魏源鋒 南召縣公共資源交易中心

數(shù)字化平臺技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

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數(shù)字化平臺在工業(yè)生產(chǎn)中有著極為重要的意義，因此，對其進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)顯得尤為重要。數(shù)字化工業(yè)平臺有利于生產(chǎn)、通訊與維護(hù)，文通過對數(shù)字化工業(yè)的發(fā)展以及工業(yè)通訊技術(shù)的分析，力求為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)提供創(chuàng)新的思路。

數(shù)字化平臺 通訊技術(shù) 現(xiàn)代工業(yè)

1 數(shù)字化平臺工業(yè)的發(fā)展

當(dāng)前的數(shù)字化平臺設(shè)計主要集中于EDA、PLC與FPGA技術(shù)。由于數(shù)字流是極為模塊化的，前端產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計描述，編譯成調(diào)用，而不考慮內(nèi)部技術(shù)，單元使用特定的集成電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)邏輯或其他電子功能。制造商通常為其生產(chǎn)過程提供組件庫，并提供適合標(biāo)準(zhǔn)仿真工具的仿真模型。模擬數(shù)字化平臺設(shè)計工具遠(yuǎn)不是模塊化的，因?yàn)樾枰嗟墓δ?，它們更?qiáng)烈地交互從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計的自動化和模塊化。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷擴(kuò)展，數(shù)字化平臺設(shè)計的重要性迅速增加，用戶通過操作半導(dǎo)體制造設(shè)施來對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計和改良。建立高度靈活的個性化產(chǎn)品與服務(wù)生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)智能制造。以CPS為核心的智能制造可以從三個方面提升制造業(yè)競爭力。一是能夠推動實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率和制造靈活性。借助CPS技術(shù)和產(chǎn)品，生產(chǎn)模式從“集中型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺稚⒅悄苄汀?，生產(chǎn)要素可以實(shí)時、高度靈活配置，確保僅一次性生產(chǎn)且產(chǎn)量很低時的獲利能力，確保工藝流程的靈活性和資源利用率。二是能夠使客戶與業(yè)務(wù)伙伴廣泛參與到業(yè)務(wù)過程和價值創(chuàng)造過程，形成新的價值鏈。基于CPS的生產(chǎn)過程淡化了虛擬世界和物理世界的界限，使物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)一體化，催生新的應(yīng)用和服務(wù)模式，傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈分工被重組，客戶和業(yè)務(wù)伙伴能夠更直接地參與到商業(yè)價值的創(chuàng)造過程之中，產(chǎn)生新的價值鏈模式。三是能夠?qū)崿F(xiàn)自組織生產(chǎn)，促使人的角色發(fā)生轉(zhuǎn)變。CPS能夠獨(dú)立自動交換信息、觸發(fā)動作和控制，實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)品驅(qū)動機(jī)械”的自組織生產(chǎn)，將人從操作性任務(wù)中解放出來，使之專注于創(chuàng)新設(shè)計、控制等高附加值的工作，保證德國制造業(yè)在高人力成本約束下仍然具有強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)競爭力。

2 工業(yè)通訊技術(shù)分析

2.1 工業(yè)局域網(wǎng)分析

局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）是指在某一區(qū)域內(nèi)由多臺計算機(jī)互聯(lián)成的計算機(jī)組。一個局域網(wǎng)可以構(gòu)造在技術(shù)上不同，通常，LAN的布線，從一定的大小作為結(jié)構(gòu)化布線進(jìn)行?？焖僖蕴W(wǎng)100BASE-TX和千兆位以太網(wǎng)是以太網(wǎng)家庭中最常見的，主要用于數(shù)據(jù)中心和快速互連100千兆以太網(wǎng)。

集線器是包含多個中繼網(wǎng)絡(luò)中的分發(fā)節(jié)點(diǎn)，如果連接在網(wǎng)絡(luò)中兩臺以上的計算機(jī)，這可以通過集線器來實(shí)現(xiàn)。一些網(wǎng)絡(luò)電纜可以被路由到一個區(qū)域，這就是它在星形結(jié)構(gòu)物理層的原因。在邏輯意義上，每個參與者被連接到所有其它的設(shè)備商。在局域網(wǎng)中，多個集線器可以用來增加連接部件的數(shù)量。它從一個端口的數(shù)據(jù)包接收，并將其發(fā)送到所有的端口，并等待下一個數(shù)據(jù)分組，同時獲取兩個數(shù)據(jù)包，可能會出現(xiàn)碰撞與沖突，此時兩個數(shù)據(jù)分組丟失和重傳。路由器能夠?qū)⒉煌膮f(xié)議和架構(gòu)的多個網(wǎng)絡(luò)連接在一起，在TCP/IP模型中，路由器作為在網(wǎng)絡(luò)的外部邊界并將其連接到Internet或其他網(wǎng)絡(luò)。

2.2 工業(yè)無線局域網(wǎng)

無線局域網(wǎng)主要是通過IEEE 802．11協(xié)議中，這是與有線以太網(wǎng)很大程度上兼容的標(biāo)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)的。由于無線網(wǎng)絡(luò)并不在建筑物邊界停止，所以還需要特殊的加密技術(shù)。最初的標(biāo)準(zhǔn)是WEP（WEP 64或WEP-128），但現(xiàn)在安全性較差，因此較少被使用。WPA2使用一個更好的加密機(jī)制即AES（高級加密標(biāo)準(zhǔn)），作為更安全的方法，應(yīng)該是以下集中無線技術(shù)（WEP、WPA、WPA2）通過與IPsec的VPN的專業(yè)技術(shù)相結(jié)合。

2.3 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)嗅探

分組嗅探器對于特定類型的網(wǎng)絡(luò)可以攔截和記錄經(jīng)過的數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)流流過網(wǎng)絡(luò)時，嗅探器捕獲每個分組并且根據(jù)需要，采用解碼器分析分組的原始數(shù)據(jù)，顯示出分組中的各個字段的值，并且根據(jù)適當(dāng)?shù)腞FC或其他規(guī)范分析其內(nèi)容。數(shù)據(jù)包捕獲是攔截和記錄流量的過程。在LAN上的以太網(wǎng)、令牌環(huán)和FDDI網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定了可以從網(wǎng)絡(luò)上的單個機(jī)器捕獲網(wǎng)絡(luò)的流量。然而，一些方法避免交換機(jī)的業(yè)務(wù)窄化以獲得對來自網(wǎng)絡(luò)上的其他系統(tǒng)的業(yè)務(wù)的訪問。為了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的目的，還可以通過使用具有監(jiān)視端口的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來監(jiān)視LAN中的所有數(shù)據(jù)分組，所述監(jiān)視端口在系統(tǒng)連接到交換機(jī)端口時鏡像通過交換機(jī)的所有端口的所有分組。

2.4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)分路通信

使用網(wǎng)絡(luò)分路器是比使用監(jiān)測端口更可靠的解決方案，因?yàn)榉至髟诟吡髁控?fù)載期間不太可能丟棄分組。在無線LAN上，可以捕獲特定信道上的流量或使用多個適配器在多個信道上捕獲流量。在有線廣播和無線LAN上，要捕獲單播流量以外的流量到機(jī)器正在監(jiān)視的多播組，網(wǎng)絡(luò)適配器必須處于混雜模式。捕獲的信息從原始數(shù)字形式解碼為人類可讀的格式，使用戶可以輕松查看交換的信息。協(xié)議分析器在多個視圖中顯示數(shù)據(jù)的能力不同，可以自動檢測錯誤、確定錯誤原因、生成時序圖、重建TCP和UDP數(shù)據(jù)流等。協(xié)議分析器也可以產(chǎn)生流量作為測試裝置，這樣的測試器生成用于功能測試協(xié)議的流量并且還可以有意地引入錯誤以測試DUT的處理錯誤的能力。

3 總結(jié)與展望

數(shù)字化平臺設(shè)計技術(shù)發(fā)展迅速，因其易用性、穩(wěn)定性、快捷性受到廣大科研人員和工業(yè)控制生產(chǎn)人員的歡迎。我國各層次的開發(fā)研究人員正不斷地改善當(dāng)前數(shù)字化平臺設(shè)計的通訊技術(shù)，為了充分利用計算機(jī)的價值。大量用戶的使用同時對其發(fā)展也有促進(jìn)作用，數(shù)字化平臺的通訊技術(shù)對于工業(yè)的發(fā)展將起著越來越重要的作用。

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