺服務器之間真正的資源共享，使用新技術或云技術將多機的服務程序統一到一個虛擬的服務器，在這種真正的分布式服務器結構下，多臺服務器或者普通PC就可以承擔更大規模的系統應用，點數規模也可以由現在的幾十萬點擴展到幾百萬點甚至幾千萬點；將極大的提高大數據的存儲、分析、計算和查詢能力，迎接已經到來的工業大數據時代；
網絡和移動終端的應用
目前生產數據平臺的軟件產品已經可以使用B/S和C/S結構，但是因為數據的使用效率，對實時性要求比較高和通訊數據量比較大的應用，還是以C/S方式為主；但是隨著網絡技術的發展，云計算革命的興起，由C/S結構為主的應用方式將會逐步轉向以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；
另外，隨著移動互聯網概念的興起，移動終端設備越來越多的介入到生產管理中，生產數據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的數據交互必將成為未來發展的方向和重點。
跨平臺性應用
在流程工業領域，還有許多系統采用Unix或Linux等操作系統，怎樣提高這些系統同數據平臺的數據交互能力，也是未來數據平臺需要考慮的重要一環。
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本文標題：大型流程工業集團級生產數據平臺的應用探討
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