煙葉平臺統一硬件設備接入管控的設計與實現

摘 要：為推動煙草行業高質量發展，結合數字經濟發展趨勢和行業相關探索實踐經驗，煙草行業2020年啟動全國煙草生產經營管理一體化平臺建設，煙葉平臺是其中一個重要領域。管控煙葉包裝條碼打掃碼硬件設備是煙葉平臺核心建設內容之一，文章著重介紹煙葉平臺打掃碼硬件設備接入管控以及基于Web瀏覽器及硬件網關實現打碼控制的設計與實現。

關鍵詞：煙葉 打掃碼 物流

中圖分類號：F252" 文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2023）12-228-03

煙葉平臺的核心功能之一是進行煙葉包裝條碼打掃碼，涉及到煙葉平臺“二打八掃”全流程，貫穿煙葉資源流通的各個物流環節。故需建立安全可靠的掃碼設備接入及管控機制，保障各業務環節的有序穩定運行。基于Web應用系統可實現信息設備在網絡平臺上的管理，企業能夠及時地掌握信息設備的信息，實現信息資源的共享，最大限度地發揮了信息化對于設備管理的作用，提高了信息設備管理的效率[1]。煙葉行業平臺是全煙葉行業全國統一應用，不僅需全局把控相關設備安全接入，更要保障設備接入數據傳輸的效率與穩定。打造支持不同設備與云平臺之間的數據通信機制，建立保障硬件設備與云平臺之間結構化及非結構化數據穩定傳輸平臺。煙葉平臺通過基于Web技術的B/S應用建立硬件網關服務，實現多平臺多品牌多廠商的不同設備型號的集成，把控所有設備的安全接入以及與云服務通信，完成業務功能操作。

一、煙葉硬件網關服務現狀

（一）硬件網關服務系統研究現狀

為了改進這種通信方式，北京信息科技大學黃艷庭、谷玉海、王菊遠設計了基于WebSocket的風電機組Web實時監測系統，數據服務器通過TCP/IP通信獲取高速同步采集系統采集的監測數據，并通過Go語言提供的Channel消息通信機制建立數據服務器與Web服務器之間的數據傳輸，確保了數據顯示的實時性。在瀏覽器端實現對采集數據的實時在線監測、處理、分析和診斷，對準確了解風電機組設備實時狀況及延長設備壽命具有重要意義[2]。

同時，目前煙葉設備也正向集成度高的一體機發展，例如四川省煙草公司瀘州市公司公開了一種一體式煙葉收購機，包括集成柜、無線模塊以及分別與所述集成柜連接的智能終端、打印機、身份證讀卡器和RFID讀卡器，所述智能終端、打印機、身份證讀卡器、RFID讀卡器和無線模塊的電性連接包括內部連接和外部連接，所述內部連接的連接線內置于所述集成柜，所述外部連接的若干接口設置在所述集成柜的外圍。本實用新型設計以現有的軟硬件設備為基礎，通過集成創新，將智能終端、打印機、身份證讀卡器和RFID讀卡器進行一體集成，同時將它們之間的內部連接件內置于集成柜內，外部接口設置在集成柜的外圍，能夠減少操作人員的線路連接，在投入少的前提下，有效地解決了當前煙葉收購設備的痛點難點，成本低廉且便于維護[3]，以上在實現硬件高度集成的同時，也對Web應用對各類設備終端兼容性提出更高的要求，一個應用就要設置對集成的所有設備進行兼容，同時還要支持擴展，對硬件網關應用軟件提出了更高的要求。

硬件設備的應用不僅在煙葉流通的起始收購環節有應用，在煙葉流通的各個環節都有重要的應用意義，例如目前各企業重點建設的煙葉質量追溯體系應用，陳洲、王麗娟、王秀山等著重研究煙葉從農業生產到復烤過程的追溯體系，可追溯種植、采收、烘烤、分級、收購、儲存調運以及復烤環節的質量信息[4]。王志勇、祝世敏等應用二維碼技術對煙葉生產、分級、收購、倉儲等節點進行全程信息標記，并通過信息報送系統打通煙葉供應鏈信息流，實現工商信息共享和工業企業對煙葉質量的追溯到戶、追溯到崗[5]。劉國慶、蔡樺等針對打葉復烤企業的煙葉質量追蹤追溯進行分析研究，依托RFID等物聯網技術對打葉復烤過程中的交接、加工、運輸、存儲等環節進行跟蹤和追溯，在發現問題時能及時完善處理，并追查到問題產生的根源[6]。從案例分析可見，硬件設備在煙葉全流程的廣泛應用前景，故更需要設計出符合行業要求的硬件設備接入管控系統，是行業發展必然結果。

（二）硬件網關服務演變歷史

煙葉硬件網關服務已歷經4代。第一代直接使用硬件設備接口文件，缺點就是與設備驅動耦合度較高，如果有新增設備，需增加開發對應的適配功能包。第二代通過使用OCX插件調用硬件設備的接口，優點就是降低耦合度，解決了BS無法直接訪問本地硬件的問題，但是依然有缺點，就是通過OCX的調用非常消耗IE資源，導致IE不穩定。第三代通過添加硬件服務，IE不直接調用硬件設備接口文件，大大降低了對IE資源的消耗，解決了IE不穩定的問題。第四代通過SOCKET技術，實現web瀏覽器與硬件網關服務通信，間接調用硬件設備的接口文件，實現web應用與硬件服務的輕量化，實現應用與設備的松耦合。

二、煙葉平臺統一硬件設備接入管控的系統設計

煙葉平臺統一硬件設備接入管控系統是建立在2個基礎功能上實現的，第一個就是設備接入管控，另外一個就是硬件網關服務。通過以上2個功能，即可實現對煙葉平臺接入設備的全局接入管控，以及硬件設備與web應用之間的數據通信傳輸，實現高質量煙葉平臺硬件設備管控平臺，支撐煙葉全流程的硬件設備安全、可靠、穩定運行。

（一）技術架構設計

1.基于行業云平臺的硬件訪問權限控制系統。

依托行業云平臺環境，基于“新數基”服務訪問標準，構建基于云平臺原生PaaS應用的硬件訪問權限控制系統，實現云服務與硬件設備之間標準化信息交互。

統一硬件設備管控系統技術架構共分五層：

第一層是硬件設備層，煙葉平臺需支持PDA及打掃碼PC主機等多種硬件設備的接入，通過云平臺負載均衡組件實現對煙葉平臺打掃碼應用服務的訪問，進行業務操作。

第二層即煙葉平臺各類前端應用，其基于目前流行的VUE技術棧進行開發，實現輕量化掃碼與掃碼應用，支撐全國各單位執行打掃碼相關作業。同時支持PDA設備離線批量掃碼功能，方便現場快捷完成煙葉各類包裝條碼掃碼作業。

第三層是煙葉平臺關鍵的統一硬件設備接入管控層，其包含兩部分內容：第一部分即設備接入權限控制服務，實現對接入煙葉平臺各類設備的安全管控，是保障設備接入的安全屏障；第二部分即硬件網關服務，實現各類已授權的PC主機訪問打掃碼WEB應用對各種接口底層硬件設備的控制。

第四層為技術平臺層，為煙葉平臺統一硬件設備接入管控應用提供包含多級數據傳輸平臺服務、多云適配服務以及基礎技術框架，基礎計劃框架提供后端服務開發技術棧，其包含Spring、SpringBoot、SpringClound、MyBatis及Hutool等技術組件。

第五層即云平臺底座層，也是行業“新數基”核心基礎，為煙葉平臺統一硬件設備接入管控應用提供分布式數據庫、分布式事務、服務監控、搜索引擎、流程引擎、分布式配置中心、分布式對象存儲、分布式緩存、消息隊列、分布式調度中心等PaaS層服務，以及VPC、ECS、Docker、K8S、IT網絡設備、安防設備、服務器機房運維等IssS層服務。

2.硬件網關服務技術架構。業務應用通過socket長連接硬件服務器，當業務應用向硬件服務器發起設備指令時，硬件服務器socket接收，將接收到的數據存入接收數據對列，對列中的數據（起到數據不丟失）會依次將數據提交到數據處理中心進行處理，當設備處理中心接收到處理指令后和具體指定設備進行設備的數據交互，將數據交互結果提示到數據處理中心，并提交到發送數據對列，返回socket消息給業務。

3.標準設備和非標準設備。

（1）標準設備是指設備符合《煙葉管理信息系統外圍設備接口標準》的設備，由第三方廠商或者供應商提供按《煙葉管理信息系統外圍設備接口標準》開發動態庫提供給我司，我司幫忙重新驗證測試動態庫沒問題后，將動態庫加到硬件服務器中，只在hwcell數據庫增加對應的設備腳本，硬件服務器不需要修改。

（2）非標準設備是指相對于標準設備之外的設備，需要針對非標準設備各個不同開發，加到硬件服務器，硬件服務器需要做修改并發對應的版本。

（二）硬件網關服務系統功能設計

1.硬件服務器目錄結構和主要文件。

（1）Print目錄：存放fr3等文件，此類文件需要在業務調用打印任務方會從業務后臺中下載到這個目錄。

（2）Serverlog目錄。一是存放業務和硬件服務器之間交互的日志文件，每天一個日期文件名文件，支持最近30天的日志記錄。二是在allinonelog子目錄存放第三方外圍設備接口和硬件服務器交互的日志文件，每天一個日期的文件名文件，支持最近30天日志記錄。

（3）sound目錄。存放語音文件。

（4）hwServer.exe文件。硬件服務器主要的文件，需要依賴Bolndmm.dll和Hook.dll（hook鍵盤），默認在后臺隱藏運行，可以按ctrl+alt+p切換顯示隱藏。

（5）hwUpdate.exe文件。提供硬件服務器升級的文件。

（6）SystemSet.hs文件。硬件服務器的配置文件，一般都不用關心這個文件內容。

其中ServerModel值0表示TSOBS，值1表示TSOCS，值2表示CELLBS，值3表示CELLCS UpdateAddr值表示升級地址。

2.Hwcell后臺系統。目前支持的功能有：一是支持硬件服務器設備驅動文件的升級，提供3個升級用的調用接口，如下：

a）獲取版本號http：//IP：PORT/hwcell/downloadFile.do？method=getVersionNoamp;dllFileArr=xxx。

b）獲取文件MD5http：//IP：PORT/hwcell/downloadFile.do？method=getFileMD5amp;dllFileArr=xxx。

c）下載文件http：//IP：PORT/hwcell/downloadFile.do？method=downloadDllFileamp;dllFileName=xxx。

二是cell系統的硬件參數設置頁面模塊。

3.硬件服務器的升級機制。通過業務調用協議Dev_Init中的參數aRemoteURLIP傳升級地址內容，并保存到SystemSet.hs文件對應的UpdateAddr內容，tso和cell升級方式如下：

（1）在tso升級步驟。

a）hwUpdate.exe開機啟動運行（安裝包HwServerSetup_TSO.msc安裝）。

b）hwUpdate.exe根據UpdateAddr升級地址，升級hwServer.exe并啟動hwServer.exe。

c）hwServer.exe在調用連接各個設備時，根據UpdateAddr升級地址升級當前設備驅動文件。

（2）在cell升級步驟。

a）bs調用hsDev.ocx。

b）hsDev.ocx根據UpdateAddr升級地址，升級hwServer.exe和啟動hwServer.exe。

c）hwServer.exe在調用連接各個設備時，根據UpdateAddr升級地址升級當前設備驅動文件。

三、應用效果分析

煙葉平臺統一硬件設備接入管控系統在貴州省煙草公司及下屬遵義、畢節、黔南州（市）公司及貴州復烤公司遵義復烤廠的試點應用，系統運行良好，基本達成預期試點效果。

（一）實現煙葉平臺統一硬件設備接入管控標準模式

安全性向來一直都是行業信息化建設的重要課題，由于煙葉平臺涉及全國眾多企業、部門及業務環節，必須保證硬件設備的安全性，把控好設備客戶端的接入安全，建立煙葉平臺統一硬件設備接入標準是實現煙葉設備安全可控的基礎。依托貴州試點驗證項目，極大促進了煙葉硬件安全管控的相關行業標準的完善與落實。

一是通過對煙葉平臺設備管理中設備注冊授權碼申請與下發，實現對接入硬件設備的管控，形成統一的設備注冊與接入標準模式。

二是通過貴州試點驗證，對與云平臺與硬件設備之間的數據交互進行充分測試驗證，并對高并發場景下的設備接入服務訪問進行性能測試，均達到了設計要求，具體驗證結果如下：

1.端與云環境打碼模擬服務性能驗證結果。在阿里云、華為云環境下，驗證端與云環境打碼模擬服務性能，打碼服務成功率為100%，；平均RT、平均TPS、數據庫平均CPU和平均內存等方面均符合性能要求；各組件的平均CPU、平均內存均符合性能要求。

2.端與云平臺掃碼模擬服務性能驗證。在阿里云、華為云環境下，驗證端與云環境掃碼模擬服務性能，掃碼服務成功率為100%，；平均RT、平均TPS、數據庫平均CPU和平均內存等方面均符合性能要求；各組件的平均CPU、平均內存均符合性能要求。

（二）打通硬件網關操作系統壁壘，實現跨操作系統跨設備廠商硬件高兼容性

貴州全省涉及的硬件設備涉及設備廠商眾多，不僅有國產硬件設備，還有霍尼韋爾等國外硬件設備廠商。通過對基于行業統一硬件網關服務在貴州全省現有設備的試點驗證，并對驗證結果分析可知，目前硬件網關服務對目前貴州全省商業在用的主流打碼設備類型標簽打印機和成包賦碼一體機都是支持的，且均有較高的適配度。

四、總結與展望

煙葉平臺統一硬件設備接入管控系統是在行業“新數基”統一底座上，結合煙葉《煙葉業務功能規范》《煙葉包裝標簽標識標準》《煙葉硬件設備接口標準》《煙草行業二維碼技術規范》等行業標準，建立起的覆蓋工業企業、復烤企業、商業企業全過程的煙葉硬件設備統一接入管控體系。通過在貴州省、云南省等參與煙葉平臺試點驗證的煙草公司單位的試點運行測試驗證，系統可全面提高設備接入安全水平、煙葉流通環節質量管理水平及煙葉物流管控效率。

下一階段，關于煙葉平臺統一硬件設備接入管控系統研究重點是在貴州省等單位試點應用效果的基礎上，進一步探索如何以更輕量化的技術手段，提高設備運轉與響應效率問題，實現各單位不同場景下硬件設備接入在不降低安全性與兼容性的前提下，實現所有設備的快速接入，滿足各類設備接入的高可用、高性能、高拓展的需求，進一步釋放勞動力，降低用工成本，提高煙葉流通效率，進而推進信息化與煙葉產業的深度融合，持續推進煙葉供給側結構性改革、推動煙葉高質量發展。

[基金項目：2022年中國煙草總公司貴州省公司項目：貴州一體化先行驗證項目（編號：GZSY0000GCGZ20210012）]

參考文獻：

[1] 王秋.基于WEB的信息設備管理系統開發與實現[J].信息通信，2012（05）：122，117.

[2] 黃艷庭，谷玉海，王菊遠.基于WebSocket的風電機組Web實時監測系統設計[J].設備管理與維修，2018（13）：67-69.

[3] 四川省煙草公司瀘州市公司.一體式煙葉收購機：CN202121740987.2[P].2022-05-10..

[4] 陳洲，王麗娟，王秀山.基于物聯網的煙葉質量可追溯系統的設計與實現[J].現代農業科技，2015（09）：344-345.

[5] 王志勇，祝世敏.煙葉全程質量追溯系統設計與實現[J].計算機工程應用技術，2014，10（24）：5779-5782.

[6] 劉國慶，蔡樺.RFID技術在打葉復烤煙葉質量追蹤追溯中的應用[J].電腦編程技巧與維護，2015（16）：18-19.

（作者單位：1.貴州煙葉復烤有限責任公司遵義復烤廠 貴州遵義 563000；2.貴州省煙草公司貴陽市公司信息中心 貴州貴陽 550001；3.中國煙草總公司貴州省公司煙葉處 貴州貴陽 550001；4.貴州省煙草公司畢節市公司信息中心 貴州畢節 561008）

[第一作者簡介：郭清（1985—），男，土家族，貴州遵義人，本科，貴州煙葉復烤有限責任公司工程師，研究方向：計算機軟硬件與信息系統、復烤加工技術。]（責編：若佳）