閆明慧，劉幺和，國 寧

工業(yè)4.0背景下芯片后端數(shù)據(jù)推進(jìn)研究

閆明慧，劉幺和，國 寧

（湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北武漢430068）

以面向工業(yè)4.0芯片制造系統(tǒng)為研究對象，以物聯(lián)網(wǎng)前后端最佳匹配和云計(jì)算為基礎(chǔ)，研究在.net環(huán)境下后端Restful Web Service的數(shù)據(jù)推進(jìn)，并在Restful Web Service基礎(chǔ)上，結(jié)合jQuery mobile技術(shù)，探索后端與移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)大小適配，從而在理論基礎(chǔ)上解決芯片制造中后端數(shù)據(jù)推進(jìn)及移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)抽取問題。

工業(yè)4.0；云制造；數(shù)據(jù)抽取；Restful Web Service

隨著“工業(yè)4.0”的提出，傳統(tǒng)制造業(yè)悄然向著“互聯(lián)網(wǎng)＋”這一方向轉(zhuǎn)型升級(jí)，作為提供底層技術(shù)的半導(dǎo)體芯片制造行業(yè)必須做出相應(yīng)的調(diào)整［1］。近年來，電子產(chǎn)品更新速度的加快使得芯片的需求量逐步上升，與此同時(shí)，電子產(chǎn)品與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的緊密結(jié)合也不斷催促著芯片制造前后端的海量數(shù)據(jù)在云平臺(tái)上傳輸技術(shù)提高水平。制造商在不斷引入新的技術(shù)和設(shè)備過程中，也為芯片生產(chǎn)增加了成本，而這一過程使得芯片在制造中交互龐大的數(shù)據(jù)。本研究通過在芯片制造數(shù)據(jù)傳輸過程中建立數(shù)據(jù)云平臺(tái)，選擇更有效地輕量級(jí)架構(gòu)，使生產(chǎn)商更快捷獲取芯片制造前道數(shù)據(jù)。

1 芯片制造過程中的數(shù)據(jù)推進(jìn)

在半導(dǎo)體行業(yè)中，芯片制造分為前道工序和后道工序。前道工序主要以沙石形態(tài)的單晶硅為原材料生產(chǎn)出晶圓，后道工序則是對晶圓進(jìn)行切割，然后通過封裝、測試，制造出各種芯片［2］。后道工序依賴于前道工序的數(shù)據(jù)。然而，生產(chǎn)全球化導(dǎo)致前道工序和后道工序在不同的地方完成，常常造成數(shù)據(jù)資源交互的延時(shí)困難，因此，云制造的概念逐漸引入到芯片制造業(yè)中來。如圖1所示，在云制造中，先建立資源共享的公共平臺(tái)，再由半導(dǎo)體后道生產(chǎn)商將后道數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)輸送到云平臺(tái)，半導(dǎo)體前道生產(chǎn)商按照需求直接在云平臺(tái)上下載數(shù)據(jù)，故而不需要其他工序的無用數(shù)據(jù)。這不但能有效減少因信息化投入對資金的占用，而且能節(jié)省成本。就目前來看，我國的芯片制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，國外芯片制造的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備雖很成熟，但還處于封鎖狀態(tài)，以致于我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不能滿足國內(nèi)行業(yè)對芯片的需求，極大地影響了芯片制造業(yè)的發(fā)展。因此，構(gòu)建一個(gè)云制造平臺(tái)來解決半導(dǎo)體前后道數(shù)據(jù)的傳輸問題很有必要。

圖1 芯片制造中的數(shù)據(jù)云平臺(tái)

隨著芯片制造業(yè)由傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)向云的方向遷移，云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化按需分配，需要依賴于數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、存儲(chǔ)、虛擬化、軟件輕量級(jí)設(shè)計(jì)和操作系統(tǒng)等對終端設(shè)備進(jìn)行快速配置。有配置就有選擇，有選擇就有優(yōu)化，因此，移動(dòng)終端與后端也存在一個(gè)數(shù)據(jù)大小適配的問題［3］。數(shù)據(jù)大小適配是指物聯(lián)網(wǎng)前后端數(shù)據(jù)適配，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)中，云端緩存容量過大會(huì)造成資源浪費(fèi)，云端緩存容量太小就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)流通不暢或數(shù)據(jù)阻塞。由此可見，如何解決后端數(shù)據(jù)大小適配的問題成為重中之重。

2 基于Restful Web Service的后端數(shù)據(jù)推進(jìn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 Rsetful Web Service的選擇

在物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)終端設(shè)計(jì)過程中，硬件必須依賴后端軟件交互模型適配。在數(shù)據(jù)交互處理中，目前有3種方式可以使用，即HTTP協(xié)議，SOAP協(xié)議和REST風(fēng)格的Web Service（圖2）。

圖2 數(shù)據(jù)交互的三種方式

相較于HTTP和Web Service，REST應(yīng)用范圍十分全面，它是一種輕量級(jí)的Web Services架構(gòu)風(fēng)格，基于HTTP協(xié)議，因此，沒有復(fù)雜的SOAP協(xié)議的引入，可以通過HTTP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)，比SOAP更簡潔［4］。在處理速度上，REST的優(yōu)勢十分明顯。此外，REST還可以應(yīng)用于除客戶端以外的移動(dòng)客戶端，在這一點(diǎn)上，REST完全解決了海量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的大小適配問題。如今，越來越多的網(wǎng)站都發(fā)布了自己開發(fā)的API，主要是SOAP和REST兩種不同風(fēng)格的Web服務(wù)，雖然SOAP更成熟和權(quán)威，但是REST可將網(wǎng)絡(luò)上事物抽象為資源然后操作而深受歡迎。由此可知，Rest風(fēng)格的Web Service成為芯片制造業(yè)順應(yīng)工業(yè)4.0大潮的首要選擇。

總而言之，芯片后端數(shù)據(jù)向云端推進(jìn)的過程中，REST的主要優(yōu)勢如下：1）REST不僅可以完全直接使用HTTP來實(shí)現(xiàn)操作目的，也可以使用Cache來進(jìn)行緩存，響應(yīng)速度快；2）REST在操作過程中的性能、效率和易用性高，且遠(yuǎn)高于SOAP協(xié)議；3）在進(jìn)行獲取、創(chuàng)建、修改和刪除資源等一系列操作時(shí)，REST使用的方法與HTTP協(xié)議所提供的GET、POST、PUT和DELETE方法相呼應(yīng)，在降低開發(fā)復(fù)雜性的基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的可伸縮性。由此可見，REST架構(gòu)尤其適用于完全無狀態(tài)的CRUD（Create、Read、Update、Delete）操作。

此外，JSON是一種服務(wù)于REST風(fēng)格的輕量級(jí)數(shù)據(jù)交換格式。它既使用了完全獨(dú)立于語言的文本格式，也采用了類似于C、C＃、Java等C語言家族的數(shù)據(jù)方式，符合閱讀和編寫習(xí)慣，也易于機(jī)器解析。這些特性使JSON成為理想的數(shù)據(jù)交換語言［5］。這種簡單明了、易操作的特點(diǎn)，使得REST架構(gòu)更適合基于瀏覽器和移動(dòng)終端間的數(shù)據(jù)交互。

2.2 Restful Web Service架構(gòu)設(shè)計(jì)

在.NET開發(fā)平臺(tái)Visual Studio2010中，WCF最基本的通信機(jī)制是SOAP。SOAP可以是基于.Net到.Net間的通信，那么先從WCF最小的配置著手，首先創(chuàng)建一個(gè)Rest Web Service項(xiàng)目［6］。創(chuàng)建一個(gè)Rest Web Service項(xiàng)目的方法和創(chuàng)建一個(gè)ASP.NET網(wǎng)站的方法類似，使用C＃運(yùn)行Visual Studio 2010的起始頁，選擇File－New－Project，在對話框中選擇“WCF Service Application”模塊（圖4）。

圖3 創(chuàng)建一個(gè)Rest Web Service項(xiàng)目

由圖3可見，通過創(chuàng)建項(xiàng)目可以看到解決方案（即WCF服務(wù)和接口文件）已經(jīng)創(chuàng)建，此時(shí)可以刪除默認(rèn)情況下創(chuàng)建的文件IService1.cs和Service1.svc（圖4）。

圖4 刪除默認(rèn)文件

然后在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建自己的界面和WCF服務(wù)文件，新的文件名為“RestServiceImpl.svc”（圖5）。

圖5 Rest風(fēng)格的Web Service文件創(chuàng)立

至此，添加一個(gè)API，可以返回XML和JSON格式的數(shù)據(jù)，在IRestServiceImpl文件中添加以下代碼：

［ServiceContract］

public interface IRestServiceImpl

｛

［OperationContract］

［WebInvoke（Method＝"GET"，

ResponseFormat＝WebMessageFormat.Xml，

BodyStyle＝WebMessageBodyStyle.Wrapped，

UriTemplate＝"xml／｛id｝"）］

string XMLData（string id）；

［OperationContract］

［WebInvoke（Method＝"GET"，

ResponseFormat＝WebMessageFormat.Json，

BodyStyle＝WebMessageBodyStyle.Wrapped，

UriTemplate＝"json／｛id｝"）］

string JSONData（string id）；

在以上代碼中，可以看到兩個(gè)不同的IRestService方式，即XML數(shù)據(jù)和JSON數(shù)據(jù)，最終XML數(shù)據(jù)返回于XML，JSON數(shù)據(jù)返回于JSON。然后，在文件restserviceimpl.svc.cs中添加如下代碼：

public class RestServiceImpl：IRestServiceImpl

｛

＃region IRestService Members

public string XMLData（string id）；

｛

return"You requested product"＋id；

｝

public string JSONData（string id）；

｛

return"You requested product"＋id；

｝

＃endregion

｝

至此，Restful Web Service已建立。打開最后一個(gè)配置文件，這一部分包含詳細(xì)的信息，下面是代碼細(xì)節(jié)：

＜behaviors＞

＜serviceBehaviors＞＜behavior name＝"ServiceBehavior"＞

＜！－－To avoid disclosing metadata information，set the vaalue below to false and remove the metadata

＜serviceMetada httpGetEnabled＝"true"／＞

＜?。璗o receive Exception details indexer faults for debugging purposes，set the value below to true.s

＜serviceDebug includeExceptionDetailInFaults＝"false"／＞

＜／behavior＞

＜／serviceBehaviors＞

＜endpointtBehaviors＞

＜behavior namespace＝"web"＞

＜webHttp／＞

＜／behavior＞

＜／endpointBehaviors＞

＜／behavios＞

Restful Web Service架構(gòu)設(shè)計(jì)至此結(jié)束，下面進(jìn)行測試可驗(yàn)證成功與否。

2.3 界面運(yùn)行

由以上代碼可以看出，uri直接指向本地地址，體現(xiàn)了Rest將網(wǎng)絡(luò)上事物抽象為資源，并通過HTTP協(xié)議對資源進(jìn)行操作，使設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)這種輕量級(jí)界面時(shí)不僅不受約束，且受益頗多。所以，相對于SOAP協(xié)議來說，REST就顯得輕量而簡潔。本地地址為http：／／localhost：35798／RestServiceImpl.sv，輸入XML格式的地址http：／／localhost：35798／RestServiceImpl.svc／xml／123，便可得到上述代碼中輸入的字符串（圖6）。

圖6 運(yùn)行界面

如果使用網(wǎng)址http：／／localhost：35798／RestServiceImpl.svc／json／123，那么瀏覽器則是如圖7所示的XML格式。

圖7 XML格式運(yùn)行界面

由此可見，界面運(yùn)行成功。此時(shí)，以.Net為平臺(tái)的Rest風(fēng)格的Web服務(wù)建立完成，后端輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)便可通過這一框架推送到云平臺(tái)上。

3 基于jQuery mobile的移動(dòng)端數(shù)據(jù)展示

在物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)終端設(shè)計(jì)過程中，移動(dòng)終端的硬件與后端軟件之間始終存在著數(shù)據(jù)大小適配的問題［7］。然而，移動(dòng)終端設(shè)計(jì)系統(tǒng)復(fù)雜，軟硬件設(shè)計(jì)不易平衡，且移動(dòng)搜索和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)搜索差異很大，因此數(shù)據(jù)容量的轉(zhuǎn)化成為一個(gè)問題［8］。由于RESTful Web Service可以直接從云端抽取數(shù)據(jù)，因而可以用于移動(dòng)客戶端上，所以，jQuery Mobile結(jié)合REST對于移動(dòng)終端數(shù)據(jù)傳輸大小適配有著很優(yōu)秀的承載性，可以利用jQuery mobile結(jié)合REST數(shù)據(jù)交互模式顯示移動(dòng)端的數(shù)據(jù)。

以半導(dǎo)體數(shù)據(jù)為例，當(dāng)后端數(shù)據(jù)推送到云平臺(tái)上以后，前端將數(shù)據(jù)傳送到移動(dòng)終端，登陸移動(dòng)終端主要代碼為：

＜div data－role＝"page"id＝"home"＞

＜div data－role＝"header"data－position＝"fixed"＞

＜h1＞半導(dǎo)體數(shù)據(jù)登錄系統(tǒng)＜／h1＞

＜a href＝"＃setting"data－role＝"button"data－icon＝"gear"data－transition＝"slide"＞設(shè)置＜／a＞

＜／div＞

＜div data－role＝"content"id＝"homeContent"＞

＜label for＝"username"＞賬號(hào)：＜／label＞

＜input type＝"text"id＝"username"placeholder＝"請輸入用戶名"／＞

＜label for＝"userpassword"＞密碼：＜／label＞

＜input type＝"password"id＝"userpassword"placeholder＝"請輸入密碼"／＞

＜p＞＜／p＞

＜input type＝"checkbox"id＝"checkbox－0"data－role＝"none"／＞

＜label for＝"checkbox－0"＞記住密碼＜／label＞

＜input type＝"checkbox"id＝"checkbox－2"data－role＝"none"／＞

＜label for＝"checkbox－2"＞登錄＜／label＞

＜／div＞

在移動(dòng)終端登錄賬號(hào)和密碼后，即可得到所需要的數(shù)據(jù)，無需再通過HTTP轉(zhuǎn)換，極大地加快了數(shù)據(jù)的提取過程，所顯示的模擬界面見圖8。

圖8 模擬界面

4 結(jié)束語

在工業(yè)4.0大潮的推動(dòng)下，隨著人們對移動(dòng)設(shè)備、智能互聯(lián)設(shè)備等要求的提高，芯片制造業(yè)的改革和更新勢在必行。在這種情況下，基于云制造的基礎(chǔ)和.Net平臺(tái)來研究后端Restful Web Service的數(shù)據(jù)推進(jìn)，從而解決芯片制造中數(shù)據(jù)推進(jìn)及移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)抽取等系列問題很有必要。然而，目前國內(nèi)外普遍使用Java等軟件作為Restful Web Service的載體平臺(tái)，因此本文只涉及到一定的理論研究和數(shù)據(jù)模擬，隨著“盛大云”等.net平臺(tái)的不斷開發(fā)，未來對Restful Web Service的研究也將越來越頻繁，這也為芯片制造業(yè)帶了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

［1］ 崔定國.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無縫針織企業(yè)MES系統(tǒng)［D］.杭州：杭州電子科技大學(xué)，2015.

［2］ 瞿夢菊.半導(dǎo)體封裝行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［D］.南京：東南大學(xué)，2015.

［3］ 劉幺和.物聯(lián)網(wǎng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)適配技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2014：14－15.

［4］ 程小飛.基于REST架構(gòu)的Web Services的研究與設(shè)計(jì)［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2010.

［5］ 魯沛鑫.基于RESTful和JSON的超級(jí)炫鈴平臺(tái)OpenAPI的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2013.

［6］ 蔣金楠.WCF技術(shù)剖析［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［7］ 唐華承，閆明慧，劉幺和.基于移動(dòng)終端的ERP財(cái)務(wù)管理模塊數(shù)據(jù)分析及處理［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016（4）：41－44.

［8］ 李采，劉幺和，花奇，等.基于Windows Phone移動(dòng)ERP數(shù)據(jù)研究［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，30（2）：45－48.

Data Advance Based on Industrial 4.0Manufacturing Systemission

YAN Minghui，LIU Yaohe，GUO Ning
（School of Mechanical Engineering，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China）

This paper sets its research object on themanufacturing oriented industrial system based on the industrial 4.0.Based on the best matching before and after Internet of thing and cloud calculation，it focuses on the promoting of data advance of back－end Restful Web Service under the environment of.Net.Combined with jQuery，the paper explores the adaptation between back－end and mobile terminal data size，based on which it aims to theoretically solve the problem of back－end data advance in chip manufacturing and data extraction of the mobile terminal.

industrial 4.0；cloud manufacturing；data advance；restful web service

TN47

A

［責(zé)任編校：張 眾］

1003－4684（2017）04－0031－04

2017－03－31

閆明慧（1989－），女，湖北武漢人，湖北工業(yè)大學(xué)碩士碩士生，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)