【MES学习笔记系列】05 - MES 数据库设计

05 - MES 数据库设计

目标读者：数据库管理员、后端开发工程师

阅读时间：约 25 分钟

前置知识：关系数据库基础、MySQL

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一、数据模型设计

1.1 E-R 关系总览

1.2 关键实体关系

实体 A	关系	实体 B	说明
Product	1 : N	WorkOrder	一个产品对应多张工单
WorkOrder	1 : N	WorkOrderRouting	一张工单对应多条工序记录
WorkOrderRouting	1 : N	QualityInspection	每道工序可产生多条检验记录
Product	1 : N	BOM	一个产品对应多行 BOM
BOM	N : 1	Material	BOM 行关联物料
MaterialLot	N : 1	Material	物料批次关联物料主数据
WorkOrderRouting	N : 1	Equipment	工序关联加工设备
MaintenanceRecord	N : 1	Equipment	维护记录关联设备

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二、核心表结构设计

2.1 工单表 (work_order)

CREATE TABLE work_order (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
    order_no        VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE COMMENT '工单号，如 WO-20260729-001',
    product_id      BIGINT NOT NULL COMMENT '产品ID',
    product_code    VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '产品编码（冗余字段）',
    product_name    VARCHAR(200) NOT NULL COMMENT '产品名称（冗余字段）',
    order_qty       INT NOT NULL COMMENT '计划生产数量',
    completed_qty   INT DEFAULT 0 COMMENT '已完成数量',
    qualified_qty   INT DEFAULT 0 COMMENT '合格数量',
    defective_qty   INT DEFAULT 0 COMMENT '不良品数量',
    plan_start_time DATETIME COMMENT '计划开始时间',
    plan_end_time   DATETIME COMMENT '计划结束时间',
    actual_start_time DATETIME COMMENT '实际开始时间',
    actual_end_time   DATETIME COMMENT '实际结束时间',
    status          VARCHAR(20) NOT NULL DEFAULT 'CREATED' COMMENT '状态：CREATED|SCHEDULED|DISPATCHED|IN_PRODUCTION|COMPLETED|CLOSED',
    priority        TINYINT DEFAULT 5 COMMENT '优先级 1-10，1最高',
    line_id         BIGINT COMMENT '产线ID',
    erp_order_no    VARCHAR(50) COMMENT 'ERP计划单号',
    remark          VARCHAR(500) COMMENT '备注',
    created_by      VARCHAR(50) COMMENT '创建人',
    created_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    updated_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
    INDEX idx_status (status),
    INDEX idx_product_id (product_id),
    INDEX idx_plan_start (plan_start_time),
    INDEX idx_erp_order (erp_order_no)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='生产工单表';

2.2 工序明细表 (work_order_routing)

CREATE TABLE work_order_routing (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT COMMENT '主键',
    work_order_id   BIGINT NOT NULL COMMENT '工单ID',
    order_no        VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '工单号（冗余）',
    operation_seq   INT NOT NULL COMMENT '工序序号（1, 2, 3...）',
    operation_code  VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '工序代码',
    operation_name  VARCHAR(100) NOT NULL COMMENT '工序名称',
    equipment_id    BIGINT COMMENT '加工设备ID',
    standard_time   INT COMMENT '标准工时（秒）',
    actual_time     INT COMMENT '实际工时（秒）',
    planned_qty     INT COMMENT '计划数量',
    completed_qty   INT DEFAULT 0 COMMENT '完成数量',
    qualified_qty   INT DEFAULT 0 COMMENT '合格数量',
    defective_qty   INT DEFAULT 0 COMMENT '不良品数量',
    status          VARCHAR(20) DEFAULT 'PENDING' COMMENT 'PENDING|IN_PROCESS|COMPLETED|SKIPPED',
    actual_start_time DATETIME COMMENT '实际开始时间',
    actual_end_time   DATETIME COMMENT '实际结束时间',
    operator_id     BIGINT COMMENT '操作员ID',
    remark          VARCHAR(500),
    created_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    updated_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP,
    INDEX idx_work_order (work_order_id),
    INDEX idx_status (status),
    UNIQUE KEY uk_wo_op (work_order_id, operation_seq)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='工单工序明细表';

2.3 产品表 (product)

CREATE TABLE product (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    product_code    VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE COMMENT '产品编码',
    product_name    VARCHAR(200) NOT NULL COMMENT '产品名称',
    product_type    VARCHAR(50) COMMENT '产品类型（成品/半成品/原材料）',
    specification   VARCHAR(500) COMMENT '规格描述',
    unit            VARCHAR(20) DEFAULT 'PCS' COMMENT '计量单位',
    version         VARCHAR(20) DEFAULT 'A' COMMENT '版本号',
    drawing_no      VARCHAR(50) COMMENT '图号',
    status          VARCHAR(20) DEFAULT 'ACTIVE' COMMENT 'ACTIVE|OBSOLETED',
    created_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    updated_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='产品主数据表';

2.4 BOM 表 (bom)

CREATE TABLE bom (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    product_id      BIGINT NOT NULL COMMENT '成品/半成品ID',
    material_id     BIGINT NOT NULL COMMENT '物料ID',
    material_code   VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '物料编码（冗余）',
    material_name   VARCHAR(200) NOT NULL COMMENT '物料名称（冗余）',
    qty_per_unit    DECIMAL(10,3) NOT NULL COMMENT '单件用量',
    unit            VARCHAR(20) DEFAULT 'PCS',
    position        VARCHAR(50) COMMENT '位号（电子行业）',
    version         VARCHAR(20) DEFAULT 'A' COMMENT 'BOM版本',
    status          VARCHAR(20) DEFAULT 'ACTIVE',
    created_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    INDEX idx_product (product_id),
    INDEX idx_material (material_id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='物料清单表';

2.5 物料主数据表 (material)

CREATE TABLE material (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    material_code   VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE COMMENT '物料编码',
    material_name   VARCHAR(200) NOT NULL COMMENT '物料名称',
    material_type   VARCHAR(50) COMMENT '物料类型（原材料/辅料/包材）',
    specification   VARCHAR(500) COMMENT '规格',
    unit            VARCHAR(20) DEFAULT 'PCS',
    supplier_id     BIGINT COMMENT '主要供应商',
    safety_stock    INT DEFAULT 0 COMMENT '安全库存',
    status          VARCHAR(20) DEFAULT 'ACTIVE',
    created_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    updated_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP ON UPDATE CURRENT_TIMESTAMP
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='物料主数据表';

2.6 物料批次表 (material_lot)

CREATE TABLE material_lot (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    lot_no          VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '批次号',
    material_id     BIGINT NOT NULL COMMENT '物料ID',
    material_code   VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '物料编码（冗余）',
    supplier        VARCHAR(100) COMMENT '供应商',
    qty             INT NOT NULL COMMENT '数量',
    received_date   DATE COMMENT '收货日期',
    expire_date     DATE COMMENT '有效期',
    status          VARCHAR(20) DEFAULT 'NORMAL' COMMENT 'NORMAL|LOCKED|EXHAUSTED',
    created_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    UNIQUE KEY uk_lot (lot_no, material_id),
    INDEX idx_material (material_id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='物料批次表';

2.7 物料绑定表 (material_usage)

CREATE TABLE material_usage (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    work_order_id   BIGINT NOT NULL COMMENT '工单ID',
    routing_id      BIGINT NOT NULL COMMENT '工序明细ID',
    material_lot_id BIGINT NOT NULL COMMENT '物料批次ID',
    material_code   VARCHAR(50) NOT NULL,
    lot_no          VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '批次号（冗余）',
    used_qty        DECIMAL(10,3) NOT NULL COMMENT '实际用量',
    operator_id     BIGINT COMMENT '操作员ID',
    scan_time       DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP COMMENT '扫码时间',
    INDEX idx_work_order (work_order_id),
    INDEX idx_routing (routing_id),
    INDEX idx_lot (material_lot_id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='物料使用绑定表（追溯核心表）';

2.8 质量检验表 (quality_inspection)

CREATE TABLE quality_inspection (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    inspection_no   VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE COMMENT '检验单号',
    work_order_id   BIGINT NOT NULL COMMENT '工单ID',
    routing_id      BIGINT COMMENT '工序明细ID（为空表示终检）',
    inspection_type VARCHAR(20) NOT NULL COMMENT 'IQC|FAI|IPQC|FQC|OQC',
    sample_qty      INT COMMENT '抽样数量',
    defect_qty      INT DEFAULT 0 COMMENT '不合格数',
    result          VARCHAR(20) NOT NULL COMMENT 'PASS|FAIL|CONCESSION(特采)',
    inspector_id    BIGINT COMMENT '检验员ID',
    inspection_time DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP,
    remark          VARCHAR(500),
    INDEX idx_work_order (work_order_id),
    INDEX idx_routing (routing_id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='质量检验记录表';

2.9 质量检验明细表 (quality_inspection_detail)

CREATE TABLE quality_inspection_detail (
    id                  BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    inspection_id       BIGINT NOT NULL COMMENT '检验记录ID',
    inspection_item     VARCHAR(100) NOT NULL COMMENT '检验项目',
    spec_value          VARCHAR(100) COMMENT '规格值/公差范围',
    actual_value        VARCHAR(100) COMMENT '实际检测值',
    is_pass             TINYINT(1) NOT NULL COMMENT '是否合格 1=合格 0=不合格',
    defect_code         VARCHAR(20) COMMENT '缺陷代码',
    INDEX idx_inspection (inspection_id)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='质量检验明细表';

2.10 设备表 (equipment)

CREATE TABLE equipment (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    equipment_code  VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE COMMENT '设备编码',
    equipment_name  VARCHAR(200) NOT NULL COMMENT '设备名称',
    equipment_type  VARCHAR(50) COMMENT '设备类型（CNC/注塑机/冲压机等）',
    line_id         BIGINT COMMENT '所属产线',
    status          VARCHAR(20) DEFAULT 'IDLE' COMMENT 'RUNNING|IDLE|ALARM|MAINTENANCE|OFFLINE',
    ip_address      VARCHAR(50) COMMENT 'IP地址',
    opcua_endpoint  VARCHAR(200) COMMENT 'OPC UA 端点URL',
    protocol        VARCHAR(20) COMMENT '通信协议 (OPCUA|Modbus|MQTT)',
    created_at      DATETIME DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='设备主数据表';

2.11 设备维护记录表 (maintenance_record)

CREATE TABLE maintenance_record (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    equipment_id    BIGINT NOT NULL COMMENT '设备ID',
    maintenance_type VARCHAR(20) NOT NULL COMMENT 'DAILY_CHECK|PERIODIC|BREAKDOWN|PREDICTIVE',
    plan_time       DATETIME COMMENT '计划维护时间',
    actual_time     DATETIME COMMENT '实际维护时间',
    duration        INT COMMENT '维护时长（分钟）',
    downtime_reason VARCHAR(200) COMMENT '停机原因',
    maintenance_content TEXT COMMENT '维护内容',
    technician_id   BIGINT COMMENT '维修人员ID',
    status          VARCHAR(20) DEFAULT 'PLANNED' COMMENT 'PLANNED|IN_PROGRESS|COMPLETED',
    INDEX idx_equipment (equipment_id),
    INDEX idx_type (maintenance_type)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='设备维护记录表';

2.12 设备数据采集表 (device_data_point)

CREATE TABLE device_data_point (
    id              BIGINT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    equipment_id    BIGINT NOT NULL COMMENT '设备ID',
    parameter_name  VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '参数名（如 temperature, speed）',
    parameter_value VARCHAR(50) NOT NULL COMMENT '参数值',
    unit            VARCHAR(20) COMMENT '单位',
    collect_time    DATETIME(3) NOT NULL COMMENT '采集时间戳（毫秒级）',
    INDEX idx_equip_time (equipment_id, collect_time)
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COMMENT='设备数据采集表（高频写入）';

-- 注：生产环境建议使用 InfluxDB 或 TimescaleDB 存储设备时序数据

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三、索引策略

3.1 核心索引原则

原则	说明
WHERE 条件列加索引	status, product_id, equipment_id 等高频筛选字段
联合索引遵循最左前缀	INDEX idx_equip_time (equipment_id, collect_time)
避免过多索引	每表索引数控制在 5-8 个以内，避免写性能下降
覆盖索引	高频查询的列尽量包含在索引中，减少回表

3.2 关键联合索引

-- 工单查询：按状态 + 计划时间
INDEX idx_status_plan (status, plan_start_time)

-- 工序明细：按工单 + 工序序号（唯一约束）
UNIQUE KEY uk_wo_op (work_order_id, operation_seq)

-- 设备数据：按设备 + 时间范围（时序查询）
INDEX idx_equip_time (equipment_id, collect_time)

-- 质量检验：按工单
INDEX idx_work_order (work_order_id)

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四、分库分表方案

4.1 分库分表判断条件

条件	阈值	措施
单表数据量	> 500 万行	考虑水平分表
单库数据量	> 100 GB	考虑分库
QPS	> 5000	读写分离
写 QPS	> 2000	分库分表

4.2 分片策略

表	分片键	策略	说明
work_order	order_no 取模	按年分库 + 按 order_no 哈希 16 表	历史数据按年归档
device_data_point	equipment_id	按设备哈希 32 表	高频写入，分散压力
quality_inspection	work_order_id	跟随工单分片（genes）	与工单同库，保证事务
material_usage	work_order_id	跟随工单分片	与工单同库

4.3 归档策略

当前数据 (近 3 个月) → 热库 (SSD, 高性能)
历史数据 (3-12 个月) → 温库 (HDD，压缩)
冷数据 (> 12 个月)    → 归档库/对象存储

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五、数据安全与备份

5.1 备份策略

备份类型	频率	保留周期	介质
全量备份	每日	30 天	异地存储
增量备份	每小时	7 天	本地存储
Binlog 备份	实时	30 天	本地存储
归档文件	每季度	永久	对象存储

5.2 敏感数据保护

字段	保护方式	说明
用户密码	BCrypt 加密	单向不可逆
身份证号	AES-256 加密 + 脱敏显示	前 3 后 4
操作日志	只追加写入，不修改不删除	审计合规

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六、数据库选型总结

场景	推荐	理由
业务主数据	MySQL 8.0	稳定、生态好、运维成熟
时序数据（设备采集）	InfluxDB / TimescaleDB	高吞吐写入、时序压缩
高速缓存	Redis 7.x	低延迟、丰富数据结构
全文搜索	Elasticsearch	日志分析、模糊搜索
文件存储	MinIO