戴京京,呂奎,史仲平

(江南大學(xué) 生物工程學(xué)院 工業(yè)生物技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 無錫,214122)

1 需求分析

發(fā)酵工業(yè)作為生物產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,與人民日常生活息息相關(guān),是國民經(jīng)濟(jì)中非常重要的產(chǎn)業(yè)[1]。隨著工業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展,工業(yè)發(fā)酵數(shù)據(jù)的數(shù)量和復(fù)雜性與日俱增,但大多數(shù)發(fā)酵工廠卻依舊采用老舊的發(fā)酵操作模式：過于依賴人力,導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下、數(shù)據(jù)管理方式落后,離線數(shù)據(jù)主要以紙質(zhì)文件或Excel表格的形式保存,在線數(shù)據(jù)則以計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄的文本文件或組態(tài)軟件內(nèi)置的小型數(shù)據(jù)庫文件保存。大量的發(fā)酵數(shù)據(jù)雜亂地堆砌在一起,難以進(jìn)行合理的分類以及高效的查找與展示,想要利用歷史數(shù)據(jù)指導(dǎo)發(fā)酵生產(chǎn)更是無從談起。但是發(fā)酵生產(chǎn)積累的大量數(shù)據(jù)包含了發(fā)酵優(yōu)化的重要信息,合理有效地管理和分析發(fā)酵歷史數(shù)據(jù)對(duì)改進(jìn)企業(yè)的發(fā)酵工藝、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重要指導(dǎo)意義。因此,開發(fā)一套軟件系統(tǒng)幫助發(fā)酵技術(shù)人員高效地管理、分析和利用發(fā)酵數(shù)據(jù)勢(shì)在必行[2]。

為了解決上述難題,國內(nèi)外各發(fā)酵罐生產(chǎn)廠商紛紛開發(fā)了與產(chǎn)品配套的上位機(jī)軟件，各軟件各具優(yōu)劣。組態(tài)軟件是目前比較主流的發(fā)酵上位機(jī)軟件開發(fā)工具,為發(fā)酵上位機(jī)軟件提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集及發(fā)酵設(shè)備控制功能[3]。然而組態(tài)軟件在復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能上有所欠缺,且其內(nèi)置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫功能較弱,已漸漸滿足不了發(fā)酵技術(shù)人員的需求。因此,已有開發(fā)人員利用高級(jí)編程語言設(shè)計(jì)單機(jī)封閉式的發(fā)酵上位機(jī)軟件系統(tǒng),以彌補(bǔ)組態(tài)軟件的不足之處，如華東理工大學(xué)自主研發(fā)的Biosoft發(fā)酵之星軟件包[4]、江南大學(xué)發(fā)酵過程控制研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“百侖慧神”發(fā)酵數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)[2]，已在發(fā)酵企業(yè)中得到應(yīng)用。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,人類已經(jīng)進(jìn)入了大數(shù)據(jù)和人工智能時(shí)代,傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)也需要進(jìn)行工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變革?？v觀發(fā)酵上位機(jī)軟件市場(chǎng),組態(tài)軟件開發(fā)的發(fā)酵上位機(jī)軟件已逐漸失去市場(chǎng),由高級(jí)編程語言設(shè)計(jì)的發(fā)酵上位機(jī)軟件逐漸成為主流?；谝陨媳尘?研究機(jī)構(gòu)以及發(fā)酵工廠對(duì)發(fā)酵設(shè)備上位機(jī)軟件應(yīng)有以下功能需求：(1)上位機(jī)軟件應(yīng)具有通用性,通過簡(jiǎn)單的設(shè)置,即可從絕大多數(shù)發(fā)酵設(shè)備中采集數(shù)據(jù)并對(duì)其實(shí)施控制；(2)具備嚴(yán)格的用戶管理權(quán)限功能,管理員可以靈活地管理每個(gè)用戶所有的數(shù)據(jù)操作權(quán)限；(3)完善的歷史數(shù)據(jù)管理和分析功能,用戶可以根據(jù)預(yù)設(shè)的條件快速檢索到目標(biāo)批次,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較；(4)具有靈活強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化功能和美觀的可視化界面,用戶可以根據(jù)自己的實(shí)際需求調(diào)整展示數(shù)據(jù)的內(nèi)容和界面樣式；(5)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能,用戶可以隨時(shí)隨地對(duì)發(fā)酵狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)和控制。

根據(jù)上述需求,本團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)完成了相應(yīng)的服務(wù)器程序,并提供相關(guān)的應(yīng)用程序編程接口(application programming interface,API)。本研究將利用API開發(fā)直接面向發(fā)酵技術(shù)人員的PC端程序。

2 BioJN發(fā)酵技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)PC端的設(shè)計(jì)

2.1 PC端功能設(shè)計(jì)

BioJN系統(tǒng)PC端軟件共設(shè)計(jì)了4個(gè)模塊：“批次管理”、“數(shù)據(jù)窗口”、“系統(tǒng)配置”和“用戶管理”,模塊功能如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊Fig.1 Client function module

2.1.1 批次管理功能設(shè)計(jì)

新建一個(gè)實(shí)時(shí)批次時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)與發(fā)酵批次一一對(duì)應(yīng)的batch_id,是由點(diǎn)擊“新建批次”按鈕時(shí)的年、月、日、時(shí)、分、秒和微秒所組成,進(jìn)而確保了batch_id的唯一性。此外,發(fā)酵批次信息還包含幾個(gè)額外的字段：“批次名稱”字段可供用戶為發(fā)酵批次取名；“描述”字段要求用戶輸入一段描述發(fā)酵批次的文本；“起始日期”字段為批次的起始年月日,系統(tǒng)自動(dòng)生成,不可以修改；“采樣間隔”字段要求用戶設(shè)定采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的周期,最低可以設(shè)置為30 s;“發(fā)酵罐”字段則要求用戶選擇發(fā)酵批次所對(duì)應(yīng)的發(fā)酵設(shè)備。除了上述5個(gè)通用字段之外,系統(tǒng)還預(yù)留了5個(gè)自定義字段,在系統(tǒng)控制模塊中的字段設(shè)置部分,用戶可以根據(jù)實(shí)際情況自由定義字段的名稱及內(nèi)容選項(xiàng)。

以上所述的批次信息以及發(fā)酵過程中采集到的在線數(shù)據(jù)、錄入的離線數(shù)據(jù)及操作記錄等信息,系統(tǒng)都會(huì)在本機(jī)數(shù)據(jù)庫和云端數(shù)據(jù)庫中同步存儲(chǔ)。只要是在用戶權(quán)限內(nèi)的歷史批次,都可以通過設(shè)置批次字段信息的查找條件,在數(shù)據(jù)庫批次信息中進(jìn)行檢索。檢索到的批次可以在數(shù)據(jù)窗口模塊查看數(shù)據(jù)、對(duì)比數(shù)據(jù)和繪制曲線,也可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel文件。這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了云端發(fā)酵數(shù)據(jù)的共享,便于發(fā)酵技術(shù)人員管理不同生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)。

2.1.2 數(shù)據(jù)窗口功能設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)窗口模塊主要分為3個(gè)部分:設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)報(bào)表和曲線展示：

(1)設(shè)備狀態(tài)。包含在線參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示和對(duì)設(shè)備的直接控制2個(gè)功能。

(2)數(shù)據(jù)報(bào)表。BioJN系統(tǒng)PC端中的發(fā)酵數(shù)據(jù)主要分為3種類型，即在線數(shù)據(jù)、離線數(shù)據(jù)和事件，分別采用以下處理方式：

①在線數(shù)據(jù)：對(duì)于可以直接用傳感器檢測(cè)到的在線參數(shù)(如溶解氧、pH和溫度等),通過通信模塊的數(shù)據(jù)接口按采樣間隔將最新的數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng),存于數(shù)據(jù)庫中并以網(wǎng)格數(shù)據(jù)報(bào)表的形式展示給用戶。

②離線數(shù)據(jù)：發(fā)酵過程中,有些參數(shù)難以在線測(cè)量,如細(xì)胞濃度、蛋白濃度和酶活性等,這些離線數(shù)據(jù)提供了有用信息,可以很好地顯示發(fā)酵的水平[5]。用戶可以將這類數(shù)據(jù)手工錄入離線數(shù)據(jù)網(wǎng)格報(bào)表中,系統(tǒng)將其自動(dòng)存于數(shù)據(jù)庫中。

③事件：發(fā)酵過程的一些特定操作記錄和突發(fā)事件的信息也是很重要的。用戶同樣可以將這些記錄手工錄入事件網(wǎng)格報(bào)表中,其文本類型的數(shù)據(jù)也會(huì)保存到數(shù)據(jù)庫中。

以上這些發(fā)酵數(shù)據(jù)存于本地?cái)?shù)據(jù)庫的同時(shí),系統(tǒng)會(huì)將其同步至云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫,用于數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

(3)曲線展示。將采集到的發(fā)酵參數(shù)通過Matplotlib進(jìn)行可視化處理。Matplotlib是Python語言中應(yīng)用最廣泛的第三方數(shù)據(jù)可視化庫,充分利用了Python數(shù)值計(jì)算包快速精確的矩陣運(yùn)算能力,具有良好的作圖能力[6-7]。

曲線圖的X軸為時(shí)間軸,可以是發(fā)酵時(shí)間或采樣時(shí)間,用戶可以按需求切換。發(fā)酵參數(shù)值作為Y軸,由于不同參數(shù)的單位與數(shù)量級(jí)各不相同,因此把Y軸的參數(shù)數(shù)值做歸一化處理(0～100%),這樣就解決了繪制多條參數(shù)曲線時(shí)Y軸不統(tǒng)一的問題。

用戶可以根據(jù)本地或云端的發(fā)酵數(shù)據(jù),靈活地繪制曲線圖,下面介紹3種常用繪制方式：(1)進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)酵時(shí),選擇關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行曲線繪制,曲線圖會(huì)隨著發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)更新；(2)同時(shí)繪制多個(gè)歷史批次的關(guān)鍵參數(shù)于同一曲線圖中,用戶可以根據(jù)參數(shù)的變化規(guī)律對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行分析；(3)將生產(chǎn)率較高的歷史批次與實(shí)時(shí)批次的關(guān)鍵參數(shù)繪制在同一張曲線圖中,進(jìn)行對(duì)照。同時(shí),當(dāng)繪制多條參數(shù)曲線在一張曲線圖時(shí),系統(tǒng)提供了曲線的自定義功能,用戶可以通過修改曲線的顏色、線型(如實(shí)線和短劃線等)、寬度和參數(shù)點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符,實(shí)現(xiàn)對(duì)曲線的區(qū)分。

2.1.3 系統(tǒng)配置功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)配置模塊包含2個(gè)部分,一個(gè)是上述批次管理模塊中自定義字段的配置,另一個(gè)是發(fā)酵參數(shù)的配置,數(shù)據(jù)展示模塊會(huì)根據(jù)發(fā)酵參數(shù)配置來繪制數(shù)據(jù)網(wǎng)格報(bào)表。發(fā)酵參數(shù)配置和字段配置完成后保存于數(shù)據(jù)庫并同步到云端,供系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)讀取。

2.1.4 用戶管理功能設(shè)計(jì)

為了保護(hù)各級(jí)用戶的數(shù)據(jù)隱私,設(shè)計(jì)了用戶管理模塊,分為用戶和權(quán)限2個(gè)部分。

用戶：系統(tǒng)自帶擁有最大權(quán)限的管理員用戶,以管理員用戶為父用戶,可以新建、刪除和修改子用戶。

權(quán)限：父用戶權(quán)限包含子用戶的所有權(quán)限,子用戶權(quán)限則繼續(xù)向下延伸,當(dāng)子用戶需要查看上級(jí)某批次數(shù)據(jù)時(shí),父用戶可以將對(duì)應(yīng)批次權(quán)限賦予給子用戶。

基于上述等級(jí)分明的用戶機(jī)制和靈活的權(quán)限管理機(jī)制,為發(fā)酵企業(yè)提供高效、安全的發(fā)酵數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

2.2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

MySQL是一款面向大眾、開源的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，也是一個(gè)多線程數(shù)據(jù)庫,可以快速、高效地處理大量數(shù)據(jù),而且操作簡(jiǎn)單,初學(xué)者可以很快上手,因此MySQL被廣泛應(yīng)用于中小型初創(chuàng)公司[8-9]。

綜合發(fā)酵數(shù)據(jù)的特征以及MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的特性,設(shè)計(jì)了通用型發(fā)酵數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。發(fā)酵過程中的數(shù)據(jù)參數(shù)關(guān)聯(lián)性和規(guī)律性強(qiáng),根據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系設(shè)計(jì)若干數(shù)據(jù)表,分別用于存儲(chǔ)參數(shù)值、配置信息、文字、控制點(diǎn)等不同類型的發(fā)酵數(shù)據(jù)。以主鍵連接外鍵的形式,關(guān)聯(lián)起各個(gè)數(shù)據(jù)表,依靠數(shù)據(jù)表之間的關(guān)聯(lián)性實(shí)現(xiàn)高效地?cái)?shù)據(jù)管理。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)部署于本地計(jì)算機(jī),并需要于云服務(wù)器同步數(shù)據(jù),這是發(fā)酵數(shù)據(jù)共享與遠(yuǎn)程監(jiān)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)庫E-R圖如圖2所示,展示數(shù)據(jù)庫的關(guān)系結(jié)構(gòu)。

圖2 數(shù)據(jù)庫E-R圖Fig.2 Database E-R diagram

2.3 通信模塊的設(shè)計(jì)

BioJN系統(tǒng)采用3種數(shù)據(jù)通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,包括DDE接口、OPC DA接口和OPC UA接口。

DDE是Windows提供的一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換機(jī)制(dynamic data exchange,DDE),可以實(shí)現(xiàn)2個(gè)程序之間的數(shù)據(jù)交換[10]。

OPC(object linking and embedding for process control)通信規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)包含多種訪問規(guī)范：OPC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問規(guī)范(OPC DA)、OPC歷史數(shù)據(jù)訪問規(guī)范(OPC HDA)和OPC報(bào)警事件訪問規(guī)范(OPC AE)等[11-12]。BioJN系統(tǒng)PC端則可以通過OPC DA實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)訪問。

OPC基金會(huì)于2008年在以前的基礎(chǔ)上推出了一個(gè)新的OPC標(biāo)準(zhǔn)-OPC UA(OPC unified architecture)[13]。BioJN系統(tǒng)PC端的通信模塊同樣支持OPC UA標(biāo)準(zhǔn)。

由于發(fā)酵罐來源于不同廠商,其下位機(jī)服務(wù)器的類型及通信參數(shù)的配置也各不相同。為了使通信模塊可以與不同發(fā)酵設(shè)備建立連接并采集數(shù)據(jù),將鍵-值(key-value)對(duì)形式描述的服務(wù)器類型和參數(shù)以JSON(Java Script Object Notation)格式存儲(chǔ)于JSON文件中。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),通信模塊會(huì)從指定路徑下的JSON配置文件中讀取信息與對(duì)應(yīng)服務(wù)器建立連接,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。具體通信流程如圖3所示。

圖3 通信流程Fig.3 Communication process

3 BioJN發(fā)酵技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)PC端的開發(fā)實(shí)現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)庫搭建

利用MySQL數(shù)據(jù)庫管理軟件按照?qǐng)D2所示的表格結(jié)構(gòu)搭建通用型發(fā)酵數(shù)據(jù)庫,發(fā)酵數(shù)據(jù)庫需部署于運(yùn)行PC端程序的本地計(jì)算機(jī)之上。

3.2 PC端程序開發(fā)

整個(gè)PC端程序完全使用開源的、跨平臺(tái)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言Python 3.6[14]來開發(fā),各功能模塊分別使用不同的Python擴(kuò)展庫實(shí)現(xiàn)：(1)圖形用戶界面采用Python中優(yōu)秀的圖形用戶界面(graphical user interface,GUI)wx Python庫[15]實(shí)現(xiàn)；(2)OPC通信使用Open OPC庫實(shí)現(xiàn)；(3)DDE通信由調(diào)用.NET平臺(tái)動(dòng)態(tài)鏈接庫文件間接實(shí)現(xiàn)；(4)數(shù)據(jù)可視化采用Matplotlib庫實(shí)現(xiàn)；(5)遠(yuǎn)程控制指令轉(zhuǎn)發(fā)采用paho-mqtt庫實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí),PC端程序采用多線程編程方式開發(fā),避免了單線程編程中CPU被占用導(dǎo)致的主程序堵塞的狀況,提高了CPU的利用率[16],使系統(tǒng)運(yùn)行更加流暢。

4 PC端程序的應(yīng)用驗(yàn)證

將BioJN系統(tǒng)的PC端程序應(yīng)用于富硒酵母培養(yǎng)的過程中,來驗(yàn)證其功能及穩(wěn)定性。BioJN系統(tǒng)PC端的應(yīng)用流程如圖4所示,接下來將從數(shù)據(jù)管理及展示、繪制曲線圖和遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制這3個(gè)功能來描述BioJN系統(tǒng)PC端的應(yīng)用過程和結(jié)果。

圖4 系統(tǒng)PC端應(yīng)用流程圖Fig.4 System application flow chart

4.1 數(shù)據(jù)管理及展示

在發(fā)酵過程中打開“在線數(shù)據(jù)報(bào)表”進(jìn)行在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控(圖5)。用戶可以將測(cè)量的離線數(shù)據(jù)錄入“離線數(shù)據(jù)報(bào)表”(圖6),同時(shí)也可以打開事件管理界面,錄入事件記錄的操作與離線數(shù)據(jù)操作相同(圖7)。

圖5 在線數(shù)據(jù)報(bào)表Fig.5 Online data report注：此圖為發(fā)酵過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面,已打開的發(fā)酵批次顯示在界面左上角的下拉框中,用戶可以選擇批次進(jìn)行查看,與之對(duì)應(yīng)的在線數(shù)據(jù)則在右側(cè)表格中隨著發(fā)酵的進(jìn)行按照采樣間隔進(jìn)行自動(dòng)更新,通過左側(cè)的“表格導(dǎo)出”按鈕可以將表格中的在線數(shù)據(jù)導(dǎo)出成Excel文件。

圖6 離線數(shù)據(jù)報(bào)表Fig.6 Offline data report注：此圖為發(fā)酵過程中離線數(shù)據(jù)顯示界面,整體布局與在線數(shù)據(jù)界面類似,唯一不同的是,右側(cè)數(shù)據(jù)表格是可編輯的,用戶可以通過左側(cè)“添加采樣點(diǎn)”和“移除采樣點(diǎn)”按鈕添加或刪除右側(cè)離線數(shù)據(jù)記錄,并且直接點(diǎn)擊表格單元格可以修改其中內(nèi)容。離線數(shù)據(jù)同樣可以導(dǎo)出成Excel文件。

4.2 繪制曲線圖

將發(fā)酵過程的在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)繪制成曲線圖,可以實(shí)時(shí)觀察發(fā)酵趨勢(shì)(圖8),作出精準(zhǔn)工藝控制,并可以與歷史發(fā)酵批次同時(shí)作圖,通過比較參數(shù)變化來分析發(fā)酵批次之間的共性和差異(圖9)。

4.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制

在發(fā)酵過程中,可以從其他連接到互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上,遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)時(shí)發(fā)酵批次。通過BioJN系統(tǒng)PC端“設(shè)備狀態(tài)”中的遠(yuǎn)程連接功能連接運(yùn)行中的發(fā)酵批次發(fā)酵批次。連接成功后,此次發(fā)酵批次的數(shù)據(jù)就會(huì)從云端服務(wù)器中加載到本地BioJN系統(tǒng)PC端的內(nèi)存中,然后就可以通過上述數(shù)據(jù)窗口模塊查看該批次的在線數(shù)據(jù)報(bào)表、離線數(shù)據(jù)報(bào)表和遠(yuǎn)程事件記錄,并繪制曲線圖。此外,還可以通過連接后的遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)界面遠(yuǎn)程控制該批次的發(fā)酵參數(shù)，如圖10所示。

圖7 事件管理界面Fig.7 Event management interface注：此圖為事件管理界面,用戶打開的批次顯示在左側(cè)列表中,通過選中不同批次,實(shí)現(xiàn)右側(cè)事件表格的切換。事件表格的具體操作與離線數(shù)據(jù)表格一樣,且事件記錄也可以導(dǎo)出成Excel文件。

圖8 實(shí)時(shí)曲線圖Fig.8 Real time curves注：此圖為實(shí)時(shí)曲線界面,圖中有4條參數(shù)曲線,分別為溶氧曲線、光密度曲線、攪拌曲線和葡萄糖濃度曲線,在線參數(shù)曲線會(huì)隨著數(shù)據(jù)的采集進(jìn)行自動(dòng)更新。同時(shí)也添加了游標(biāo)功能,游標(biāo)跟著鼠標(biāo)懸停的位置,于右側(cè)顯示鼠標(biāo)所處位置的參數(shù)值。除此之外,工具欄還提供了曲線的縮放、移動(dòng)、保存和初始化功能。

圖9 歷史曲線圖Fig.9 Historical curves注：此圖是歷史曲線圖界面,圖中繪有2個(gè)批次的溶氧曲線和光密度曲線供用戶進(jìn)行對(duì)比分析。

圖10 遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)Fig.10 Remote tank status注：此圖為遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)界面,連接此次發(fā)酵批次后,就會(huì)進(jìn)入該批次的遠(yuǎn)程設(shè)備狀態(tài)界面,表格中黃色單元格顯示的是發(fā)酵參數(shù)值,綠色單元格顯示的則是參數(shù)設(shè)定值,通過雙擊綠色單元格,可以修改參數(shù)設(shè)定值,然后通過云端服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的控制。

4.4 討論與展望

本研究所開發(fā)的PC端程序是BioJN發(fā)酵技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)的重要組成部分之一。目前,完整的BioJN發(fā)酵技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)化階段,且已在科研機(jī)構(gòu)和發(fā)酵工廠投入使用,能為發(fā)酵技術(shù)人員提供相對(duì)完整的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、發(fā)酵過程監(jiān)測(cè)與控制、批次管理以及用戶權(quán)限管理等功能。然而,BioJN發(fā)酵技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)仍然存在諸多的不足之處：(1)系統(tǒng)功能更多地偏重于數(shù)據(jù)管理,數(shù)據(jù)分析功能較弱,僅支持批次間發(fā)酵數(shù)據(jù)間的比較；(2)工藝控制功能偏弱,只能支持從本地或遠(yuǎn)程直接修改發(fā)酵參數(shù)的設(shè)定值,而無法自動(dòng)執(zhí)行復(fù)雜的預(yù)設(shè)工藝流程?；谏鲜霾蛔?本團(tuán)隊(duì)將在以下幾個(gè)方面對(duì)BioJN發(fā)酵技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：(1)將BioJN發(fā)酵技術(shù)服務(wù)系統(tǒng)作為一個(gè)可擴(kuò)展的軟件平臺(tái),預(yù)留發(fā)酵數(shù)據(jù)分析和工藝控制擴(kuò)展軟件包的接口；(2)用戶使用現(xiàn)有版本的軟件系統(tǒng)將會(huì)獲取大量寶貴的原始數(shù)據(jù),本團(tuán)隊(duì)將基于這些數(shù)據(jù)為用戶開發(fā)個(gè)性化的數(shù)據(jù)分析和工藝控制軟件包,并將這些擴(kuò)展軟件包從系統(tǒng)的擴(kuò)展接口接入。

5 結(jié)語

BioJN系統(tǒng)PC端擁有簡(jiǎn)單明了的GUI、關(guān)聯(lián)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及高通用性的通信模塊。相比較基于組態(tài)軟件開發(fā)的上位機(jī)軟件,本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)可視化方面更具優(yōu)勢(shì)。與其他同為高級(jí)編程語言設(shè)計(jì)的發(fā)酵上位機(jī)軟件相比,本系統(tǒng)在滿足基本功能穩(wěn)定性的同時(shí),基于本團(tuán)隊(duì)已經(jīng)搭建好的服務(wù)器程序開發(fā)了PC端發(fā)酵遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制功能。用戶可以使用本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵數(shù)據(jù)的高效管理,可以利用數(shù)據(jù)可視化功能指導(dǎo)發(fā)酵生產(chǎn),也可以利用遠(yuǎn)程功能更好地監(jiān)控和控制發(fā)酵過程。