在智能制造時代，質(zhì)量數(shù)據(jù)具有數(shù)量大，結(jié)構(gòu)模式復(fù)雜，變化多的特點，如果沒有合理的質(zhì)量數(shù)據(jù)采集方式，會造成質(zhì)量管理的困難，增加質(zhì)量管理成本。文章通過分析非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫特點，得到非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是以后質(zhì)量數(shù)據(jù)管理應(yīng)用的重要工具的結(jié)論，最后介紹基于非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的C/S架構(gòu)的 質(zhì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 應(yīng)用的實現(xiàn)。



從上個世紀(jì)90年代以來，隨著改革開放政策的推進，中國慢慢成為了全世界的制造中心。但是中國在全球的制造價值鏈上仍處在比較低的位置上，中國可以算一個制造大國，不是制造強國，因為中國制造產(chǎn)品的普遍形象是低成本、低質(zhì)量，一個重要的原因就是中國公司在質(zhì)量管理的信息化程度不足。質(zhì)量管理系統(tǒng)中最重要一塊內(nèi)容是質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集，質(zhì)量管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)就是質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集、處理和應(yīng)用。如何有效、及時、準(zhǔn)確、智能地去采集這些數(shù)據(jù)，是需要重點解決基本問題。本文根據(jù)新時期離散制造業(yè)信息化和質(zhì)量數(shù)據(jù)的特點，提出了基于新型的NOSQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的質(zhì)量數(shù)據(jù)采集和處理解決方案。

1、離散制造業(yè)質(zhì)量數(shù)據(jù)特點

離散制造，是相對于流程制造來說存在更多的不確定性和多選擇性。離散制造同一時間可能會生產(chǎn)多種產(chǎn)品，且產(chǎn)品采用不同的裝配模式或者不同的配置。同時，各種機器人和自動檢測設(shè)備越來越多的引入到未來實際的生產(chǎn)中，這些設(shè)備也產(chǎn)生了各種各樣海量的數(shù)據(jù)。

1.1數(shù)據(jù)量大

如果一個工廠的生產(chǎn)產(chǎn)能是每天幾萬件，每個產(chǎn)品從最初的原料到最終的成品要經(jīng)過若干工序，每個工序后面還會有若干檢驗工序，每個檢驗工序都要檢測幾百個點的參數(shù)，一件產(chǎn)品從最初的原材料到最后的成品，將會產(chǎn)生成千上萬條數(shù)據(jù)，這樣每天產(chǎn)生的需要去采集和處理的數(shù)據(jù)可能都會有上億條。這樣的數(shù)據(jù)量對采集和處理數(shù)據(jù)的能力都提出了很高的要求。

1.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜

整個生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)也會非常復(fù)雜，其中有些是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：能夠用數(shù)據(jù)或者同一的結(jié)構(gòu)來表達數(shù)據(jù)；有些是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，即不能夠使用同一的數(shù)字或者模型來表達出的數(shù)據(jù)。從最新的統(tǒng)計結(jié)果來看，現(xiàn)代制造企業(yè)整個生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，有85%都已經(jīng)變?yōu)榱朔墙Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)只占到了15%左右。

1.3數(shù)據(jù)內(nèi)容結(jié)構(gòu)變化頻繁

從產(chǎn)品制造的整個生命周期來看，存在多個階段：產(chǎn)品的構(gòu)想階段、工程驗證階段、設(shè)計驗證階段、量產(chǎn)驗證階段、量產(chǎn)階段?？赡苊扛粢欢螘r間就要對采集的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容作出變更。這種頻繁的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化會對數(shù)據(jù)的采集和管理形成較大的困難。

2、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫與新型非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的對比

傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，是指建立在關(guān)系模型上，所有數(shù)據(jù)都要符合特定的要求，具有遵循ACID原則的特點。非傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)稱為NOSQL，指那些分布式的，不遵循ACID原則的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)為非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)代離散制造業(yè)的質(zhì)量數(shù)據(jù)的特點為：海量、類型復(fù)雜、多變化等，這種特點導(dǎo)致傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫很難去處理這些數(shù)據(jù)：

①管理困難。因為傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫在存儲數(shù)據(jù)之前需要先預(yù)定義數(shù)據(jù)表，在預(yù)定義好表和字段以后，才能把相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲進數(shù)據(jù)庫中。但是由于質(zhì)量數(shù)據(jù)的海量和多變性，導(dǎo)致很難去提前預(yù)定義好所有的字段和表。

②面對大數(shù)據(jù)量的性能困擾。在數(shù)據(jù)量特別大的時候，傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的性能會急劇的下降，這個時候如果對數(shù)據(jù)庫做一些變更，比如創(chuàng)建或者刪除索引等工作，會變得非常困難，效率低。

③擴展性能差。在數(shù)據(jù)庫的性能或者磁盤容量上出現(xiàn)問題的時候，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫在擴展上顯得無能為力。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫在性能的擴展空間上是有限的。

3、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特點

綜上所述，在智能制造時代，關(guān)系型很難去應(yīng)對大數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)。新型的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫開始進入了舞臺，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有以下幾個特點：

①管理方式靈活。因為非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲僅要求數(shù)據(jù)符合特定的格式，對數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容沒有特定的要求。所以這種特性給質(zhì)量數(shù)據(jù)的管理帶來了很大的靈活性。

②擴展性能強。由于NOSQL數(shù)據(jù)庫采用的分布式的架構(gòu)，數(shù)據(jù)會被分散存儲在不同的數(shù)據(jù)節(jié)點上。在數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)性能問題的時候，可以通過增加數(shù)據(jù)庫的節(jié)點，輕松實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫性能的擴充。

③強大的海量數(shù)據(jù)處理能力。因為NOSQL采用特殊的分布式的存儲結(jié)構(gòu)，且存儲數(shù)據(jù)的模型更加的簡單和直接。從上述分析中可以看到，新型的非關(guān)系數(shù)據(jù)庫對比關(guān)系數(shù)據(jù)庫在質(zhì)量數(shù)據(jù)的處理和存儲上有著明顯的優(yōu)勢。

4、基于NOSQL數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用介紹

下面討論一種基于NOSQL數(shù)據(jù)平臺的CS架構(gòu)質(zhì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)?，F(xiàn)代智能制造中存在著大量的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，這些數(shù)據(jù)采集設(shè)備可能為自動檢測儀器、傳感器、掃描儀等。這些設(shè)備結(jié)構(gòu)一般分為兩塊：數(shù)據(jù)采集端，通過一些特定的工具和方法去采集數(shù)據(jù)；控制端，負(fù)責(zé)整個數(shù)據(jù)采集后的處理和上傳。所以，整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的架構(gòu)也分為兩塊：客戶端，通過在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的控制電腦上安裝上傳所使用的軟件，來進行上傳數(shù)據(jù)的管理和監(jiān)控；服務(wù)器端，在服務(wù)器端安裝配置相應(yīng)的程序和數(shù)據(jù)庫，用來接受和存儲通過客戶端上傳來的數(shù)據(jù)。由于整個系統(tǒng)在設(shè)計上要求兼容不同的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，所以，有必要預(yù)定好統(tǒng)一的生成數(shù)據(jù)的規(guī)則和格式。在NOSLQ系統(tǒng)中，通常使用JSON格式或者類JSON格式來存儲數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)按照一定的要求轉(zhuǎn)化成JSON的格式類型，就可以完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和準(zhǔn)備工作。定義好統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式以后，在數(shù)據(jù)采集設(shè)備的控制電腦上安裝相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集程序，該采集程序可以監(jiān)測到數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，一旦發(fā)現(xiàn)有需要的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，就可以把數(shù)據(jù)推送到指定的服務(wù)器端。在機器發(fā)生故障或者異常的時候，會提醒質(zhì)量管理人員進行異常處理工作。整個數(shù)據(jù)的傳輸過程都是在Intranet的環(huán)境下進行，良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和穩(wěn)定工作環(huán)境，可以保證傳輸過程的可控。

5、結(jié)語

本文通過研究分析離散制造質(zhì)量數(shù)據(jù)的特點，指出了傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在智能制造時代的缺陷。同時，通過對非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特點分析，提出了非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫在未來質(zhì)量管理上會得到充分應(yīng)用和發(fā)展?；谝陨戏治?，提出了一種基于NOSQL的客戶端／服務(wù)器端架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集方法，該方法可以實現(xiàn)對質(zhì)量數(shù)據(jù)的實時的采集，同時保證數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確、及時性，對于我國質(zhì)量數(shù)據(jù)采集和管理具有理論和實踐意義。

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