面向制造業物聯感知系統的設計和實現方法

譚蓓 陶世敏

（廣西南寧市 530000）

面向制造業物聯感知系統的設計和實現方法

譚蓓 陶世敏

（廣西南寧市 530000）

物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業第三次浪潮，具有龐大的市場和產業空間。本文簡要探討面向制造業的制造業物聯感知系統設計思路和方法，以供參考。

物聯網；物聯感知技術；設計

1 前言

物聯網和物聯感知技術是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的又一次信息產業浪潮。物聯網與制造業結合，將為生產和業務管理提供良好的集成平臺，實現制造生產、運輸、銷售一體化的無障礙管理。所以物聯網和物聯感知技術將有助提高企業的生產效率和監控監管水平，促進制造業的信息化建設與發展。

2 設計目標

本課題主要論述如何設計和實現“制造業物聯感知系統”，和如何開發物聯網應用快速開發框架，和基礎應用功能。本系統核心功能包括：物聯信息采集、物聯感知組件配置、物聯網應用信息配置、及為其他應用系統提供物聯數據應用數據的接口。為制造業信息化系統提供高效率開發框架和基礎功能，提供物聯網與制造業在生產和業務管理的良好集成平臺。

3 系統設計思路

3.1 功能設計

制造業物聯感知系統主要由物聯感知、業務應用、接口管理三層結構構成，系統搭建在硬件網絡支撐平臺上，通過數據接口層與ERP、CRM、CAD、OA、MIS、SCM等其他原有外部系統進行數據交換。系統的整體功能框架如圖1所示。

圖1 制造業物聯感知系統結構圖

其中，物聯感知層是通過信息傳感設備，將實物與互聯網結合，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。業務應用層包括基礎平臺和應用系統。基礎平臺集成一系列系統組件，為系統平臺功能實現提供基礎計算和處理支撐。應用系統部分，為生產制造企業搭建產供銷三種主要業務處理系統。物聯數據服務總線則是系統平臺與各外部系統信息橋梁，使得物聯感知系統與其他系統進行數據共享。

3.2 實現思路

3.2.1 物聯感知層

主要由四大功能模塊構成。

圖2 功能模塊構成

通過圖2不難看出，物聯感知層的主要功能是感知物體信息、采集物體信息、識別物體信息、存儲物體信息以及計算物體信息。在這一基本的層級中主要包括感知、傳輸、刻劃以及運輸四大最基本的模塊。

（1）物理感知：物理感知主要是采用RFID射頻識別技術以及、二維碼技術、MEMS微機電系統設備還有全球定位系統GPS技術等一系列的信息傳感技術對物理物件進行有效識別，從而準確得到該物理物件的相關信息。計算機技術以及傳感技術、通信技術共同組成了物理感知系統的最基本的信息基礎。本文從我國仿生學理論觀點的視角下來看，計算機處理系統就是能夠十分準確處理信息資料與靈活識別信息的集成性大腦系統，而信息通信系統就是能夠不斷傳遞信息資料的神經中樞系統，在這樣的仿生學視角下來看，物理通信系統中的數字傳感器就猶如人體內的一大“感覺器官”，可以進行物理感知。

（2）信息傳輸：信息傳輸技術主要是采用GPRS技術以及3G網絡、WiFi還有Internet網絡等不通形式的數據傳輸通信網絡展開信息資料的傳輸。這種信息傳輸技術可以采用信息交換設備以及信息傳輸設備，將分散在不同地理位置中的不同信息使用用通過信息客戶終端設備的串聯，最終實現網絡數據的通信和重要信息的遠程交換。信息傳輸主要是基于點與點之間的數字化信息通信系統，從而實現數據傳輸的多樣化，進而使信息感知系統感知相關的重要信息從而將其存儲到計算機系統中。

（3）數據刻劃：數據刻劃技術的主要功能作用就是對物聯網系統中的相關數據信息進行有效管理和標識，系統將及時收集到的相關信息進行感知，從而通過計算機系統進行科學編碼以及分類處理，再對其進行科學的分級處理，以及分析管理，從而更加以利于數據信息的準確識別與管理。在此過程中，數據刻劃系統可以對用戶終端采集到的相關重要信息數據結合其具體的使用屬性進行重新定義，從而使用戶在特定的環境中與特定的背景下展開對信息的調取以及感知和采集，從而為信息系統的維護人員工作提供給一定的參考和依據。

（4）數據存儲：數據存儲相對于上述幾大過程是非常重要的環節，數據的存儲主要是系統對感知到的各種重要數據信息進行科學識別以及存儲及，而且系統可以自動對存儲系統中的海量信息進行科學計算，以便在后續的使用過程中能夠及時調取相關的數據信息，并對其及時展開整合以及數據關聯，數據挖掘，數據分析以及數據統計等。在數據存儲層級主要通過云計算存儲對信息的數據存儲提供硬件支持，系統可以展開多維度信息索引以及信息存儲、信息資料檢索，最終為我國現代化的網絡科技以及數據信息的基礎應用和業務管理還有云計算奠定積極的基礎。

3.2.2 業務應用層

系統業務應用層主要包括應用系統以及基礎平臺兩大功能模塊。

（1）基礎應用平臺：基礎應用平臺集中間件的數據展示、工作流引擎、智能搜索、安全認證、數據交換、中間件的聯動預警、中間件的數據讀寫、中間件的數據識別等為一體，這些集成化的系統組件為基礎應用平臺中相關功能作用的充分發揮提供數據分析與數據計算平臺。這一系統中的相對靈活的運行基礎組件、系統之間的相對完善和獨立的運行功能，為基礎應用平臺的并向使用奠定了重要的技術基礎，同時也為基礎應用平臺系統的開發與調用提供了重要的技術基礎。

基礎應用平臺搭建了包括設置系統基礎以及管理基礎設備、分配人員權限、設置組織機構、管理數據接口、管理系統運行日志、管理安全認證、恢復數據與備份數據眾多的基礎功能模塊，從而有利于基礎信息的管理與運行。與此同時，該系統的應用系統為基礎功能的實現搭建了基本的運行模塊，從而為系統的正常運行提供必備的基本功能。

（2）業務核心應用系統：業務核心應用系統主要的應用功能就是為眾多的生產制造企業提供一個集生產與供應和管理為一體的集成化應用系統。從而使系統結合應用實際展開信息處理，同時將相關的應用擴展至其他的相關運行模塊。

3.2.3 物聯數據服務數據總線

數據總線主要是通過標準化的商業EDI中間件產品的基本應用體系結構，采用基于接口組件的應用開放原則以及標準化的設計原則，從而進行數據交換、數據共享以及數據流轉化安全信息認證。物聯網服務平臺能夠對異構性的數據源進行跨平臺技術處理，同時對相關的數據信息進行資源的整合，最終將信息數據控制以及集成到統一內得服務總線系統中。本文通過對相關的物聯制造生產管理系統進行闡述，從中可以發現物聯網系統所搭建的物聯相關設備都集成和服務于統一的系統總線，這些應用系統為第三方管理應用系統，主要通過ERP、OA以及MIS等原有系統設備對物聯數據信息的傳輸提供提網絡接口，從而使物聯感知系統中的數據能夠與其他系統中的數據資源進行共享。

本系統主要通過J2EE MVC三層架構的設計方式將系統從下到上可分為邏輯數據服務層、業務邏輯層與表現層。

表現層可以采用目前流行的UI框架，如DWZ、EasyUI開發框架，目前的UI框架基本上都支持用HTML擴展的方式來代替JavaScript代碼，簡單擴展了HTML標準，給HTML定義了一些特別的class和attribute。基于jQuery，可以非常方便的定制特定需求的UI組件，并以jQuery插件的形式發布出來。DWZ框架技術富客戶端框架設計目標是簡單實用、擴展方便、快速開發、RIA思路、輕量級。

中間層采用的是流行的Spring+Hibernate，為了將控制層與業務邏輯層分離，又分為以下幾種：Web層、Service層（即業務邏輯層）、DAO、PO（為持久化對象）。

中間層采用Spring技術能貫穿整個中間層，將Web層、Service層、DAO層以及PO進行無縫整合，其數據服務層用來存放數據。而采用Hibernate技術可以以面向對象的方式進行系統分析和系統設計。

3.3 物聯感知系統的實現

物聯感知系統的實現過程如下：

3.3.1 通過物聯感知技術實現

物聯網技術系統主要包括了信息感知、信息控制、網絡通信傳輸、微電子、計算機運行管理、軟件設計、嵌入式系統管理、微機電技術應用等多種集成化的信息管理與應用綜合系統，從中可以看出我國現階段的物聯網體系涵蓋的關鍵技術已經涉及到眾多的交叉領域，一般來講，物聯網技術主要包括信息感知關鍵技術、以及網絡通信技術、數據的應用與管理等眾多的關鍵技術除此之外系統還將共性技術和支撐技術集成到物聯網信息平臺中，具體的功能業務管理流程如圖3所示。

3.3.2 對物聯數據進行分級次刻劃

對物聯網數據信息進行分級次刻劃主要是通過將物聯網系統感知到的相關數據信息進行標識、數據編碼、數據關聯以及數據分級，從而便于用戶通過海量的數據進行多維度數據信息的索引和查找。

物聯系統在對系統中的相關數據進行刻劃過程中最重要的作用是將相關聯性的數據進行分級次運行管理，從而構成一個多維度索引管理系統，然后系統再通過子類系統以及父類用不同級別的信息關系對其進行刻劃，從而有利于信息管理者對物聯信息的便捷索引。對物聯數據進行分級次刻劃主要是通過海量數據云計算的方式來有效實現。也就是系統采用WordCount算法實現對海量數據的信息關聯、信息對比以及信息的分級處理。

圖3 功能業務管理流程圖

3.3.3 SOA通用型物聯數據服務總線

SOA通用型物聯數據服務總線又稱為Service-Oriented Architecture，SOA，它是基于面向服務對象的一種體系結構，主要通過組合構件技術，將J2EE架構以及多層架構設計、面向對象設計還有面向對象實現、通用數據接口等眾多的技術融為一體，從而為物聯企業之間實現信息的提供以信息的管理和信息的服務奠定重要的技術基礎。

3.3.4 J2EE應用整合框架

J2EE體系結構應用整合框架可以提供中間層集成框架而滿足用戶需求，因此無需太多費用而又需要高可用性、高可靠性以及可擴展性的應用的需求。通過提供統一的開發平臺，J2EE降低了開發多層應用的費用和復雜性，同時提供對現有應用程序集成強有力支持，完全支持Enterprise JavaBeans，除此之外其還有良好的部署功能作用與向導支持打包作用，支持目錄的添加，保證了運行的安全，大大提高了系統的總體運行性能。

J2EE為搭建可伸縮、靈活、易維護的商務系統提供了良好的運行機制：

（1）J2EE架構可充分利用現有的資源對現有的IT成果進行整合。

（2）J2EE可以將物聯網系統中的通用型、繁瑣服務端運行任務轉交給中間供應商，從而保證開發人員可以集中精力創建商業邏輯，大大縮短開發時間從而實現了系統的高效開發。

（3）支持異構環境：J2EE能夠開發部署在異構環境中的可移植程序。基于J2EE的應用程序不依賴任何特定操作系統、中間件、硬件。因此設計合理的基于J2EE的程序只需開發一次就可部署到各種平臺。

（4）J2EE平臺的可伸縮性：J2EE平臺應用程序可部署到其他不同操作系統中。從而為供應商提供不同的負載平衡策略，使多臺服務器可以進行集成部署，由此滿足我國未來云計算的服務需要。

（5）J2EE應用整合框架具有穩定的可用性：J2EE部署到可靠的操作環境中，支持長期的可用性。

4 結語

在市場競爭日益激烈的今天，伴隨著計算機、互聯網、物聯網等技術的高速發展，信息化已成為當代企業獲取競爭優勢不可或缺的途徑之一。各種企業不論所處地域、所處行業、規模大小，都無一例外的處在信息化總體進程當中。物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業第三次浪潮，具有龐大的市場和產業空間。物聯網結合制造業，基于RFID、傳感器技術、無線網絡通信技術、GPS定位等物聯感知技術搭建信息平臺，為企業搭建一個私有物聯網平臺，將各環節的人、物等集中在信息系統上進行物物相連，實現統一的管理。所以，以物聯感知為媒介組合成創新型物聯網應用基礎平臺，在全球競爭中快速取得先機，極大地推動物聯網的進步，加快了物聯網技術和產業的發展。

[1]許夫杰.物聯網應用和發展研究[J].科技尚品，2015（07）.

TP391.45

A

1004-7344（2016）14-0266-02

2016-5-3

譚蓓（1980-），女，漢族，廣西南寧人，中級，本科，主要從事企業管理和IT信息服務管理等工作。

陶世敏（1985-），男，漢族，廣西靈山人，本科，主要從事IT計算機軟件研發和設計等工作。