寧德新能源（ATL）是全球領(lǐng)先的消費(fèi)鋰電池制造商，其智能制造車間擁有超1萬(wàn)臺(tái)生產(chǎn)設(shè)備、100萬(wàn)+數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位，每分鐘產(chǎn)生超 1000 萬(wàn)條時(shí)序數(shù)據(jù)。面對(duì)海量工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)在深入評(píng)估了時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù) InfluxDB 與 TDengine 后，最終選擇 TDengine 構(gòu)建新一代數(shù)據(jù)平臺(tái)。該方案不僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入速度提升 3 倍、存儲(chǔ)成本降低 70%，還將集群規(guī)模從原方案的 50 臺(tái)服務(wù)器大幅精簡(jiǎn)至 10 臺(tái)，有效支撐毫秒級(jí)異常檢測(cè)與設(shè)備健康度分析，為預(yù)測(cè)性維護(hù)提供穩(wěn)定、高效的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐。本文將詳細(xì)解析這一技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)思路、實(shí)施路徑及其在智能制造中的實(shí)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(duì)生產(chǎn)過程中設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)洞察與精細(xì)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(shí)，也暴露出數(shù)據(jù)采集量大、配置靈活性要求高、實(shí)時(shí)計(jì)算能力強(qiáng)依賴等一系列挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)為：

• 海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理壓力  

生產(chǎn)線數(shù)千臺(tái)設(shè)備每秒生成數(shù)萬(wàn)條數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)面臨寫入延遲高、存儲(chǔ)成本激增的瓶頸。  

• 實(shí)時(shí)分析能力不足  

質(zhì)量檢測(cè)與設(shè)備健康狀態(tài)需秒級(jí)響應(yīng)，原有系統(tǒng)無(wú)法滿足實(shí)時(shí)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(gè)系統(tǒng)中，難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一分析。  

選型與技術(shù)對(duì)比

針對(duì)在實(shí)際業(yè)務(wù)中遇到的問題，我們智能控制組對(duì)多款時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了深入評(píng)估對(duì)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(yùn)維便捷性等多個(gè)維度后，最終選擇了 TDengine 作為平臺(tái)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(shì)，不僅在當(dāng)前場(chǎng)景下全面領(lǐng)先于其他方案，也具備良好的擴(kuò)展性，可支持更多未來功能與應(yīng)用場(chǎng)景，助力企業(yè)加快開發(fā)進(jìn)度與業(yè)務(wù)落地。

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

落地實(shí)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(jī)器視覺及 AI 等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建起高度自動(dòng)化的生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(jìn)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(tái)集群。平臺(tái)集群再將數(shù)據(jù)分別寫入 TDengine 時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)、Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)及預(yù)警平臺(tái)。

其中，TDengine 強(qiáng)大的時(shí)序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，使得設(shè)備采集的全部數(shù)據(jù)得以實(shí)時(shí)落庫(kù)，為 MES 系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，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(yùn)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(dòng)態(tài)增減配置，以 PLC 為單位進(jìn)行管理。每個(gè) PLC 內(nèi)的采集點(diǎn)位可根據(jù)業(yè)務(wù)部門的實(shí)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(dòng)態(tài)建表策略：無(wú)需預(yù)先創(chuàng)建子表，系統(tǒng)在寫入數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)自動(dòng)為每個(gè)設(shè)備生成對(duì)應(yīng)的獨(dú)立子表，實(shí)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(diǎn)位支持動(dòng)態(tài)新增、修改和刪除。當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一的超級(jí)表架構(gòu)，以“設(shè)備名+參數(shù)名”作為唯一的子表維度。當(dāng)新增參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的子表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靈活擴(kuò)展與高效管理。

落地效果

目前，項(xiàng)目的生產(chǎn)系統(tǒng)集群運(yùn)行的是 TDengine 3.3.2.12 版本，采用 3 節(jié)點(diǎn)部署，每臺(tái)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(shí)時(shí)查詢。

UAT 系統(tǒng)集群則運(yùn)行 3.3.4.7 版本，同樣為 3 節(jié)點(diǎn)部署，每臺(tái)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(chǔ)與分析查詢。

當(dāng)前生產(chǎn)系統(tǒng)已支撐智能制造車間超 1 萬(wàn)臺(tái)設(shè)備、超過 100 萬(wàn)個(gè)采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)寫入與存儲(chǔ)。我們采用 C# 語(yǔ)言開發(fā)程序，執(zhí)行 insert 語(yǔ)句，將物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)平臺(tái)采集到的數(shù)據(jù)高效寫入 TDengine 數(shù)據(jù)庫(kù)中。

每分鐘寫入在 800 萬(wàn)條以上，高峰時(shí)段會(huì)到 1000 萬(wàn)條以上。

生產(chǎn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)在寫入后，會(huì)通過 TDengine 自帶的 taosx 工具自動(dòng)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(shí)時(shí)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(duì)歷史數(shù)據(jù)的查詢與分析。此策略不僅有效降低了存儲(chǔ)成本，也顯著減輕了生產(chǎn)系統(tǒng)的查詢負(fù)載。

業(yè)務(wù)人員可使用 Python 語(yǔ)言自行開發(fā)應(yīng)用，通過 SQL 查詢?cè)L問 TDengine；同時(shí)也支持使用帆軟 BI 通過 JDBC 驅(qū)動(dòng)連接 TDengine，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化分析與展示。

業(yè)務(wù)價(jià)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(shí)時(shí)采集溫度、電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)，因此時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)在其生產(chǎn)監(jiān)控、質(zhì)量控制、設(shè)備維護(hù)、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(shí)序數(shù)據(jù)平臺(tái)，全面實(shí)現(xiàn)以下能力升級(jí)：

• 分布式架構(gòu)，支撐高并發(fā)寫入：TDengine 采用列式存儲(chǔ)與“一個(gè)設(shè)備一張表”的創(chuàng)新模型，輕松承載每秒百萬(wàn)級(jí)數(shù)據(jù)點(diǎn)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(chǔ)成本：依托專為時(shí)序數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的壓縮算法，存儲(chǔ)空間占用降至 InfluxDB 的三分之一，支持長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn) SQL：通過 TDengine 的 Schemaless 寫入能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備日志與 MES 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合接入，配合標(biāo)準(zhǔn) SQL 實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的靈活分析。

“TDengine 幫助我們解決了海量時(shí)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(shì)，讓我們?cè)诒Ｕ蠘I(yè)務(wù)連續(xù)性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能制造升級(jí)。” ——ATL 智能制造中心技術(shù)總監(jiān)

在實(shí)際應(yīng)用中，TDengine 實(shí)時(shí)監(jiān)控超 10,000 臺(tái)設(shè)備的振動(dòng)、電流等關(guān)鍵指標(biāo)，預(yù)測(cè)性維護(hù)準(zhǔn)確率提升至 95%，為生產(chǎn)穩(wěn)定與設(shè)備健康提供堅(jiān)實(shí)保障。

結(jié)語(yǔ)

寧德新能源正計(jì)劃進(jìn)一步拓展 TDengine 在數(shù)字孿生、AI 質(zhì)檢等核心場(chǎng)景中的應(yīng)用，打造鋰電行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)桿平臺(tái)，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(kuò)展至全球 5 個(gè)生產(chǎn)基地，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)；
• 集成 AI 框架，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)工藝參數(shù)調(diào)優(yōu)，推動(dòng)制造過程智能化升級(jí)；
• 構(gòu)建 TB 級(jí)時(shí)序數(shù)據(jù)沙箱，供研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行建模、驗(yàn)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(qiáng)功能能力，支持更多應(yīng)用場(chǎng)景，并進(jìn)一步提升 AI 算法的集成能力，助力我們加速開發(fā)進(jìn)程，提升實(shí)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(jì)與制造商，寧德新能源深耕 ICT 消費(fèi)領(lǐng)域，其電池方案廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)、筆記本電腦等眾多消費(fèi)電子產(chǎn)品，贏得了行業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可。