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工业企业数据服务应用的方案思考
一 背景
工业大数据是未来全球工业市场竞争中的关键所在。无论是德国工业4.0、美国工业互联网还是中国的制造强国战略，各国制造业创新战略的实施基础都是工业大数据的搜集和特征分析，以及以此为未来制造系统搭建的无忧环境。
致力于推进工业智能化发展，战略规划中应用大数据服务是智慧工厂体系的关键组成部分。通过近期与工业企业的交流，对前期MES积累的大量数据进行价值提炼成为很多企业领导感兴趣的方向。同时，基于移动办公的业务需要，对以移动应用方式展示报表统计及数据分析的需求也非常迫切。可以说，大数据分析在未来的智能制造规划中拥有越来越重要的作用，因此有必要结合目前市场需求进行数据服务产品的研发。
二 技术架构
1、技术目标
① 可配置易扩展：数据采集、数据分析、消息推送等任务调度类服务应以基于配置文件的方式实现相应功能，方便系统的扩展和灵活应用。
② 多数据源支持：数据采集应根据业务需要支持各种类型的源数据源和目标数据源，包括主流关系型数据库。
③ 界面友好、体验度高：移动应用APP要操作简单、界面美观，图表展示要具有一定的交互功能。
④ 面向接口编程：为保证各系统的开放性及独立性，系统要按接口标准进行功能封装和功能调用。
⑤ 数据安全保密：使用防火墙及单向隔离机制实现数据采集单向传输，以保证工业生产网络的数据安全（采集终端可以访问Internet，Internet用户不能访问采集终端）。
2、性能目标
① 页面响应时间≤2.5秒，手机应用操作响应时间≤3秒。
② 系统吞吐量≥600（请求数/每秒）。
③ 系统支持的并发用户数≥200。
3、技术要求
（1）数据源可配置
数据源配置的任务主要是实现对采集频率、源数据参数、目标数据参数、源表、目标表、源字段、目标字段等的配置，通过设计XML文档结构实现配置的存储。
（2）数据采集
数据采集的任务是对配置文件中表的历史数据进行采集，为了保证源数据库和目标数据库的运行效率，每个表每次采集的数据不能太多，以不超过1000条为宜，向目标数据库中追加采集数据时应每添加1条让线程休眠10毫秒，避免大批量数据追加长时间锁定表，引起其他检索操作超时和系统假死等影响体验度的问题。
（3）数据同步
对客户的SQL Server版本升级至2008R2以上版本，升级后对采集库开启CDC功能，对采集表开启跟踪表。然后，通过同步程序读取跟踪表数据，对目标表中的数据进行同步处理操作。由于CDC功能是基于日志的，因此对数据库性能的影响较小，这也是微软官方比较建议的一种做法，但会有一定的升级风险（需要停产）。
4、后台系统技术结构
后台服务系统的技术架构如图所示：
① 后台服务前端实现（EasyUI和Echarts）：针对后台服务系统的一切需求，后台服务前端设计使用基于Jquery封装的EasyUI开源前端展现框架和Echarts图表展现框架。
② 前端访问安全实现（Mesnac.shiro）：Apache Shiro是一个强大易用的Java安全框架，提供了认证、授权、加密和会话管理功能，可为从命令行应用、移动应用到大型网络及企业应用的任何应用提供安全保障。
③ 手机APP接口实现（Mesnac.Webservice）：JAX-RS是Java EE6 引入的一个新技术。JAX-RS即Java API for RESTful Web Services，是一个Java 编程语言的应用程序接口，支持按照表述性状态转移（REST）架构风格创建Web服务。JAX-RS使用了Java SE5引入的Java标注来简化Web服务的客户端和服务端的开发和部署。
④ 定时服务实现（Mesnac.quartz）：Quartz是一个完全由Java编写的开源作业调度框架，为在Java应用程序中进行作业调度提供了简单却强大的机制。Quartz允许开发人员根据时间间隔来调度作业。它实现了作业和触发器的多对多的关系，还能把多个作业与不同的触发器关联。
⑤ 手机APP服务推送（Mesnac.jpush）：本项目运用的是极光推送，是一个对所有APP个人开发者、企业开发者开放的，免费的消息推送服务，可以通过简单的API调用来实现对各种平台的手机APP消息分发。
⑥ 公共操作封装（Mesnac.Util）：在开发过程中经常会使用一些外部工具，因此把这些基础的公共操作封装在Mesnac.Util类库中，例如，字符串解析、资源文件读取、外部文件读取、XML解析、JSON格式解析、IP获取等。
⑦ 底层业务服务实现：
Mesnac.action：Struts是开源框架，使用Struts的目的是为了减少运用MVC设计模型开发Web应用的时间。如果想混合使用Servlets和JSP的优点来建立可扩展的应用，Struts是一个不错的选择。
Mesnac.service：Spring框架是由于软件开发的复杂性而创建的，Spring是使用基本的JavaBean来完成以前只可能由EJB完成的事情。然而，Spring的用途不仅仅限于服务器端的开发，从简单性、可测试性和松耦合性的角度而言，绝大部分Java应用都可以从Spring中受益。
Mesnac.dao和Mesnac.model：Hibernate是一个开放源代码的对象关系映射框架，它对JDBC进行了非常轻量级的对象封装，将POJO与数据库表建立了映射关系。它是一个全自动的ORM框架，可以自动生成SQL语句，自动执行，使得Java程序员可以随心所欲地使用对象编程思维来操纵数据库。
5、数据服务APP应用技术架构
数据服务App应用技术架构如下图：
（1）Cordova
Cordova 就是Apache基金会给PhoneGap取的一个新名字，历史缘由就是Adobe将PhoneGap核心代码贡献给了Apache基金会，现在Apache将Cordova作为一个顶级项目来运行。Cordova提供了一组设备相关的API，通过这组API，移动应用能够以JavaScript访问原生的设备功能。
（2）AngularJs
AngularJS 诞生于2009年，由Misko Hevery 等人创建，后被Google收购，是一款优秀的前端JS框架，已用于Google的多款产品当中，如Gmail、Maps、Calender 等。AngularJS有着诸多特性，最为核心的是MVVM、模块化、自动化双向数据绑定、语义化标签、依赖注入等。
（3）ionic
ionic是一个强大的HTML5应用程序开发框架，是AngularJS的移动端解决方案，可以帮助开发人员使用 Web技术，比如HTML、CSS和Javascript构建接近原生体验的移动应用程序。ionic 主要关注外观和体验，以及和应用程序的 UI 交互，特别适合用于基于Hybird模式的HTML5移动应用程序的开发。
三 解决方案应用效果
通过大数据分析，工业数据服务APP对企业运营的全业务进行针对性的监控、预警、跟踪。大数据系统可以在第一时间自动捕捉数据变化，再以最快捷的方式推送给指定负责人，使相关人员在最短时间内获知生产信息。
本APP在收集生产和管理流程各环节的实时与历史数据后，将所有数据进行整合互联，然后基于商业理解对信息进行分类储存和分析加工，并与决策行为连接起来，帮助企业进行决策，减少失误，把握时机，实现了通过数据资源来创造商业价值。
本APP已在多个公司运行，效果良好。以某企业数据服务项目为例，APP从MES系统数据接口和设备PLC、传感器处进行数据采集，建立工艺参数分析算法模型，解决工艺分析过程中数据量大、分析不具体的问题，提高工艺调节水平；将快检数据与现场生产结合起来，形成报表，对比机台及班组差异；建立生产能力分析算法模型，总体分析计划、生产、合格率等情况，对整体满足情况全面分析，提供生产指导；建立原材料质量分析算法模型，提升质量应对水平，分析各原材料质量水平、选择合格供应商；建立胶料质量分析算法模型，提供CPK、PPK等分析控制图，并结合工艺、生产实绩进行相关性分析；实现了手机APP端的数据可视化展示。
此外，软控轮胎工业数据服务APP在应用角度，还具有以下特点：
①在一定程度上实现对MES等信息系统积累的历史数据的价值再提炼，通过大数据分析模型的建立所衍生的新功能，可以令MES增值10%以上。
② 解决了移动办公及异地管理中的数据统计和数据分析及时性问题。
异地办公及管理效率提升20%。
数据统计及时能力提升20%。
提供报表定时推送能力（根据订阅情况推送）。
③ 提供了海量设备数据的存储机制，为建立数据分析模型及后期的设备诊断奠定基础。
通过租用云计算的弹性计算能力，再结合大数据处理技术，可以实现对GB、甚至TB级的设备数据进行快速处理，这是现有工厂服务器处理能力无法做到的。
通过设备数据分析，建立设备故障预警模型，降低设备故障率15%。
④ 建立对产品质量数据的分析流程，为质量有效控制模型的建立奠定基础。通过建立质量控制模型，有效分析影响质量的因素，可以提高质量控制能力10%以上。
CodingPioneer
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