关键字：实时数据库 实时数据库行业应用系统 生产信息化 实时监控 两化融合
【文章摘要】
实时数据库是企业信息化管理系统中的核心和中枢，是企业实现从设备自动控制到高层计划管理的桥梁，在企业信息化的建设中起着至关重要的作用。实时数据库目前在国内主要应用于电力、石油、化工、钢铁、环保等行业，并对流程工业的信息化和非流程工业的实时监控体系建设有着举足轻重的作用。由于实时数据库在存储能力、读取速度，分析展示等性能方面的优势，近年来实时数据库行业应用快速增长，随着工业化与信息化的进一步推进，必将迎来更加广阔的发展空间。
【正文】
实时数据库是企业信息化管理系统中的核心和中枢，是企业实现从设备自动控制到高层计划管理的桥梁，在企业信息化的建设中起着至关重要的作用。进入二十一世纪后，随着国家对软件行业等鼓励政策的出台，以及社会对实时数据库认识的不断加深，国内企业对实时数据库系统的重视度不断提高、研究不断深入，国内在实时数据库理论和实践上均取得了很大的进展，其应用需求及市场规模也不断扩大。
一、   实时数据库概述
（一）实时数据库的定义
实时数据库是数据和事务都有定时限制的数据库，适用于处理不断更新的快速变化的数据及具有时间限制的事务处理，是数据库系统发展的一个重要分支。通俗地讲，实时数据库是一种采集、存储和分析随时间快速变化的海量数据的软件产品，是现代工业生产信息化的核心基础软件。
（二）实时数据库的作用
实时数据库通过对大量实时数据的采集和存储，既为企业保留了极为重要的历史数据，也为企业提供了及时和有效的实时信息；在对历史数据和实时数据分析的基础上，可以对工厂实施监控及管理，如流程优化、质量控制、设备维护、故障预警等；通过实时数据库可集成产品计划、维护管理、专家系统、模拟与优化等应用程序，在计划管理和实时生产之间起到桥梁作用；实时数据库成为企业信息系统中数据的“生产中心”，在整个信息系统建设中起着关键作用。
实时数据库处理的对象是随时间快速变化的海量数据，在各领域的应用中，采集和存储的技术原理是基本一致的，因此，实时数据库可广泛应用于电力、石油、钢铁、化工、交通、航空、水利、环保等重要行业和领域。它可以为用户提供高速、及时的实时数据服务，能够对快速变化的实时数据进行长期高效的历史存储，是现代工业信息化的核心基础软件。
（三）实时数据库行业概况
实时数据库是随着20世纪80年代工业信息化的发展而产生的，主要服务于流程企业的生产领域，目前已延伸应用于非流程工业。实时数据库作为一种新兴的数据库技术，它有效解决了关系数据库无法满足工业生产领域数据的实时采集、存储的不足，实时数据库的重要特点是对大量不断更新、快速变化的实时数据处理能力强，能够从工业生产领域的自动化设备上采集、存储生产的全面数据最终形成一个数据平台，以便为工业企业对数据进行分析和优化提供支持。
1988年3月，在美国计算机协会SIGMOD Record的一期专刊中首次明确提出了实时数据库系统这一概念。随后，针对实时领域与数据领域进行数据融合的成熟的研究群体逐渐出现，标志着实时数据库这个新兴研究领域的确立。到上世纪九十年代，国外实时数据库开始大规模应用。随着应用的不断推广，国外实时数据库技术得到了不断的提高，美国OSI公司的PI实时数据库是目前国内外使用最为广泛的实时数据库产品，广泛应用于电力、石化、钢铁等众多流程工业领域。
在2000年以前，我国的实时数据库市场被国外产品垄断。进入二十一世纪后，随着国家对软件行业鼓励政策的出台，国内企业对实时数据库系统的研究不断深入，国产实时数据库在产品和应用上均取得了很大的进展，主要性能和技术指标已经达到国际先进水平。国内实时数据库品牌比较有代表性的有上海麦杰科技的 “openPlant实时数据库”，主要应用于电力及环保行业、江苏瑞中数据股份有限公司“海迅实时数据库”，主要应用领域额为电网行业、浙江中控软件技术有限公司“ESP-iSYS实时数据库”，主要应用于化工行业、北京中科启信软件技术有限公司“Agilor实时数据库”等。这些本土企业经过近年来的不断发展，已经初具规模，并凭借着成本优势逐步形成对国外产品的进口替代，逐步得到市场的认可并形成了一定的品牌效应。
（四）实时数据库行业发展的有利条件
推进工业化和信息化的融合是我国“十二五”时期的重要任务，产业政策将会大力支持该行业的发展。中华人民共和国工业和信息化部于2011年11月4日印发的《“十二五”产业技术创新规划》中提出，到2015年，我国工业和信息化重点领域产业技术创新取得重大突破，掌握一批具有自主知识产权的核心技术和关键技术，部分领域产业技术水平处于世界前列。将软件和信息技术服务业列为重点发展领域之一，重点开发非结构化数据库技术、多媒体数据库技术、实时数据库技术、嵌入式软件技术等相关技术。2011年3月16日，全国人民代表大会批准的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》提出了“十二五”期间单位国内生产总值能耗和二氧化碳排放要大幅下降，主要污染物排放总量显著减少等指标。将信息化手段引入环保监测将成为大势所趋。2009年4月16日，国务院正式颁布实施的《电子信息产业调整和振兴规划》明确要求提高软件产业自主发展能力，依托国家科技重大专项，着力提高国产基础软件的自主创新能力。支持信息安全软件、工业软件等重要应用软件和嵌入式软件技术、产品研发，实现关键领域重要软件的自主可控。加强国产软件和行业解决方案的推广应用，推动软件产业与传统产业的融合发展。鼓励大型骨干企业整合优势资源，增强企业实力和国际竞争力。引导中小软件企业向产业基地集聚和联合发展，提高软件行业国际合作水平。2006年2月9日，国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，提出在信息产业及现代服务业领域要大力支持大型应用软件及面向核心应用的信息安全的发展。这些政策将大大鼓励有自主知识产权的实时数据库在我国电力、石油、钢铁、化工、环保等领域信息化应用的发展。
二、     实时数据库的市场规模及应用领域
目前实时数据库在国内主要应用于电力、石油、钢铁、化工、环保等行业，其中电力、石化、钢铁等流程工业自动化普及程度较高，生产信息化系统的发展也较为成熟，实时数据库的应用需求仍在稳步上升。
据调研统计，2010年电力行业实时数据库市场规模达到1.69亿元，2015年预计将超过3.32亿元；2010年石油行业实时数据库市场规模达到1.28亿，2015年预计达到2.95亿；2010年钢铁行业实时数据库市场规模超过0.5亿元，预计2015年市场规模将达到1.32亿元；化工行业实时数据库市场规模达到0.3亿元，2015年预计达到0.68亿元。
《污染源自动监控管理办法》，《国家环境监管能力建设“十一五”规划》等规章制度相继颁布，环保部提出了建设先进的环境监测预警体系和完备的环境执法监督体系的发展战略，并对环境质量监测网络的实时监测能力、应急监测能力提出了更高的要求。《先进的环境监测预警体系建设纲要（2010—2020年）》提出如下建设目标，到2020年，在国家环境宏观战略规划基本架构的基础上，全面改善我国环境监测网络、技术装备、人才队伍等方面薄弱的状况，重点区域流域具备前瞻性和战略性监测预警评价能力，支撑环境监测发展的基础得到有效巩固，环境质量监管能力显著提升，全面实现环境监测管理和技术体系的定位、转型和发展；建成满足环境管理需求、具有全局性和基础性公共服务能力的环境监测预警体系。这些政策的实施都为实时数据库在环保领域的运用奠定了坚实的基础。2010年实时数据库开始应用于环保行业，2012年起将呈现出规模化发展趋势，预计到2015年实时数据库在环保行业应用的市场规模将超过1.83亿元。
上述五个行业实时数据库市场规模在2010年3.91亿元的基础上，到2015年总体潜在市场规模将超过10亿元。我国实时数据库2007年-2015年的市场规模如下图表所示：
图表 1   2007-2015年我国实时数据库市场规模（亿元）
项目     2007年    2008年    2009年   2010年    2011年    2012年   2013年   2014年   2015年
电力行业1.12      1.36          1.57       1.69         1.83         2.08        2.40         2.80       3.32
环保行业0.00      0.00          0.00        0.12        0.16         0.42        0.64         1.15       1.83
石油行业0.66      0.98          1.10        1.28        1.52         1.80        2.13         2.51       2.95
钢铁行业0.34      0.40          0.44        0.53        0.64         0.76        0.92         1.10       1.32
化工行业0.18      0.21          0.25        0.30        0.35         0.41        0.49         0.58       0.68
合计       2.30       2.94          3.35        3.91        4.50          5.48       6.57         8.13     10.10

图表 2   实时数据库市场规模（亿元）
实时数据库除在已有行业加速应用外，还已开始在交通、建材、电信、金融、飞行控制、航空航天、国防、智能建筑、物联网等新兴市场得到越来越广泛的应用。随着“工业化与信息化融合”战略的不断推进，各行各业对生产信息化建设的需求必将快速增长，从而给实时数据库行业带来广阔的市场空间。
三、     实时数据库行业应用系统的发展趋势
（一）实时数据库行业应用系统的定义
实时数据库基础平台与行业需求相结合，即成为实时数据库行业应用系统。制造执行系统（MES）、电力企业生产信息化系统、环境监测与预警信息化系统等就是以实时数据库为基础，根据不同行业特定需求而开发的行业应用系统。
以MES系统为例，它就是专门为满足钢铁、石油、化工等流程行业生产信息化的需要而产生的，是实时数据库基础平台与其应用软件的结合体。实时数据库基础平台与电力行业需求相结合成为电力企业生产信息化系统，与MES系统的作用类似，发电企业生产信息化系统在国内发电企业生产信息化中的主要作用是建立生产控制系统和管理信息系统（MIS）之间的连接桥梁，帮助电力企业完成厂级生产过程的监控和管理、厂级故障诊断和分析、厂级性能计算和分析、经济负荷调度等。而基于实时数据库的环境监测与预警信息化系统，是基于实时数据库平台开发的环境监测系统产品，主要用于污染源监测，监测指标为气体排放指标SO2，污水排放指标COD等，通过实时监测，达到对污染物排放的实时监测并确保监测结果的科学性、真实性和可靠性。环境监测与预警信息化系统利用现代高科技电子网络技术，在自然力或人类活动作用于环境时，对环境变化进行监测、分析和评价，确定环境动态变化趋势及变化速度并做出预测与报警，提出相应的应急方案和防治对策。环境监测与预警系统信息化系统从预警的高度重新定义了环境监测工作，与传统意义上的污染源监控有着本质的区别。
（二）实时数据库行业应用系统的发展趋势
实时数据库行业应用系统利用实时数据库高度实时性、超大容量、支持过程分析的特点，在各个行业都呈现了巨大的发展潜力，其市场规模也不断扩大。
1、电力生产信息系统的发展趋势
在电力行业，发电装机容量快速增长，“十一五”期间年均增长速度达到12.9%，“十一五”时期新增装机容量是“十五”时期新增装机容量的2.19倍。我国自2010年已经进入新一轮经济与电力消费增长周期，目前正处于第二次发展的转型阶段，这是以重化工业为特点的工业化中期阶段向工业化后期阶段、部分地区率先进入后工业化阶段发展的关键时期。从世界主要国家的历史发展轨迹来看，在这一阶段经济和电力需求仍将保持较快增长；从国内发展环境来看，未来5年是我国全面建设小康社会的关键时期，工业化、城镇化、市场化、国际化、信息化仍将加速发展，必将带动人均用电量的持续增加。根据中电联组织编制的《电力工业“十二五”规划研究报告》预测，2015年，全国全社会用电量将达到5.99万亿~6.57万亿千瓦时，基准方案推荐6.27万亿千瓦时，比2010年增加2.08万亿千瓦时，是全社会用电量增加最多的五年。我国电力市场仍是一个需求大于供给的市场，加之电力体制改革刚刚起步，目前各电力公司之间还不足以形成有效的竞争态势。但是随着发电能力的不断增加和厂网分离、竞价上网改革的不断深人。实际上，很多电力企业已经意识到目前的信息化建设正是日后参与市场竞争的又一重要手段。因此，各电力企业必须加强企业内部产业结构的优化重组，应用当代信息技术的发展成果，着力提高企业信息化水平，以新姿态迎接环境变化的新挑战。未来几年电力信息化投资规模仍将保持快速增长，预计未来五年内市场规模增长如下：
图表 3  2007-2015我国电力生产信息系统市场规模（亿元）

2、环境监测与预警信息系统的发展趋势
在环保行业， 在9月22日举办的第七届环境与发展论坛上，与会专家指出，“十二五”的全国环保投入，要比“十一五”的投入至少增加1.5倍，“十一五”投入为2.16万亿元，约占GDP的1.41%。世界银行的研究报告显示，当治污投入占GDP的1.5%-2%时才能控制污染，占GDP的2%-3%时才能改善环境质量。“十一五”期间，我国投入百亿元用于国控重点污染源自动监控能力建设，2006年底数据显示，我国已建成政府染源监控中心167个，对6121个企业进行污染源监控；到2010年底，建成343个政府污染源监控中心，对15559家重点污染源实施了自动监控。按照国家环保总局要求，我国的污染源自动监控体系将逐步在国控、省控及地市级企业中建立，未来将有高达23万家企业进入在线监控；同时，随着下游监控企业的增多，将对政府端监控中心的数据处理能力构成巨大压力，这就要求不断升级污染源监控系统，企业也面临着更新换代的需求。这些都为环境监测与预警信息化系统提供了广阔的发展空间，预计未来五年市场规模如下：
图表 4  2007-2015年我国环境监测与预警信息系统市场规模（亿元）

3、石油生产信息系统的发展趋势
2011年中国石油和化工行业两化融合推进大会提出，“十一五”期间我国石化行业发展迅速，工业产值年均增长22.3%，今年上半年产值同比增长超过20%，但是行业面深层次结构问题依然没有解决，国际石化公司已在信息化高端领域抢占先机，我国石化企业应在“十二五”期间将重点支持石化行业的信息化发展，加强推动石化行业信息化的技术改造。石化行业作为国民经济重要支柱产业，信息技术与生产过程高度融合，“十二五”期间将持续推进石化行业工业化和信息化的深度融合，提升两化融合对企业管理、技术创新、节能减排、安全生产等方面的促进作用。
石油行业是高科技密集型行业，信息化在石油行业的生产运行和管理当中起着非常重要的作用。两化深度融合的推进，将有效发挥信息技术在促进石油和化工产品在产业结构调整中的重要作用，提升企业技术、资源利用、商业模式方面的工作效率，有效降低生产成本，实现生产可持续、低碳化、绿色化发展。石油行业是我国开展信息化建设较早的行业之一，行业信息化经过多年的建设，行业整体信息化应用水平不断提高，石油行业信息化发展无论在基础设施还是在应用系统建设上都已趋于相对成熟。但从国家的宏观角度来看石油行业仍旧是今后信息化建设的重点领域之一，在2010年全国工业和信息化工作会议上，工信部部长李毅中强调，两化融合将成为中国经济发展的引擎，而石油行业又是其中的重中之重，因而石油行业信息化行业在未来仍有潜力，预计未来五年石油生产信息系统市场规模如下：
图表 5  2007-2015年我国石油生产信息系统市场规模（亿元）

数据来源：《电脑商情报》
4、钢铁行业MES系统的发展趋势
当前我国制造业的发展受到了一系列国际贸易环境和国家宏观调控政策因素的影响，如人民币升值，出口退税率下调，货币政策趋紧，劳动力、土地、能源等要素成本上升等，面对这些工业化进程中不可避免的压力和挑战，中国制造业必须走新型工业化道路，调整产业结构，转变发展方式、加快产业升级，才能消化以上诸多不利因素，保持和提高国际竞争优势。在这样的大背景下，制造企业全面推进各个领域的信息化势在必行，这必将带动制造执行系统（MES）的大力发展，同时，随着信息化知识的普及，企业对MES认识也在不断提高，所以都促使了MES受到越来越多的关注。MES的重要应用领域包括钢铁、化工、有色金属、汽车、烟草、机械等。
钢铁行业属于典型的流程型制造业，钢铁从原料开始，经过炼铁、炼钢和轧钢等工序，才能最后成为成品，在每道工序中，都存在很多物理和化学变化，每个环节都需要对生产和管理进行控制。MES的应用可以对钢铁行业的流程进行管理和控制，它起着承上启下的作用。钢铁行业中的MES应用在制造业各行业中时间最早，也最广泛，在应用了MES后，钢铁企业提高了生产管理能力，降低了采购成本，实现了产品的全过程控制。“十一五”时期，我国粗钢产量由3.5亿吨增加到6.3亿吨，年均增长12.2%，钢材国内市场占有率由92%提高到97%；2010年，钢铁工业实现工业总产值7万亿元，占全国工业总产值的10%；资产总计6.2万亿元，占全国规模以上工业企业资产总值的10.4%，为建筑、机械、汽车、家电、造船等行业以及国民经济的快速发展提供了重要的原材料保障。“十二五”发展规划提出了要确保钢铁产业平稳运行，加快结构调整，推动产业升级，在技术改造重点方面，加强建设钢材性能在线监测、预报、控制技术改造，信息化集成系统技术改造，建设能源管理中心。推进企业建设产供销一体、管控衔接、三流同步（信息流、资金流、物质流）的信息化集成系统，支持跨地区企业集团建立完善异地分布的信息系统，提高管控效率，加强信息安全和系统安全的保障体系建设，提高信息化系统安全性和稳定保障能力。这就要求钢铁企业必须重视信息化建设，切实推进精益化生产。这就为MES的快速发展提供良好的基础环境，预计未来五年我国钢铁行业MES系统市场规模如下：
图表 6   2007-2015年我国钢铁行业MES系统市场规模（亿元）

5、化工行业MES系统的发展趋势
 
MES系统正在经历和ERP系统一样的历程：混合型——标准化——专业化，2010年，我国MES市场规模将达到10.6亿元，比2009年增长23.3%，增长率持续攀高。
 
在化工行业，目前国内的大型化工企业ERP使用率已经很高，随着ERP系统的普及，化工企业日益重视MES管理。化工企业的生产过程是一个物流的投入产出过程，且是不可逆的。管理过程是信息流的过程，为了提高竞争能力，如何提高资源信息的利用率和深度挖掘以及对信息的及时了解、迅速反应是化工行业迫切需要解决的问题。因此化工行业MES系统市场规模增长潜力巨大，预计未来五年化工行业MES系统市场规模如下：
 
图表 7   2007-2015年我国化工行业MES系统市场规模（亿元）
四、     实时数据库行业的竞争状况
从发展历程看，实时数据库厂商往往首先开发出适用于特定行业的实时数据库产品，经过大量实际应用案例检验成熟后才开始向其他行业拓展。与实时数据库龙头企业美国OSI软件公司近30年的发展历程相比，国内企业发展时间普遍较短。
 
国外实时数据库企业主要有美国OSI、美国Aspentech、美国Honeywell公司等。美国OSI软件公司的PI实时数据库是现在全世界应用最为广泛的实时数据库产品，目前该公司的用户已超过14,000个，遍及全球10多个国家和地区，所涉及行业也由最初的石化成功拓展到电力、钢铁、造纸、饮料食品、制药和生命科学、传输和分配等公用事业等其他行业。除PI实时数据库外，美国Aspentech公司的InfoPlus实时数据库和美国Honeywell公司的PHD实时数据库主要应用于国内石化行业，美国Wonderware公司的Historian实时数据库主要应用于国内钢铁行业，美国Instep公司的eDNA实时数据库主要应用于国内电力行业。
 
国内实时数据库的企业主要有上海麦杰科技、北京中科启信、江苏瑞中、浙江中控等。上海麦杰科技在电力及环保行业处于领先地位，江苏瑞中公司在电网行业具有优势，浙江中控与北京三维力控在化工行业处于前列。随着各行业“十二五”规划的陆续出台，两化融合的推进，这些本土企业将凭借成本优势对国外品牌形成逐步替代过程，整个实时数据库行业也会迎来更大的发展空间。