1. 業務介紹

中國有色工程有限公司暨中國恩菲工程技術有限公司（原中國有色工程設計研究總院，簡稱“中國恩菲”）是中華人民共和國成立后，為恢復和發展我國有色金屬工業而設立的專業設計機構，現為世界五百強企業中國五礦、中冶集團子企業。70 年來，中國恩菲在 30 多個國家和地區參與了 1.2 萬個工程項目，業務主要包括非煤礦山、有色冶金、新高材料、能源環境、智能裝備、數字智能等。

當前，中國恩菲正全力引領行業新基建變革，以國家戰略為指引，在“雙循環”格局下，加速“數字化、平臺化、智慧化、國際化”轉型，引領行業向智能、生態、智慧、綠色的方向持續發展，致力于成為最值得信賴的國際化工程綜合服務商及能源環境發展商。

中國恩菲數字智能技術公司整合自原中國恩菲電氣智能技術公司、信息技術中心、恩菲研究院數字工程中心的團隊與技術，打造了涵蓋技術創新、產品研發、工程服務等優勢業務能力，集自動化、信息化、數字化于一體的智能化業務體系，劃分四大業務板塊，相互協同、融會貫通，為客戶提供恩菲“MIM+”數字一體化解決方案與“1+1+N”項目定制化實施方案。

1 個平臺：搭建一個集全信息可視化、全流程數字化、全周期數字孿生三位功能于一體的工業互聯網平臺。

1 個中心：建設一個覆蓋全廠范圍的大規模集控、無邊界協同的智慧運營中心。

N 個應用：基于工業互聯網平臺開發 N 個智慧應用（含移動 APP），如：生產管理、能源管理、設備管理、質計管理、安全管理、環保管理、物流管理、工程管理、智慧決策、優化控制、仿真計算、數字孿生等，以及 N 個智能終端（含智能裝備）。

在恩菲“MIM+”工業互聯網平臺中，時序數據庫 IoTDB 介于數據采集節點與大數據平臺和業務系統之間，作為統一數據采集管理模塊中的重要組件，主要應用于智能工廠建設中智能裝備和 DCS 系統的數據采集、存儲、管理方向，實現了海量時序數據的高并發寫入與低延時查詢，并結合其配套的可視化控制臺 Workbench 等工具，建立了清晰易操作的數據模型管理方案。

2. 選型考量

中國恩菲的有色金屬智能工廠場景，時序數據的采集、存儲、管理涉及超過 30 個自動化智能裝備系統，設備類型繁多，采集測點數量超 10 萬，秒級采集頻率下可產生超 80 億條數據，每天約產生超 50G 數據量，數據規模龐大且并發要求極高。

傳統關系型數據庫底層架構不是專門為處理時序數據設計，無法實現契合物聯網設備層級結構的有效管理，開發人員查找設備測點對應數據存在困難，關系型數據庫在處理大規模、高頻率的時序數據時也會遇到性能瓶頸。即便可以采用集群分庫分表方式解決性能問題，但該方案需要的服務器數量較多，開發運維成本非常高。

面對上述困難，時序數據庫 IoTDB 的多項架構與性能優勢，為中國恩菲提供了優于關系型數據庫并契合智能裝備系統監控場景的解決方案：

支持集群部署：IoTDB 集群的負載均衡、高可用、動態擴容等能力有效提高讀寫速度，降低了單節點宕機情況下業務系統受到影響的風險。

層級結構的數據模型：IoTDB 創新使用樹形時序模型，完美解決了設備管理層級結構的存儲問題，方便開發運維人員快速定位查找設備測點數據。

高效的寫入、查詢、壓縮性能：IoTDB 基于自研時序文件格式 TsFile 支持列式存儲，結合先進的編碼技術與時序友好的索引結構，大大提高了數據存儲效率，有效減少磁盤空間的使用量，并能夠保障高并發、高吞吐寫入與低延遲查詢效能。

豐富的應用編程接口：IoTDB 提供多種應用編程接口（API），如 Golang，Java，Python 等，使不同開發人員無需擔憂跨語言開發的復雜性，能夠便捷高效地開展開發工作。

便捷的數據遷移能力：IoTDB 能夠實現端-邊-云協同，基于底層的統一數據格式 TsFile，能夠無縫實現不同層級設備與系統間的數據流轉，數據文件可以一次處理、多次使用，大幅節省網絡帶寬與接收端 CPU 資源。

功能齊全的可視化客戶端：專為 IoTDB 配套的可視化控制臺工具 Workbench 集成了豐富的數據庫操作管理功能，可通過圖形化方式快速完成業務設計，大大降低數據庫使用的學習成本，一站實現時序數據可視化管理。

豐富的運維工具和完善的操作文檔手冊：IoTDB 配套提供集群管理、系統監控面板等運維工具，結合詳細的用戶使用手冊，方便運維人員以更小的使用成本監測系統狀態，并進行性能調優。

3. 解決方案

在恩菲“MIM+”工業互聯網平臺中，時序數據庫 IoTDB 采用分布式集群部署，憑借其強大的橫向擴展能力與性能優勢，能夠高效應對工業場景下海量時序數據的復雜管理需求。

首先，通過不同智能裝備系統獲取的各設備測點信息，借助 IoTDB Workbench 的數據模型批量導入功能，管理者與業務人員可批量完成設備測點層級結構的建模，方便對海量設備時序數據進行系統性、結構化管理。

建模完成后，各類自動化智能裝備系統上報的時序數據匯總至數據采集節點，通過 API 接口寫入時序數據庫 IoTDB 中。管理者與業務人員可以通過 IoTDB Workbench 集成的豐富數據庫操作管理功能，對存儲在 IoTDB 中的海量時序數據執行查詢、計算與分析，實時查看對應設備測點的數據趨勢，并根據業務需要調整模型節點配置。

時序數據庫 IoTDB 可以通過 API/SQL 直讀模式，為統一數據采集管理模塊的下游業務系統直接提供數據支撐，也可以通過集成的 IoTDB Flink Connector 讀取能力，為大數據平臺提供原始數據。大數據平臺將基于業務具體需求對原始數據進行加工，將加工后的數據提供給下游業務系統。

目前，時序數據庫 IoTDB 存儲數據量級已經相當可觀。以電解區域場景為例，目前 IoTDB 管理設備 359 個，測點 4971 個，采集頻率為秒級，當前存儲數據超 327 億條：

在總數據量已達數百億條，13 個通道并行寫入存儲的情況下，時序數據庫 IoTDB 寫入性能仍舊穩定保持在毫秒級，集群模式下表現出可靠的性能：

4. 應用場景

場景一：歷史數據讀取

時序數據庫 IoTDB 可根據業務需要，讀取特定設備測點的最新值，并提供給下游組態界面，應用于該設備測點的數據實時展示。

多線程查詢測點數據代碼如下：

以下結果可見，在 5 個線程同時分別查詢 5 個設備測點當前值數據的場景中，時序數據庫 IoTDB 查詢結果均保持在毫秒級返回：

時序數據庫 IoTDB 數據結果有效支持組態界面實時展示：

場景二：IoTDB 與 Flink 集成

Flink 是一個功能強大的流處理框架，適用于實時和批處理任務，具備高性能、容錯性和易用性，廣泛應用于多種數據處理場景。

通過在 Flink SQL Client 使用時序數據庫 IoTDB 定制化集成的 flink-sql-iotdb-connector 軟件安裝包，可以直接應用 Flink 批處理或實時處理 IoTDB 中的時序數據。

比如調用 Flink 中的 Sink 操作，在一個 Flink Table 的 Streaming Job 中將數據寫入到 IoTDB 中。Flink SQL 如下所示：

再比如調用 Flink 中的 Lookup Point 操作，將 IoTDB 中的 device 作為維度表進行 Lookup 查詢。Flink SQL 如下所示：

5. 未來展望

中國恩菲通過深度應用時序數據庫 IoTDB，構建了有色金屬行業智能制造轉型的核心數據底座。IoTDB 強大的數據處理能力與豐富的運維工具支持，精準契合了復雜生產流程中對海量數據進行實時管理與深度分析的需求，為中國恩菲的數字化創新實踐提供了堅實有力的支撐。

未來，中國恩菲希望和時序數據庫 IoTDB 共同成長，通過技術研發、應用拓展等多個維度持續發力，不斷挖掘 IoTDB 在有色金屬行業的潛在價值，全力追求更為卓越的應用成效，推進有色礦冶工程國際化、智慧化、數字化進程。