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)設(shè)計(jì)

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(shí)現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)的云計(jì)算與智能交互，滿足人們對多元化商品的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)需求。

相關(guān)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(dòng)下增加工業(yè)共享資源與業(yè)務(wù)資源，能夠應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)對數(shù)據(jù)計(jì)算能力強(qiáng)的優(yōu)勢解決工業(yè)生產(chǎn)過程中的問題。文獻(xiàn)[1]中提到德國西門子公司應(yīng)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(shè)備，該系統(tǒng)下的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備連接只對該公司的設(shè)備單獨(dú)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(gòu)與其他工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備之間的服務(wù)進(jìn)程；文獻(xiàn)[2]中提出國外部分工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)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(jìn)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(jìn)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(chǔ)存空間的占有率，對壓縮信息的敏感程度較低，導(dǎo)致這種系統(tǒng)無法進(jìn)一步實(shí)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

隨著互聯(lián)網(wǎng)中云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)服務(wù)器中的服務(wù)構(gòu)架將越來越復(fù)雜，單體互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器構(gòu)架的數(shù)據(jù)擴(kuò)容條件有限，服務(wù)器中單個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，為此，文中設(shè)計(jì)了多構(gòu)架模式的Web界面服務(wù)器構(gòu)架，能夠有效應(yīng)對工業(yè)測試數(shù)據(jù)的復(fù)雜性與多樣性[3-4]。文中采用密集型IO數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容器作為服務(wù)器的數(shù)據(jù)擴(kuò)容儲(chǔ)存主體，這種型號的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器內(nèi)部具有異步編程芯片，能夠及時(shí)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(kuò)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(jìn)行調(diào)試，當(dāng)其他數(shù)據(jù)擴(kuò)容器中數(shù)據(jù)容量不足時(shí)，可以通過Web界面對工業(yè)設(shè)備中其他機(jī)器的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存容器進(jìn)行調(diào)節(jié)管理，平衡儲(chǔ)存數(shù)據(jù)負(fù)載。系統(tǒng)硬件構(gòu)架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件構(gòu)架圖

文中Web界面的服務(wù)器采用英特爾公司生產(chǎn)的Core i5-8530系列產(chǎn)品，該服務(wù)器中數(shù)據(jù)器的工作頻率為3.4 GHz，具有64 G大容量運(yùn)算空間，同時(shí)還具備5 T工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)測試數(shù)據(jù)后備儲(chǔ)存空間，該服務(wù)器支持運(yùn)行Windows系統(tǒng)的所有類型機(jī)器。工業(yè)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點(diǎn)主要受控制器內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)控制，文中應(yīng)用ARM-7856信號的核心控制器模塊?？刂破饔汕岸伺c后端兩個(gè)部分組成，前端主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送，后端主要負(fù)責(zé)測試數(shù)據(jù)在交互整合過程中的網(wǎng)絡(luò)感知與調(diào)節(jié)狀態(tài)。為了能夠更加精準(zhǔn)地實(shí)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(yīng)用數(shù)據(jù)交互傳感器，該傳感器與Web界面呈現(xiàn)關(guān)聯(lián)狀態(tài)，Web界面發(fā)送的指令均能通過傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)探索，同時(shí)傳感器采集到的測試數(shù)據(jù)也能通過Web界面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與重新整合，進(jìn)一步實(shí)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(diǎn)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(zhǔn)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(shè)計(jì)

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(shí)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(jìn)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(shí)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(chǔ)[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(jìn)行數(shù)據(jù)整合處理，在Web界面中主要包含實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)具有流通的特點(diǎn)，隨著時(shí)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(shè)備種類較多，所以在文中系統(tǒng)軟件中設(shè)計(jì)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(wù)中的邏輯算法來實(shí)現(xiàn)，將數(shù)據(jù)接入數(shù)據(jù)接口后，不同設(shè)備的測試數(shù)據(jù)會(huì)構(gòu)成一套網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對不同類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，文中設(shè)計(jì)了聚類算法進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)整合。設(shè)定Web界面的設(shè)備用戶數(shù)量為k，各個(gè)設(shè)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(shè)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(yīng)的實(shí)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(dāng)wij為1時(shí)表示平均值在聚類中，當(dāng)wij為0時(shí)則表示平均值不在聚類中[13-14]。聚類算法的實(shí)現(xiàn)首先需要在Web界面數(shù)據(jù)中選擇相應(yīng)的設(shè)備用戶K，計(jì)算每一個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)之間的距離，并計(jì)算出所有設(shè)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(jì)算設(shè)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(shè)計(jì)了離線數(shù)據(jù)整合迭代計(jì)算、深度學(xué)習(xí)、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(yīng)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)中，節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)被不斷地進(jìn)行迭代整合計(jì)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(shè)計(jì)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(yīng)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(jìn)行交互分析，Web界面與測試數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)需要通過客觀的方式向用戶表達(dá)，交互界面的設(shè)計(jì)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(yīng)用程序，將Web界面的圖形交互功能與云計(jì)算功能相結(jié)合，使Web界面的交互速度與精準(zhǔn)度都明顯提升。

3 實(shí)驗(yàn)研究

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的整體應(yīng)用性能，進(jìn)行了對比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的對比系統(tǒng)為文獻(xiàn)[1]系統(tǒng)與文獻(xiàn)[2]系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)環(huán)境結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)過程中首先確定系統(tǒng)的硬件設(shè)備是否處于正常工作狀態(tài)，分別在各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備上開啟數(shù)據(jù)傳輸模式，準(zhǔn)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(dòng)數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)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(shí)驗(yàn)的預(yù)期結(jié)果，在預(yù)期結(jié)果中選取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)，作為此次實(shí)驗(yàn)對比對象的主要數(shù)據(jù)。硬件設(shè)備逐漸向軟件流程程序中輸入測試數(shù)據(jù)，查詢儲(chǔ)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)通過端口可以實(shí)現(xiàn)可視化，以圖表的形式體現(xiàn)工業(yè)設(shè)備中的測試數(shù)據(jù)，Web界面網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化示例圖如圖6所示。

圖6 Web界面網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化示例圖

通過數(shù)據(jù)的可視化技術(shù)，分別對3種系統(tǒng)下的交互程度進(jìn)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(jì)算能夠完成交互任務(wù)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(shí)現(xiàn)的交互數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的80%左右，而文獻(xiàn)[1]中能實(shí)現(xiàn)交互的數(shù)據(jù)占總數(shù)據(jù)的50%左右，文獻(xiàn)[2]中能實(shí)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(shè)計(jì)，將工業(yè)化互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，管理人員能夠直接對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，針對數(shù)據(jù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與離線數(shù)據(jù)均有相對應(yīng)的整合方式，為交互創(chuàng)造良好的Web界面條件。

該實(shí)驗(yàn)還對3種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸途徑進(jìn)行了對比，每種系統(tǒng)中均存在著不同的設(shè)備數(shù)據(jù)，分別對每種設(shè)備數(shù)據(jù)的傳輸途徑進(jìn)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(shè)備數(shù)據(jù)傳輸路徑達(dá)到5條，分別對不同類型的數(shù)據(jù)制定適當(dāng)?shù)膫鬏斖緩?，而文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]系統(tǒng)中都只有兩條傳輸路徑。文中采用的服務(wù)器是多構(gòu)架模式，構(gòu)架內(nèi)存在著大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)，數(shù)據(jù)傳輸過程中會(huì)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(jìn)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(shí)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(shí)用性、高效性更加突出。