{"id":323,"date":"2019-03-25T17:30:18","date_gmt":"2019-03-25T20:30:18","guid":{"rendered":"http:\/\/xexeu.elipse.com.br\/pt\/algoritmos-de-compressao-de-dados-em-historiadores-de-processos-com-banco-de-dados-comerciais\/"},"modified":"2024-03-28T16:08:05","modified_gmt":"2024-03-28T19:08:05","slug":"algoritmos-de-compressao-de-dados-em-historiadores-de-processos-com-banco-de-dados-comerciais","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/kb.elipse.com.br\/en\/algoritmos-de-compressao-de-dados-em-historiadores-de-processos-com-banco-de-dados-comerciais\/","title":{"rendered":"Algoritmos de compress\u00e3o de dados em historiadores de processos com banco de dados comerciais."},"content":{"rendered":"<div align=\"justify\">\n<p><b>1) INTRODU\u00c7\u00c3O<\/b><\/p>\n<p>A constante necessidade de aperfei\u00e7oamento dos processos produtivos, incluindo press\u00f5es por menores custos e prazos, requer que se tenha cada vez mais informa\u00e7\u00e3o e conhecimento sobre tudo o que ocorre em uma planta industrial.<\/p>\n<p>Neste contexto, \u00e9 crescente a necessidade de sistemas que concentrem em Bancos de Dados Hist\u00f3ricos os dados coletados de diversas fontes heterog\u00eaneas de informa\u00e7\u00e3o, como Sistemas SCADA e PLCs de diversos fabricantes diferentes, de forma a criar um reposit\u00f3rio central que permita desenvolver intelig\u00eancia sobre o processo.<\/p>\n<p>Tais sistemas, conhecidos como Historiadores de Processo ou PIMS (Plant Information Management Systems), permitem transformar dados brutos em intelig\u00eancia do processo atrav\u00e9s de:<\/p>\n<ul>\n<li>Elimina\u00e7\u00e3o de ilhas de informa\u00e7\u00e3o.<\/li>\n<li>Integra\u00e7\u00e3o de sistemas como ERP e Supply-Chain, entre outros, com o ch\u00e3o-de-f\u00e1brica.<\/li>\n<li>Realiza\u00e7\u00e3o de c\u00e1lculos sobre os dados coletados.<\/li>\n<li>Dissemina\u00e7\u00e3o das informa\u00e7\u00f5es para os colaboradores da empresa, que assim podem, entre outros, obter indicadores de performance ou efici\u00eancia, comparar lotes de produ\u00e7\u00e3o, visualizar sin\u00f3ticos de v\u00e1rias partes da planta simultaneamente, etc.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Os softwares PIMS permitem guardar dados anal\u00f3gicos, digitais e textos (strings), al\u00e9m de outros tipos de dados como imagens e sons. O grande volume desses dados, aliado \u00e0 necessidade de armazenamento por per\u00edodos longos (cinco anos ou mais) e de obter consultas rapidamente, representam um grande desafio para os softwares historiadores.<\/p>\n<p>Para reproduzir com maior exatid\u00e3o os dados originais, bem como para proporcionar uma boa velocidade de descompress\u00e3o dos dados, os softwares PIMS apresentam o conceito de &#8220;Banco de Dados Temporal&#8221;. Isso significa que para cada amostra coletada, devem ser processados seu valor, timestamp (instante da coleta) e qualidade, que indica a confiabilidade do dado. Dessa forma, o banco de dados \u00e9 criado internamente de forma a facilitar a busca de uma sequ\u00eancia de valores da mesma vari\u00e1vel.<\/p>\n<p><b>2) TECNOLOGIA DE BANCO DE DADOS PROPRIET\u00c1RIA<\/b><\/p>\n<p>Alguns fabricantes de softwares historiadores, mediante a necessidade de performance exposta acima, optaram por desenvolver sua pr\u00f3pria tecnologia de banco de dados. Isto significa que somente esse fabricante det\u00e9m o conhecimento de como o armazenamento efetivamente funciona, sob o benef\u00edcio de (pelo menos em teoria) obter velocidades de acesso mais altas devido \u00e0 aus\u00eancia de overheads das camadas de abstra\u00e7\u00e3o de bancos de dados.<\/p>\n<p>Um exemplo de banco de dados propriet\u00e1rio pode ser visto abaixo, onde s\u00e3o exibidos filesets que correspondem a certos per\u00edodos de dados. Geralmente existe o fileset &#8220;ativo&#8221;, onde s\u00e3o inseridos os dados atuais, e os filesets de per\u00edodos anteriores, que podem estar dispon\u00edveis (montados) ou indispon\u00edveis (desmontados) para consulta. Estes \u00faltimos servem para o armazenamento de longo prazo.<\/p>\n<div align=\"center\"><span style=\"font-size: xx-small;\"><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura1.PNG\" alt=\"\" width=\"550\" height=\"203\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><br \/>\n<b>Figura 1:<\/b> Organiza\u00e7\u00e3o de filesets em software PIMS<br \/>\n<\/span><\/div>\n<p>Dentro de cada fileset s\u00e3o armazenados os registros de cada vari\u00e1vel no sistema temporal, ou seja, s\u00e3o agrupadas v\u00e1rias coletas de uma mesma vari\u00e1vel em sequ\u00eancia, de forma comprimida.<\/p>\n<div align=\"center\"><span style=\"font-size: xx-small;\"><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura2.PNG\" alt=\"\" width=\"514\" height=\"347\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><br \/>\n<b>Figura 2:<\/b> Organiza\u00e7\u00e3o interna de um fileset em software PIMS<br \/>\n<\/span><\/div>\n<p>Para poder fornecer dados a outros sistemas, os historiadores disponibilizam interfaces de acesso. Uma destas interfaces \u00e9 a do padr\u00e3o OLE DB, usado por programas Windows para acessar um banco de dados de forma relacional, que \u00e9 o m\u00e9todo tradicional de acesso a Banco de Dados. Este padr\u00e3o permite utilizar as opera\u00e7\u00f5es de SELECT e UPDATE, por exemplo.<\/p>\n<p>Entretanto, mesmo com a interface OLE DB, o n\u00facleo do Historiador (PIMS) ainda participa da transa\u00e7\u00e3o, ou seja, mesmo depois de consultados no banco propriet\u00e1rio, os dados ainda ser\u00e3o manipulados pelo n\u00facleo, pois estes precisam ser descomprimidos ou manipulados a fim de serem entregues para a interface OLE DB. Esta arquitetura pode ser vista abaixo.<\/p>\n<div align=\"center\"><span style=\"font-size: xx-small;\"><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura3.PNG\" alt=\"\" width=\"478\" height=\"310\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><br \/>\n<b>Figura 3:<\/b> Arquitetura tradicional de sistemas PIMS<br \/>\n<\/span><\/div>\n<p><b>3) TECNOLOGIA DE BANCO DE DADOS N\u00c3O-PROPRIET\u00c1RIA<\/b><\/p>\n<p>Outros fabricantes de sistemas PIMS optam por utilizar um banco de dados comercial para armazenamento dos dados, tipicamente o Microsoft SQL Server\u00ae. Apesar do SQL Server (assim como a maioria dos bancos de dados comerciais) oferecer uma organiza\u00e7\u00e3o interna bem conhecida (bancos, tabelas, Stored Procedures, etc.), a necessidade de performance levou \u00e0 cria\u00e7\u00e3o de estruturas temporais bastante complexas nas tabelas.<\/p>\n<p>A compress\u00e3o das informa\u00e7\u00f5es de valor + timestamp + qualidade de cada amostra tornam o acesso direto ao banco de dados SQL de um PIMS uma tarefa t\u00e3o imposs\u00edvel quanto no primeiro caso. Isso significa que, para que um software cliente acesse os dados historiados sob a forma de consultas SQL, \u00e9 necess\u00e1rio passar, da mesma forma que no modelo anterior, por uma interface OLE DB, que ainda conta com o n\u00facleo PIMS para a descompress\u00e3o ou transforma\u00e7\u00e3o dos dados.<\/p>\n<div align=\"center\"><span style=\"font-size: xx-small;\"><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura4.PNG\" alt=\"\" width=\"475\" height=\"311\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><br \/>\n<b>Figura 4<\/b>: Arquitetura de sistemas PIMS baseada em banco de dados MS SQL Server<\/span><\/div>\n<p><b><br \/>\n4) ABORDAGEM DESENVOLVIDA<\/b><\/p>\n<p>Neste artigo, adaptamos a tecnologia n\u00e3o propriet\u00e1ria (utilizando bancos de dados comerciais) baseado na premissa de que o formato que os dados armazenados \u00e9 de conhecimento p\u00fablico e de f\u00e1cil acesso. Isto significa que qualquer programa, desde que devidamente autorizado pelo administrador, \u00e9 capaz de acessar diretamente a base de dados temporal\/relacional e extrair a informa\u00e7\u00e3o desejada, sem o aux\u00edlio do n\u00facleo PIMS ou de uma interface OLE DB espec\u00edfica.<\/p>\n<div align=\"center\"><span style=\"font-size: xx-small;\"><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura5.PNG\" alt=\"\" width=\"500\" height=\"312\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><br \/>\n<b>Figura 5<\/b>: Nova arquitetura PIMS desenvolvida<br \/>\n<\/span><\/div>\n<p>Ainda existe uma maior liberdade de acesso \u00e0s informa\u00e7\u00f5es armazenadas, visto que n\u00e3o s\u00e3o necess\u00e1rias c\u00f3pias extras de acesso do n\u00facleo PIMS, j\u00e1 que cada cliente acessa o banco de dados diretamente (Microsoft SQL Server\u00ae ou Oracle\u00ae).<\/p>\n<p><b>5) ESTRUTURA DE TABELAS<\/b><\/p>\n<p>A metodologia utilizada para o armazenamento dos dados \u00e9 baseada na defini\u00e7\u00e3o de m\u00f3dulos de armazenamento, chamados de Storage. Cada Storage permite definir um conjunto de vari\u00e1veis para armazenamento, que podem ser anal\u00f3gicas, digitais ou texto (simultaneamente). Al\u00e9m disso, cada um possui um nome base de tabela, que ser\u00e1 usada para o armazenamento dos dados ap\u00f3s serem processados pelo algoritmo de compress\u00e3o.<\/p>\n<p>Entretanto, para manter um compromisso entre a facilidade de acesso pelos clientes externos e a manuten\u00e7\u00e3o de uma boa performance de grava\u00e7\u00e3o e recupera\u00e7\u00e3o dos dados, foi criado para cada Storage um sistema de tabelas principais e de backup.<\/p>\n<div align=\"center\"><span style=\"font-size: xx-small;\"><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura6.PNG\" alt=\"\" width=\"514\" height=\"264\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><br \/>\n<b>Figura 6<\/b>: Estrutura de tabelas Storage<br \/>\n<\/span><\/div>\n<p>A tabela principal, que cont\u00e9m um per\u00edodo de dados definido pelo usu\u00e1rio, \u00e9 onde os dados recentemente coletados est\u00e3o sendo inseridos. Ela tamb\u00e9m permite consultas tanto pelo n\u00facleo PIMS como por outros softwares clientes. Os dados nestas tabelas est\u00e3o dispostos em um formato h\u00edbrido entre os modos Relacional e Temporal, por\u00e9m n\u00e3o s\u00e3o comprimidos. Cada registro tem o seguinte formato:<\/p>\n<div align=\"center\"><b>TimeStamp + \u00cdndice da Vari\u00e1vel + Qualidade + Valor<\/b><\/div>\n<p>Por sua vez, a tabela backup cont\u00e9m os dados que foram descartados pela tabela principal, dentro de um per\u00edodo m\u00e1ximo tamb\u00e9m definido pelo usu\u00e1rio. Entretanto, o formato da tabela backup n\u00e3o \u00e9 o mesmo da tabela principal, j\u00e1 que para economizar espa\u00e7o em disco, os dados aqui armazenados est\u00e3o realmente em um formato temporal e comprimido, enquanto que na tabela principal eles est\u00e3o dispostos em um formato pseudo-temporal e n\u00e3o comprimido.<br \/>\n<b><br \/>\n<\/b><\/p>\n<div align=\"center\"><b>\u00cdndice da Vari\u00e1vel + TimeStamp Inicial + TimeStamp Final + Dados Compactados<\/b><\/div>\n<p>Na arquitetura desenvolvida, somente o n\u00facleo PIMS \u00e9 capaz de acessar as tabelas de backup, seja compactando os dados das tabelas principais que excederem o per\u00edodo m\u00e1ximo desejado, seja descompactando um per\u00edodo mais antigo do backup (solicitado por algum usu\u00e1rio) e reinserindo esses dados temporariamente na tabela principal.<\/p>\n<p>A verifica\u00e7\u00e3o da transfer\u00eancia de dados excedentes da tabela principal para a de backup, assim como o descarte da tabela de backup, ocorre a intervalos definidos pelo usu\u00e1rio (por exemplo, a cada 24 horas).<\/p>\n<p>A tabela de configura\u00e7\u00e3o de campos, \u00e9 onde s\u00e3o guardadas as configura\u00e7\u00f5es de cada campo. A principal caracter\u00edstica dessa tabela \u00e9 associar um \u00edndice \u00fanico para cada vari\u00e1vel armazenada, que ser\u00e1 utilizado nas tabelas principal e de backup para sua identifica\u00e7\u00e3o.<\/p>\n<p><b>6) ALGORITMOS DE COMPRESS\u00c3O<\/b><\/p>\n<p>A necessidade de grava\u00e7\u00e3o de cada ponto ser\u00e1 verificada conforme o n\u00facleo PIMS for recebendo os valores que est\u00e3o sendo coletados. Isso acontece porque se vari\u00e1vel n\u00e3o muda (ou muda pouco) a cada per\u00edodo de tempo, ser\u00e1 apenas necess\u00e1rio armazenar sua mudan\u00e7a ou taxa de varia\u00e7\u00e3o, e n\u00e3o todos os dados repetidos, o que poluiria o banco.<\/p>\n<p>Dessa forma, para cada vari\u00e1vel que se deseja armazenar, \u00e9 necess\u00e1rio definir um tipo (anal\u00f3gico, digital ou texto); para as vari\u00e1veis anal\u00f3gicas, tamb\u00e9m \u00e9 preciso definir um valor de banda morta (em porcentagem ou em valores absolutos) e os tempos m\u00ednimo e m\u00e1ximo de grava\u00e7\u00e3o.<\/p>\n<p>Neste caso, foi utilizado o algoritmo BoxCar\/BackSlope para definir a necessidade de grava\u00e7\u00e3o de cada ponto.<\/p>\n<div align=\"center\">\n<p><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura7.PNG\" alt=\"\" width=\"544\" height=\"336\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><\/p>\n<p><span style=\"font-size: xx-small;\"><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura7_1.PNG\" alt=\"\" width=\"542\" height=\"380\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><br \/>\n<b>Figura 7<\/b>:\u00a0 Algoritmo BoxCar\/BackSlope<\/span><\/p>\n<\/div>\n<p>A partir da banda morta informada, o algoritmo estabelece um limite de varia\u00e7\u00e3o horizontal em rela\u00e7\u00e3o ao \u00faltimo ponto armazenado (BoxCar). A cada novo ponto reportado, s\u00e3o calculados limites de varia\u00e7\u00e3o diagonais, utilizando a mesma banda morta (BackSlope).<\/p>\n<p>Em linhas gerais, quando um ponto violar as duas \u00e1reas imagin\u00e1rias definidas pelas linhas BoxCar e BackSlope, o ponto deve ser armazenado.<\/p>\n<p>Exce\u00e7\u00f5es para a regra acima ocorrem quando h\u00e1 uma mudan\u00e7a na qualidade do ponto, ou quando o tempo m\u00e1ximo desde a \u00faltima grava\u00e7\u00e3o for ultrapassado &#8211; nessas circunst\u00e2ncias, o ponto \u00e9 sempre gravado.<\/p>\n<p><b>7) CONSULTAS \u00c0S TABELAS DE DADOS<\/b><\/p>\n<p>Embora o formato dos dados na tabela principal seja bastante simples, o processo de consulta de forma direta pode ser um processo relativamente trabalhoso:<\/p>\n<ul>\n<li>Dada uma vari\u00e1vel do sistema, \u00e9 necess\u00e1rio obter qual \u00edndice ser\u00e1 associado \u00e0 vari\u00e1vel.<\/li>\n<li>Dado um intervalo inicial e final, \u00e9 necess\u00e1rio selecionar os registros cujo \u00edndice seja igual ao obtido anteriormente, definindo tamb\u00e9m se devemos incluir somente registros com qualidade BOA ou qualquer registro encontrado.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Para facilitar esse processo, e para permitir manipula\u00e7\u00f5es b\u00e1sicas nos dados, foram disponibilizadas algumas Stored Procedures que podem ser chamadas diretamente, o que elimina o trabalho acima. S\u00e3o elas:<\/p>\n<ul>\n<li>\u00daltimo valor<\/li>\n<li>Valor arquivado em rela\u00e7\u00e3o a uma data\/hora<\/li>\n<li>Atributo de tag<\/li>\n<li>Valores armazenados a partir de uma data\/hora<\/li>\n<li>Valores armazenados num intervalo de datas<\/li>\n<li>Valores amostrados\/interpolados num intervalo de datas<\/li>\n<li>Valores calculados num intervalo de datas (m\u00e1ximos, m\u00ednimos, m\u00e9dias, desvios, etc.)<\/li>\n<\/ul>\n<p><b>8) EXEMPLO DE ACESSO VIA PLANILHAS ELETR\u00d4NICAS<\/b><\/p>\n<p>Abaixo, vemos um exemplo de acesso aos dados do PIMS via Microsoft Excel. Foi constru\u00edda uma macro que permite conectar-se ao banco de dados diretamente, disponibilizando as consolida\u00e7\u00f5es de dados das Stored Procedures.<\/p>\n<div align=\"center\"><span style=\"font-size: xx-small;\"><img loading=\"lazy\" title=\"\" src=\"http:\/\/kb.elipse.com.br\/pt-br\/images\/ID56\/Figura8.PNG\" alt=\"\" width=\"550\" height=\"372\" align=\"Baseline\" border=\"0\" \/><br \/>\n<b>Figura 8<\/b>: Macros do Excel para acesso aos dados de PIMS<br \/>\n<\/span><\/div>\n<p><b><br \/>\n9) CONSIDERA\u00c7\u00d5ES FINAIS<\/b><\/p>\n<p>Este artigo ilustra como o desenvolvimento de um sistema PIMS, cujas informa\u00e7\u00f5es podem ser acessadas de forma mais democr\u00e1tica e livre por v\u00e1rios softwares clientes, permite aumentar o n\u00famero de possibilidades de integra\u00e7\u00e3o. A pr\u00f3pria escolha do banco de dados pode ser feita entre os dois principais fornecedores do mercado. Al\u00e9m disso, verificamos que o algoritmo escolhido (BoxCar\/BackSlope) permite reduzir em aproximadamente 90% o tamanho do banco de dados quando comparado aos hist\u00f3ricos relacionais convencionais.<\/p>\n<p>O pr\u00f3prio formato utilizado (temporal) permite que v\u00e1rias consolida\u00e7\u00f5es, c\u00e1lculos e at\u00e9 mesmo aplica\u00e7\u00f5es sejam desenvolvidas com base nos dados armazenados, servindo como base para a implementa\u00e7\u00e3o de diversos sistemas de intelig\u00eancia operacional.<\/p>\n<\/div>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>A constante necessidade de aperfei\u00e7oamento dos processos produtivos, incluindo press\u00f5es por menores custos e prazos, requer que se tenha cada vez mais informa\u00e7\u00e3o e conhecimento sobre tudo o que ocorre em uma planta industrial.<\/p>\n<p>Autor<br \/>\nCristian Kohlmann, Marcelo Salvador<\/p>\n","protected":false},"author":27,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0},"categories":[583],"tags":[],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO plugin v19.8 - https:\/\/yoast.com\/wordpress\/plugins\/seo\/ -->\n<title>Algoritmos de compress\u00e3o de dados em historiadores de processos com banco de dados comerciais. - Elipse Knowledgebase<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/kb.elipse.com.br\/algoritmos-de-compressao-de-dados-em-historiadores-de-processos-com-banco-de-dados-comerciais\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"en_US\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Algoritmos de compress\u00e3o de dados em historiadores de processos com banco de dados comerciais.\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"A constante necessidade de aperfei\u00e7oamento dos processos produtivos, incluindo press\u00f5es por menores custos e prazos, requer que se tenha cada vez mais informa\u00e7\u00e3o e conhecimento sobre tudo o que ocorre em uma planta industrial.  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