寧德新能源（ATL）是全球領(lǐng)先的消費鋰電池制造商，其智能制造車間擁有超1萬臺生產(chǎn)設(shè)備、100萬+數(shù)據(jù)采集點位，每分鐘產(chǎn)生超 1000 萬條時序數(shù)據(jù)。面對海量工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)的實時處理挑戰(zhàn)，團隊在深入評估了時序數(shù)據(jù)庫 InfluxDB 與 TDengine 后，最終選擇 TDengine 構(gòu)建新一代數(shù)據(jù)平臺。該方案不僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入速度提升 3 倍、存儲成本降低 70%，還將集群規(guī)模從原方案的 50 臺服務(wù)器大幅精簡至 10 臺，有效支撐毫秒級異常檢測與設(shè)備健康度分析，為預(yù)測性維護提供穩(wěn)定、高效的實時數(shù)據(jù)支撐。本文將詳細解析這一技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計思路、實施路徑及其在智能制造中的實際成效。

隨著寧德新能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的持續(xù)深入，企業(yè)對生產(chǎn)過程中設(shè)備運行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)的實時洞察與精細化管控提出了更高要求。在構(gòu)建設(shè)備健康度（PHM）、產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)警、單工序閉環(huán)控制等關(guān)鍵應(yīng)用時，也暴露出數(shù)據(jù)采集量大、配置靈活性要求高、實時計算能力強依賴等一系列挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)為：

• 海量數(shù)據(jù)存儲與處理壓力  

生產(chǎn)線數(shù)千臺設(shè)備每秒生成數(shù)萬條數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫面臨寫入延遲高、存儲成本激增的瓶頸。  

• 實時分析能力不足  

質(zhì)量檢測與設(shè)備健康狀態(tài)需秒級響應(yīng)，原有系統(tǒng)無法滿足實時告警與可視化需求。  

• 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)整合困難  

生產(chǎn)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)分散在多個系統(tǒng)中，難以實現(xiàn)統(tǒng)一分析。  

選型與技術(shù)對比

針對在實際業(yè)務(wù)中遇到的問題，我們智能控制組對多款時序數(shù)據(jù)庫進行了深入評估對比。綜合系統(tǒng)穩(wěn)定性、讀寫性能、軟硬件總體成本、開發(fā)友好性以及運維便捷性等多個維度后，最終選擇了 TDengine 作為平臺方案。

TDengine 在數(shù)據(jù)壓縮率、寫入速度、分析效率和分布式架構(gòu)等關(guān)鍵能力上表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，不僅在當前場景下全面領(lǐng)先于其他方案，也具備良好的擴展性，可支持更多未來功能與應(yīng)用場景，助力企業(yè)加快開發(fā)進度與業(yè)務(wù)落地。

測試結(jié)果顯示，TDengine 在關(guān)鍵指標上全面領(lǐng)先，且硬件成本僅為 InfluxDB 的 40%。

落地實踐

在智能制造體系中，寧德新能源廣泛融合了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、PLC、傳感器、機器視覺及 AI 等先進技術(shù)，構(gòu)建起高度自動化的生產(chǎn)流程，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)實時監(jiān)控與質(zhì)量控制。

各類設(shè)備產(chǎn)生的 PLC 數(shù)據(jù)需通過特定協(xié)議進行采集，由 IoT Gateway（物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)）完成協(xié)議轉(zhuǎn)換后，經(jīng)由 Broker 傳輸至物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺集群。平臺集群再將數(shù)據(jù)分別寫入 TDengine 時序數(shù)據(jù)庫、Oracle 數(shù)據(jù)庫及預(yù)警平臺。

其中，TDengine 強大的時序數(shù)據(jù)存儲能力，使得設(shè)備采集的全部數(shù)據(jù)得以實時落庫，為 MES 系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)支撐。同時，借助 Grafana 與帆軟 BI，相關(guān)數(shù)據(jù)也可被直觀地可視化分析與展示，大幅提升了生產(chǎn)運維的效率與智能化水平。

• 在數(shù)據(jù)采集過程中，系統(tǒng)支持按需動態(tài)增減配置，以 PLC 為單位進行管理。每個 PLC 內(nèi)的采集點位可根據(jù)業(yè)務(wù)部門的實際需求靈活調(diào)整。整體系統(tǒng)架構(gòu)如下：

• 在 TDengine 中，我們采用了動態(tài)建表策略：無需預(yù)先創(chuàng)建子表，系統(tǒng)在寫入數(shù)據(jù)時會自動為每個設(shè)備生成對應(yīng)的獨立子表，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)接入的即插即用，極大提升了部署效率與靈活性。

• 采集點位支持動態(tài)新增、修改和刪除。當前系統(tǒng)設(shè)計采用統(tǒng)一的超級表架構(gòu)，以“設(shè)備名+參數(shù)名”作為唯一的子表維度。當新增參數(shù)時，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建對應(yīng)的子表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靈活擴展與高效管理。

落地效果

目前，項目的生產(chǎn)系統(tǒng)集群運行的是 TDengine 3.3.2.12 版本，采用 3 節(jié)點部署，每臺服務(wù)器配置為 96 核 CPU(s)、192GB 內(nèi)存及 2 塊 7.6TB SSD，主要用于數(shù)據(jù)的高并發(fā)寫入與實時查詢。

UAT 系統(tǒng)集群則運行 3.3.4.7 版本，同樣為 3 節(jié)點部署，每臺服務(wù)器配置為 64 核 CPU(s) 和 128GB 內(nèi)存。通過 taosX 工具從生產(chǎn)系統(tǒng)同步數(shù)據(jù)，主要用于歷史數(shù)據(jù)的存儲與分析查詢。

當前生產(chǎn)系統(tǒng)已支撐智能制造車間超 1 萬臺設(shè)備、超過 100 萬個采集點的數(shù)據(jù)寫入與存儲。我們采用 C# 語言開發(fā)程序，執(zhí)行 insert 語句，將物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺采集到的數(shù)據(jù)高效寫入 TDengine 數(shù)據(jù)庫中。

每分鐘寫入在 800 萬條以上，高峰時段會到 1000 萬條以上。

生產(chǎn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在寫入后，會通過 TDengine 自帶的 taosx 工具自動同步至 UAT 集群。生產(chǎn)系統(tǒng)保留最近 30 天的數(shù)據(jù)，滿足實時和近期查詢需求；30 天以上的歷史數(shù)據(jù)則僅保存在 UAT 系統(tǒng)中，用于支持業(yè)務(wù)對歷史數(shù)據(jù)的查詢與分析。此策略不僅有效降低了存儲成本，也顯著減輕了生產(chǎn)系統(tǒng)的查詢負載。

業(yè)務(wù)人員可使用 Python 語言自行開發(fā)應(yīng)用，通過 SQL 查詢訪問 TDengine；同時也支持使用帆軟 BI 通過 JDBC 驅(qū)動連接 TDengine，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化分析與展示。

業(yè)務(wù)價值

寧德新能源作為鋰電池行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，生產(chǎn)過程中廣泛依賴傳感器與智能設(shè)備，實時采集溫度、電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)，因此時序數(shù)據(jù)庫在其生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量控制、設(shè)備維護、研發(fā)支持及能源管理等環(huán)節(jié)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，能夠顯著助力生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

為構(gòu)建覆蓋全廠區(qū)的數(shù)據(jù)中樞，其選擇 TDengine 作為核心時序數(shù)據(jù)平臺，全面實現(xiàn)以下能力升級：

• 分布式架構(gòu)，支撐高并發(fā)寫入：TDengine 采用列式存儲與“一個設(shè)備一張表”的創(chuàng)新模型，輕松承載每秒百萬級數(shù)據(jù)點的寫入，寫入性能相較原有 InfluxDB 集群提升近兩倍。
• 高效壓縮，降低存儲成本：依托專為時序數(shù)據(jù)設(shè)計的壓縮算法，存儲空間占用降至 InfluxDB 的三分之一，支持長期歷史數(shù)據(jù)保留與工藝回溯。
• 多源數(shù)據(jù)融合，支持標準 SQL：通過 TDengine 的 Schemaless 寫入能力，實現(xiàn)設(shè)備日志與 MES 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合接入，配合標準 SQL 實現(xiàn)跨系統(tǒng)的靈活分析。

“TDengine 幫助我們解決了海量時序數(shù)據(jù)處理的燃眉之急。其高性能與低資源占用的優(yōu)勢，讓我們在保障業(yè)務(wù)連續(xù)性的同時，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能制造升級?！?——ATL 智能制造中心技術(shù)總監(jiān)

在實際應(yīng)用中，TDengine 實時監(jiān)控超 10,000 臺設(shè)備的振動、電流等關(guān)鍵指標，預(yù)測性維護準確率提升至 95%，為生產(chǎn)穩(wěn)定與設(shè)備健康提供堅實保障。

結(jié)語

寧德新能源正計劃進一步拓展 TDengine 在數(shù)字孿生、AI 質(zhì)檢等核心場景中的應(yīng)用，打造鋰電行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標桿平臺，持續(xù)引領(lǐng)新能源產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新。未來規(guī)劃包括：

• 將 TDengine 部署擴展至全球 5 個生產(chǎn)基地，實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)；
• 集成 AI 框架，實現(xiàn)毫秒級工藝參數(shù)調(diào)優(yōu)，推動制造過程智能化升級；
• 構(gòu)建 TB 級時序數(shù)據(jù)沙箱，供研發(fā)團隊進行建模、驗證與算法訓(xùn)練，釋放數(shù)據(jù)潛能。

我們期待 TDengine 持續(xù)增強功能能力，支持更多應(yīng)用場景，并進一步提升 AI 算法的集成能力，助力我們加速開發(fā)進程，提升實際業(yè)務(wù)成效。

作者 | 寧德新能源智能控制組

關(guān)于寧德新能源

寧德新能源科技有限公司（ATL）成立于 1999 年，是一家專注于鋰離子電池研發(fā)、生產(chǎn)與銷售的高科技企業(yè)。作為全球領(lǐng)先的鋰電池設(shè)計與制造商，寧德新能源深耕 ICT 消費領(lǐng)域，其電池方案廣泛應(yīng)用于智能手機、無人機、筆記本電腦等眾多消費電子產(chǎn)品，贏得了行業(yè)內(nèi)廣泛認可。