徐東

（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心（上海）有限公司，上海 201306）

互聯(lián)網(wǎng)作為大數(shù)據(jù)與工業(yè)發(fā)展之間的媒介，需要配合工業(yè)對象與大數(shù)據(jù)之間協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)的云計算與智能交互，滿足人們對多元化商品的網(wǎng)絡化服務需求。

相關研究人員提出工業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)之間的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合模式，使工業(yè)生產(chǎn)在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的帶動下增加工業(yè)共享資源與業(yè)務資源，能夠應用互聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)計算能力強的優(yōu)勢解決工業(yè)生產(chǎn)過程中的問題。文獻[1]中提到德國西門子公司應用大數(shù)據(jù)平臺，開通工業(yè)生產(chǎn)過程中的互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)平臺通過上傳數(shù)據(jù)的方式來控制互聯(lián)網(wǎng)平臺中的工業(yè)生產(chǎn)設備，該系統(tǒng)下的工業(yè)生產(chǎn)設備連接只對該公司的設備單獨開放，數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議具有單一性，需要投入大量的數(shù)據(jù)管理來協(xié)調(diào)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)結(jié)構與其他工業(yè)生產(chǎn)設備之間的服務進程；文獻[2]中提出國外部分工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)應用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)壓縮算法對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)進行整合，將工業(yè)生產(chǎn)過程中采集到的音頻信息、文字信息等內(nèi)容進行壓縮，通過最終的壓縮率來判斷工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)的交互整合效率，該算法下的系統(tǒng)主要考慮到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)儲存空間的占有率，對壓縮信息的敏感程度較低，導致這種系統(tǒng)無法進一步實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)的交互。

為了解決傳統(tǒng)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)整合存在的問題，提出基于Web界面設計工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)交互整合系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設計

隨著互聯(lián)網(wǎng)中云計算技術的不斷發(fā)展，系統(tǒng)服務器中的服務構架將越來越復雜，單體互聯(lián)網(wǎng)服務器構架的數(shù)據(jù)擴容條件有限，服務器中單個模塊出現(xiàn)故障時會影響整個系統(tǒng)的運行，為此，文中設計了多構架模式的Web界面服務器構架，能夠有效應對工業(yè)測試數(shù)據(jù)的復雜性與多樣性[3-4]。文中采用密集型IO數(shù)據(jù)儲存容器作為服務器的數(shù)據(jù)擴容儲存主體，這種型號的數(shù)據(jù)儲存器內(nèi)部具有異步編程芯片，能夠及時處理多步測試的數(shù)據(jù)內(nèi)容。此容器的空間占有量小，靈活程度高，具有可拆卸性與調(diào)換性，數(shù)據(jù)擴充的方式主要通過Web界面的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行調(diào)試，當其他數(shù)據(jù)擴容器中數(shù)據(jù)容量不足時，可以通過Web界面對工業(yè)設備中其他機器的數(shù)據(jù)儲存容器進行調(diào)節(jié)管理，平衡儲存數(shù)據(jù)負載。系統(tǒng)硬件構架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件構架圖

文中Web界面的服務器采用英特爾公司生產(chǎn)的Core i5-8530系列產(chǎn)品，該服務器中數(shù)據(jù)器的工作頻率為3.4 GHz，具有64 G大容量運算空間，同時還具備5 T工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)后備儲存空間，該服務器支持運行Windows系統(tǒng)的所有類型機器。工業(yè)設備與互聯(lián)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點主要受控制器內(nèi)部的網(wǎng)絡節(jié)點控制，文中應用ARM-7856信號的核心控制器模塊?？刂破饔汕岸伺c后端兩個部分組成，前端主要負責數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，后端主要負責測試數(shù)據(jù)在交互整合過程中的網(wǎng)絡感知與調(diào)節(jié)狀態(tài)。為了能夠更加精準地實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)交互整合，文中在硬件系統(tǒng)中應用數(shù)據(jù)交互傳感器，該傳感器與Web界面呈現(xiàn)關聯(lián)狀態(tài)，Web界面發(fā)送的指令均能通過傳感器進行數(shù)據(jù)探索，同時傳感器采集到的測試數(shù)據(jù)也能通過Web界面進行數(shù)據(jù)傳輸與重新整合，進一步實現(xiàn)管理人員對測試數(shù)據(jù)的直接交互控制。文中傳感器中的核心為DIK數(shù)據(jù)敏感識別芯片，芯片內(nèi)部電路參與數(shù)據(jù)節(jié)點的連接，所以芯片能夠在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)環(huán)境中準確識別數(shù)據(jù)類型，芯片的數(shù)據(jù)敏感頻段為1.2 GHz[5-7]。DIK數(shù)據(jù)敏感識別芯片電路如圖2所示。

圖2 DIK數(shù)據(jù)敏感識別芯片電路

2 系統(tǒng)軟件設計

基于Web界面的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)交互整合系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)首先需要訪問工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，將需要訪問的測試數(shù)據(jù)進行解析，判斷測試數(shù)據(jù)的交互類型，再從Web界面用戶屬性中獲取用戶名、Web界面登錄密碼等信息，連續(xù)訪問工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的測試數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互整合創(chuàng)造良好的數(shù)據(jù)環(huán)境[8-9]。讀取后的數(shù)據(jù)即可作為Web界面工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)交互整合的環(huán)境基礎[10-11]。數(shù)據(jù)訪問流程圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)訪問流程圖

對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)訪問后進行數(shù)據(jù)整合處理，在Web界面中主要包含實時在線數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)，實時在線數(shù)據(jù)具有流通的特點，隨著時間的變化而改變，對此類數(shù)據(jù)的整合首先需要將數(shù)據(jù)接入到Web界面中，以核心數(shù)據(jù)格式向Web界面持續(xù)輸出。由于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中連接的設備種類較多，所以在文中系統(tǒng)軟件中設計了通用型數(shù)據(jù)接口，以數(shù)據(jù)序列的方式依次向相同的Web界面中傳輸緩存數(shù)據(jù)，也可以將測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為靜態(tài)離線數(shù)據(jù)等待人工處理整合[12]。數(shù)據(jù)在Web頁面中的整合主要是通過數(shù)據(jù)業(yè)務中的邏輯算法來實現(xiàn)，將數(shù)據(jù)接入數(shù)據(jù)接口后，不同設備的測試數(shù)據(jù)會構成一套網(wǎng)絡拓撲結(jié)構，針對不同類型的數(shù)據(jù)結(jié)構，文中設計了聚類算法進行實時數(shù)據(jù)整合。設定Web界面的設備用戶數(shù)量為k，各個設備的測試數(shù)據(jù)整合誤差為：

式中，x代表Web界面中每種設備測試數(shù)據(jù)的平均值，c代表聚類算法中的聚類系數(shù)，mr代表測試數(shù)據(jù)聚類中心，對應的實現(xiàn)函數(shù)如式（2）所示。

式中，wij表示函數(shù)的判斷整合數(shù)據(jù)平均值是否處于聚類中，當wij為1時表示平均值在聚類中，當wij為0時則表示平均值不在聚類中[13-14]。聚類算法的實現(xiàn)首先需要在Web界面數(shù)據(jù)中選擇相應的設備用戶K，計算每一個設備數(shù)據(jù)之間的距離，并計算出所有設備數(shù)據(jù)到聚類中心的距離，獲取需要整合數(shù)據(jù)的簇心，判斷算法簇心是否存在超出閾值的情況，若超出聚類算法的閾值范圍則重新計算設備數(shù)據(jù)。聚類算法流程如圖4所示。

圖4 聚類算法流程圖

針對Web界面中的離線數(shù)據(jù)整合，文中設計了離線數(shù)據(jù)整合迭代計算、深度學習、數(shù)據(jù)檢索功能。接收測試數(shù)據(jù)后，根據(jù)不同的離線數(shù)據(jù)格式劃分為不同的接口數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)接口引入相應的計算節(jié)點中，節(jié)點中的數(shù)據(jù)被不斷地進行迭代整合計算，并通過邏輯分析獲得離線數(shù)據(jù)需要整合的步驟和內(nèi)容，文中設計的軟件還包含數(shù)據(jù)整合查詢功能，離線數(shù)據(jù)經(jīng)過初步整合后可以通過挖掘算法在數(shù)據(jù)庫中檢索需要查詢的數(shù)據(jù)內(nèi)容[15-16]。

文中Web界面中包含多種類型的語言編制程序，主要應用在數(shù)據(jù)交互分析上，方便工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)整合交互。管理人員通過多種途徑對數(shù)據(jù)進行交互分析，Web界面與測試數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)需要通過客觀的方式向用戶表達，交互界面的設計使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)分析可視化，極大地方便了用戶對文件瀏覽器的使用，支持最終結(jié)果以圖形的形式表現(xiàn)出來。文中在軟件系統(tǒng)中開發(fā)了MapRwduce應用程序，將Web界面的圖形交互功能與云計算功能相結(jié)合，使Web界面的交互速度與精準度都明顯提升。

3 實驗研究

為了驗證所設計系統(tǒng)的整體應用性能，進行了對比驗證實驗，實驗的對比系統(tǒng)為文獻[1]系統(tǒng)與文獻[2]系統(tǒng)。實驗環(huán)境結(jié)構如圖5所示。

圖5 實驗環(huán)境結(jié)構圖

實驗過程中首先確定系統(tǒng)的硬件設備是否處于正常工作狀態(tài)，分別在各個工業(yè)生產(chǎn)設備上開啟數(shù)據(jù)傳輸模式，準備接收來自互聯(lián)網(wǎng)Web界面端口的測試數(shù)據(jù)，調(diào)動數(shù)據(jù)采集結(jié)構采集工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)中的特征或?qū)傩?，并?guī)劃實驗的預期結(jié)果，在預期結(jié)果中選取實時數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)，作為此次實驗對比對象的主要數(shù)據(jù)。硬件設備逐漸向軟件流程程序中輸入測試數(shù)據(jù)，查詢儲存容器中數(shù)據(jù)的接收狀態(tài)，分析數(shù)據(jù)在軟件程序中的整合參數(shù)。Web界面中實時數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)通過端口可以實現(xiàn)可視化，以圖表的形式體現(xiàn)工業(yè)設備中的測試數(shù)據(jù)，Web界面網(wǎng)絡節(jié)點中實時數(shù)據(jù)可視化示例圖如圖6所示。

圖6 Web界面網(wǎng)絡節(jié)點中實時數(shù)據(jù)可視化示例圖

通過數(shù)據(jù)的可視化技術，分別對3種系統(tǒng)下的交互程度進行比較分析，分別采取相同的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)，在3種系統(tǒng)平臺中調(diào)取能夠?qū)崿F(xiàn)交互的數(shù)據(jù)，計算能夠完成交互任務的數(shù)據(jù)占全部數(shù)據(jù)的百分比，3種系統(tǒng)的交互程度對比結(jié)果如圖7所示。

圖7 3種系統(tǒng)的交互程度對比圖

根據(jù)圖中的對比結(jié)果可知，文中系統(tǒng)的交互程度最高，Web界面所能實現(xiàn)的交互數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的80%左右，而文獻[1]中能實現(xiàn)交互的數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的50%左右，文獻[2]中能實現(xiàn)交互的數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的40%左右。文中系統(tǒng)通過Web界面中的可視化程序設計，將工業(yè)化互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行可視化處理，管理人員能夠直接對數(shù)據(jù)進行操作，針對數(shù)據(jù)中的實時數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)均有相對應的整合方式，為交互創(chuàng)造良好的Web界面條件。

該實驗還對3種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸途徑進行了對比，每種系統(tǒng)中均存在著不同的設備數(shù)據(jù)，分別對每種設備數(shù)據(jù)的傳輸途徑進行跟蹤，獲取3種系統(tǒng)的傳輸途徑對比結(jié)果，如圖8所示。

圖8 3種系統(tǒng)的傳輸途徑對比結(jié)果

圖8中顯示了文中系統(tǒng)的設備數(shù)據(jù)傳輸路徑達到5條，分別對不同類型的數(shù)據(jù)制定適當?shù)膫鬏斖緩剑墨I[1]和文獻[2]系統(tǒng)中都只有兩條傳輸路徑。文中采用的服務器是多構架模式，構架內(nèi)存在著大量的網(wǎng)絡節(jié)點作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，數(shù)據(jù)傳輸過程中會根據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)的不同而產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)包，軟件程序根據(jù)數(shù)據(jù)包的類型進行匹配數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)束語

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)的整合與交互系統(tǒng)的實現(xiàn)是未來工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的核心，文中基于Web界面提出具有多傳輸路徑、數(shù)據(jù)可視化交互的智能系統(tǒng)，使工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)的實用性、高效性更加突出。