王 琳

(大峘集團(tuán)有限公司, 江蘇 南京 211112)

引 言

在不斷進(jìn)化的商業(yè)與工業(yè)信息化發(fā)展中，促進(jìn)社會生產(chǎn)力提高之一的需求，就是將不斷驅(qū)動數(shù)據(jù)庫技術(shù)有著新的變化，商業(yè)與工業(yè)智能的目標(biāo)上將會得到有效實(shí)現(xiàn)，多學(xué)科技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的結(jié)合也會成為未來IT技術(shù)的發(fā)展趨勢，畢竟協(xié)同技術(shù)是軟件發(fā)展的一個重要方向，同時也是現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的重要特征之一。

冶金行業(yè)中的工業(yè)自動化系統(tǒng)，是把冶金工藝裝備技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)和以先進(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)為代表的信息技術(shù)相結(jié)合，提出將冶煉生產(chǎn)過程作為整體解決方案去控制和管理，而對生產(chǎn)過程的整體控制，對生產(chǎn)設(shè)備集中管理需求產(chǎn)生的工業(yè)組態(tài)軟件(SCADA)必備要求，就是要支持強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，可存儲各種數(shù)據(jù)(如模擬量、離散量、字符型等)，以實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。隨著工業(yè)自動化不斷發(fā)展，傳統(tǒng)單機(jī)數(shù)據(jù)庫已無法滿足工業(yè)級系統(tǒng)對規(guī)模、拓展性及容錯性等的要求，作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的重要分支領(lǐng)域，數(shù)據(jù)庫一直都是備受業(yè)界矚目的焦點(diǎn)。

1 數(shù)據(jù)庫技術(shù)簡史

每年的中國數(shù)據(jù)庫技術(shù)大會(DTCC)，是國內(nèi)數(shù)據(jù)庫及大數(shù)據(jù)領(lǐng)域規(guī)模最大、最受歡迎的技術(shù)交流盛會，累計(jì)參與人次已達(dá)到20000+。作為國內(nèi)數(shù)據(jù)庫技術(shù)領(lǐng)域的風(fēng)向標(biāo)，自2014年至今，技術(shù)主題里都有對兩個重量級關(guān)鍵詞進(jìn)行討論：設(shè)計(jì)架構(gòu)和挖掘分析。由此可見，數(shù)據(jù)庫的研發(fā)及應(yīng)用技術(shù)在當(dāng)今大數(shù)據(jù)時代受重視程度越來越高，如何對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘、分析和整合，并將其作為各項(xiàng)決策的依據(jù)，是當(dāng)前國家和企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略中的重大任務(wù)。

簡單回顧數(shù)據(jù)庫自問世以來的發(fā)展歷史(如圖1所示)，不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)每一次的進(jìn)化與變革，都伴隨著當(dāng)時工業(yè)生產(chǎn)及商業(yè)領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)最迫切痛點(diǎn)的解決和對技術(shù)需求的滿足。

DBMS，是統(tǒng)一管理和共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。按數(shù)據(jù)模型特點(diǎn)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可分成層次模型數(shù)據(jù)庫(Hierarchical database)、網(wǎng)狀模型數(shù)據(jù)庫(Network database)和關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫(Relational database)三類。

層次模型：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中最早使用的模型，它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似一棵倒置的樹，每個節(jié)點(diǎn)表示一個記錄類型，記錄之間的聯(lián)系是一對多的聯(lián)系。

網(wǎng)狀模型：可以看作層次模型的一種擴(kuò)展。它采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示實(shí)體及其之間的聯(lián)系。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的每一個節(jié)點(diǎn)代表一個記錄類型，記錄類型可包含若干字段，聯(lián)系用鏈接指針表示，去掉了層次模型的限制。

關(guān)系模型：當(dāng)前應(yīng)用最多、也最為重要的一種數(shù)據(jù)模型。它建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)概念基礎(chǔ)上，采用二維表格結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體和實(shí)體之間的聯(lián)系。二維表由行和列組成。

圖1 數(shù)據(jù)庫簡史時間圖

2 組態(tài)軟件與數(shù)據(jù)庫2.1 組態(tài)軟件與數(shù)據(jù)庫關(guān)系

組態(tài)軟件(SCADA),即：Supervisory Control and Data Acquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。它起源于DCS(Distributed Control System分布式控制系統(tǒng),DCS由儀器、儀表發(fā)展而來)，發(fā)展于PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的)。

回顧數(shù)據(jù)庫發(fā)展簡史，可以發(fā)現(xiàn)一個重要現(xiàn)象：諸如GE、Honeywell老牌工業(yè)廠商在數(shù)據(jù)庫發(fā)展道路上扮演著舉足輕重的角色，或者說，他們就是數(shù)據(jù)庫發(fā)展歷史上的重要技術(shù)驅(qū)動。因此，對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的使用，是組態(tài)軟件不可或缺的部分，主要應(yīng)用于工藝流程的改進(jìn)、設(shè)備性能的維護(hù)以及故障原因的診斷。目前，市場主流的工控組態(tài)軟件，或提供支持中大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫交換接口，或直接集成這些主流的中大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，甚至有些廠商嘗試進(jìn)行自主研發(fā)基于內(nèi)存計(jì)算和大數(shù)據(jù)運(yùn)算的實(shí)時關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

2.2 組態(tài)軟件的發(fā)展

隨著自動化系統(tǒng)從信息化到智能化，配套應(yīng)用軟件所占比重逐漸提高，雖然組態(tài)軟件只是其中一部分，但因其滲透能力強(qiáng)、擴(kuò)展性強(qiáng)，近年來蠶食了很多專用軟件的市場。因此，組態(tài)軟件具有很高的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度，是自動化系統(tǒng)進(jìn)入高端應(yīng)用、擴(kuò)大市場占有率的重要橋梁。組態(tài)軟件的IT化趨勢明顯，大量的最新計(jì)算技術(shù)、通訊技術(shù)、多媒體技術(shù)被用來提高其性能，擴(kuò)充其功能。老牌工業(yè)廠商GE Fanuc、Honeywell、西門子等均開發(fā)了自己的組態(tài)軟件并持續(xù)升級，尤其西門子WinCC在市場上獲得巨大成功。

3 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)對比與分析

以WinCC集成數(shù)據(jù)庫版本為例，工控支持的主流數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比和分析(如表1所示)。

表1 工控主流數(shù)據(jù)庫分析

4 工業(yè)智能對數(shù)據(jù)的使用

第四次工業(yè)革命是以智能化為核心的工業(yè)價值創(chuàng)造革命，其最終目的是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)活動的高度整合，使系統(tǒng)像人一樣思考和協(xié)同工作。連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)過程中存在著大量實(shí)時數(shù)據(jù)的處理、存儲和集成問題，僅靠采用DCS/PLC和DBMS簡單結(jié)合并不能完全解決。

總結(jié)過去10年，國外在工業(yè)智能的發(fā)展上有兩個方向：

德國企業(yè)，如：西門子、SAP等，注重工業(yè)設(shè)備的自動化生產(chǎn)，以智能化機(jī)器取代人力，將生產(chǎn)流程逐步實(shí)現(xiàn)智能化，充分利用生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控。

美國企業(yè)，如：GE、IBM等，注重生產(chǎn)過程中每個環(huán)節(jié)信息點(diǎn)的連接和整合，依托大數(shù)據(jù)算法，進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析和挖掘，實(shí)現(xiàn)智能化分析與決策。

對照目前國內(nèi)冶金行業(yè)工控軟件應(yīng)用的現(xiàn)狀，數(shù)據(jù)庫技術(shù)運(yùn)用較落后，底層信息采集點(diǎn)不多，生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲量較少，生產(chǎn)信息孤島現(xiàn)象普遍存在，工業(yè)大數(shù)據(jù)利用率低、運(yùn)算效率不高，在未來的一段時間內(nèi)，需要對生產(chǎn)工藝過程的上、下游數(shù)據(jù)鏈條逐步打通，對關(guān)鍵性IT技術(shù)進(jìn)行逐步優(yōu)化與升級。

5 智能制造數(shù)據(jù)庫展望

2018年DTCC的主題“數(shù)領(lǐng)先機(jī) 智贏未來”，真正將數(shù)據(jù)與智能納入了數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究和討論范疇。

其一，企業(yè)海量增加的生產(chǎn)和商業(yè)數(shù)據(jù)，如何從中獲取更多的信息，以便分析決策將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為降低管理成本、提高生產(chǎn)效率的商業(yè)價值，成為目前數(shù)據(jù)庫發(fā)展的一個方向。

其二，具有高容量、高伸縮性、高容錯性的分布式實(shí)時數(shù)據(jù)庫成為工業(yè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)的新方向。實(shí)時數(shù)據(jù)庫技術(shù)是基于內(nèi)存計(jì)算的，有實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，其整體運(yùn)算效率要高于傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫磁盤運(yùn)算約5～8倍。

基于以上，從西門子最新的TIA portal集成數(shù)據(jù)庫SQL Server2014版本特性上分析，這一理念已初現(xiàn)端倪；其實(shí)，從另一對標(biāo)產(chǎn)品SAP HANA市場上的大力推廣和逐步使用也得到了側(cè)面驗(yàn)證。

6 結(jié)束語

20世紀(jì)80年代后期，隨著IT技術(shù)的迅速發(fā)展，以市場為推動力，傳統(tǒng)冶金企業(yè)必須借助相關(guān)學(xué)科的知識和技術(shù)來深入解決企業(yè)甚至于行業(yè)中的各種能耗大、效率低和綜合競爭力弱等問題。Honeywell、西門子等傳統(tǒng)工業(yè)廠商通過自身生產(chǎn)與市場的實(shí)踐，逐步向綜合自動化整體解決方案供應(yīng)商轉(zhuǎn)化，企業(yè)自主研發(fā)的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品在技術(shù)、設(shè)計(jì)和解決方案上多數(shù)依賴本公司主營業(yè)務(wù)的發(fā)展路徑，其產(chǎn)品成本和工程成本高，在一些技術(shù)和工程方面可能未必適合中國工業(yè)企業(yè)。到了90年代初期，國內(nèi)也相繼出現(xiàn)了一些工業(yè)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，但是由于起步較晚，專業(yè)背景比較薄弱，產(chǎn)品功能比較單一，產(chǎn)品并非定位于一個整體的解決方案，往往難以滿足很多工業(yè)企業(yè)進(jìn)一步的需求。于是，多學(xué)科間的相互滲透與交叉成為解決問題的重要方向，信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與自動控制技術(shù)的結(jié)合，使過程控制逐漸從底層向上滲透，出現(xiàn)了集控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理、經(jīng)營于一體的綜合自動化新模式，實(shí)踐證明這是一種高效的流程工業(yè)企業(yè)信息化建設(shè)的方式。