基于MES 的多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)

楊 俊，肖 楠，劉典勇

（工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新中心（上海）有限公司，上海 200232）

MES 是一種固定的系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，采用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)引擎對(duì)待采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合與處理，再利用網(wǎng)狀傳輸結(jié)構(gòu)，將這些信息參量反饋至既定的硬件設(shè)備主機(jī)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信息共享環(huán)境的搭建與穩(wěn)定。對(duì)于多源型異構(gòu)信息來說，MES 框架可為數(shù)據(jù)參量提供更為穩(wěn)定的傳輸環(huán)境。一方面可在關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)的作用下，將區(qū)域環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息整合成包狀傳輸結(jié)構(gòu)體，并將其反饋至既定應(yīng)用主機(jī)中；另一方面隨著MES 框架體系的不斷完善，數(shù)據(jù)信息參量可被分割成多個(gè)應(yīng)用傳輸結(jié)構(gòu)，并可在關(guān)聯(lián)應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的作用下，維系現(xiàn)有的信息量共享環(huán)境[1-2]。

傳統(tǒng)的套疊型信息處理系統(tǒng)利用Visual Studio軟件開發(fā)平臺(tái)規(guī)劃異構(gòu)信息節(jié)點(diǎn)的實(shí)際位置，再借助交互應(yīng)用協(xié)議，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息參量的按需規(guī)劃與處理。然而該系統(tǒng)并不能完全適應(yīng)復(fù)雜且混亂的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，易導(dǎo)致多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的分辨準(zhǔn)確率持續(xù)下降。

為解決該問題，該文設(shè)計(jì)了基于MES 的多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)查詢模塊、共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等多個(gè)硬件應(yīng)用結(jié)構(gòu)的支持下，對(duì)異構(gòu)信息參量進(jìn)行導(dǎo)入處理，再通過數(shù)據(jù)同步集成能力規(guī)劃的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息參量的按需供應(yīng)與存儲(chǔ)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)的硬件執(zhí)行環(huán)境由MES 拓?fù)淇蚣?、?shù)據(jù)查詢模塊、共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊三部分共同組成，具體搭建方法如下。

1.1 MES拓?fù)淇蚣?/h3>

MES 拓?fù)淇蚣苡扇齻€(gè)層級(jí)應(yīng)用結(jié)構(gòu)共同組成，分別存在于多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)的不同體系單元之中，可在各級(jí)傳輸信道的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)查詢模塊與共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的集中協(xié)調(diào)與調(diào)度。

客戶端主機(jī)位于MES拓?fù)淇蚣茼攲?，?fù)責(zé)協(xié)調(diào)與多源異構(gòu)信息集成及共享相關(guān)的業(yè)務(wù)處理指令[3-4]。中層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)負(fù)載信息導(dǎo)航、數(shù)據(jù)查詢、異構(gòu)體管理等多項(xiàng)服務(wù)請(qǐng)求，并可在接收信息異構(gòu)體參量的同時(shí)，對(duì)待共享文件進(jìn)行分辨與重排處理。MES 拓?fù)淇蚣艿牡讓討?yīng)用結(jié)構(gòu)可直接與數(shù)據(jù)查詢模塊、共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊相連，可從中提取待共享信息，以便于系統(tǒng)主機(jī)的后期應(yīng)用與處理。

MES 拓?fù)淇蚣芙Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 MES拓?fù)淇蚣芙Y(jié)構(gòu)圖

1.2 數(shù)據(jù)查詢模塊

數(shù)據(jù)查詢模塊可按照多源異構(gòu)信息在集成與共享系統(tǒng)中的傳輸走向形式，建立多個(gè)信息文件判別語句[5]。在MES 拓?fù)淇蚣艿闹С窒?，?shù)據(jù)查詢模塊需要同時(shí)配置Microchip、MOSFET、BJT、CMOS 四類芯片結(jié)構(gòu)，具體連接形式及作用能力如下。

1）Microchip 芯 片。Microchip 芯片存在于數(shù)據(jù)查詢模塊最左端，可借助集成與共享客戶端，打破多源異構(gòu)信息的原有連接關(guān)系。

2）MOSFET 芯片。MOSFET 芯片存在于數(shù)據(jù)查詢模塊中部，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)量維護(hù)能力[6-7]。

3）BJT 芯片、CMOS 芯片。BJT 芯片與CMOS 芯片同時(shí)存在于數(shù)據(jù)查詢模塊最右端。前者有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)信息感知能力；后者負(fù)責(zé)記錄待集成信息的現(xiàn)有異構(gòu)形式。

一般來說，隨著多源傳輸文件數(shù)量級(jí)水平的增大，MES 拓?fù)淇蚣艿膶?shí)際承載能力會(huì)出現(xiàn)不斷下降的變化狀態(tài)，而由于CMOS 芯片的存在，客戶端主機(jī)會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入轉(zhuǎn)存與錄入狀態(tài)，不僅能夠彌補(bǔ)共享行為主機(jī)在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存能力的不足，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)MES 框架應(yīng)用能力的持續(xù)促進(jìn)。

1.3 共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊是最關(guān)鍵的系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)，能夠長(zhǎng)時(shí)間維護(hù)多源異構(gòu)信息的傳輸穩(wěn)定狀態(tài)。一方面可避免異構(gòu)信息文件出現(xiàn)不合理堆積的情況，另一方面也可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)共享環(huán)境的有效維護(hù)[8-9]。

從功能性角度來看，共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的運(yùn)行可分為如下幾個(gè)步驟。

1）完善MES 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并借助信息標(biāo)記功能，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息文件分成多個(gè)傳輸結(jié)構(gòu)。

2）分析數(shù)據(jù)查詢模塊中芯片結(jié)構(gòu)體的現(xiàn)有連接形式，根據(jù)已知的數(shù)據(jù)信息多源異構(gòu)條件，規(guī)劃信息參量的后續(xù)傳輸路徑。

3）根據(jù)異構(gòu)信息量的實(shí)際堆積量，建立多條不同的集成與共享路徑，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)文件傳輸環(huán)境的完善。

4）按照多源異構(gòu)信息量的存儲(chǔ)條件，確定系統(tǒng)共享服務(wù)的實(shí)用性能力，并將不能被完全消耗的數(shù)據(jù)信息參量，轉(zhuǎn)存至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機(jī)之中。

5）整合上述所有已標(biāo)記文件，將其與共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行置換，從而滿足共享系統(tǒng)的后續(xù)執(zhí)行需求。

構(gòu)建MES 拓?fù)淇蚣?，運(yùn)用數(shù)據(jù)查詢模塊、共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，可以對(duì)來源不同的異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成和整合。兩個(gè)模塊相互配合，查詢后便進(jìn)入共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，有效的提高了對(duì)異構(gòu)信息的處理效率。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在MES 拓?fù)淇蚣艿闹С窒?，按照異?gòu)信息導(dǎo)入、同步集成方式定義、多源型存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫連接的處理流程，完成系統(tǒng)的軟件執(zhí)行環(huán)境搭建，結(jié)合相關(guān)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)體，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

2.1 異構(gòu)信息導(dǎo)入

異構(gòu)信息導(dǎo)入是信息集成與共享系統(tǒng)搭建過程中的重要處理環(huán)節(jié)，可在數(shù)據(jù)查詢模塊、共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等多個(gè)硬件結(jié)構(gòu)體的作用下，將散亂分布于系統(tǒng)外界傳輸環(huán)境中的多源異構(gòu)信息參量，以束狀或包狀傳輸形式，反饋至下級(jí)應(yīng)用結(jié)構(gòu)之中，從而使共享應(yīng)用的服務(wù)需求得到較好滿足[10-11]。

在不考慮其他干擾條件的情況下，異構(gòu)信息導(dǎo)入結(jié)果只受到多源成分篩查量、MES 拓?fù)湎禂?shù)兩項(xiàng)物理指標(biāo)的直接影響。

假設(shè)多源成分篩查量可表示為，在數(shù)據(jù)信息的集成與共享系統(tǒng)中，待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)參量數(shù)值水平越高，多源成分篩查量的物理表現(xiàn)數(shù)值量也就越大。MES 拓?fù)湎禂?shù)可表示為f，在數(shù)據(jù)信息處理過程中，該項(xiàng)物理指標(biāo)具備較強(qiáng)的矢量性，即其變化能力不會(huì)隨其他系數(shù)值的改變，而出現(xiàn)明顯變化的表現(xiàn)狀態(tài)。聯(lián)立上述物理量，可將異構(gòu)信息導(dǎo)入結(jié)果表示為：

其中，imax代表單位時(shí)間內(nèi)多源異構(gòu)信息的最大傳輸量，imin代表單位時(shí)間內(nèi)多源異構(gòu)信息的最小傳輸量，e0、w0分別代表兩個(gè)不同的異構(gòu)數(shù)據(jù)信息集成處理系數(shù)。

2.2 同步集成方式

同步集成是一種主觀的信息參量共享行為方式。由于系統(tǒng)運(yùn)行模式的不同，大體上可分為主動(dòng)集成、被動(dòng)集成兩種表現(xiàn)形式。主動(dòng)集成是指多源異構(gòu)信息的正向共享模式，可在已知異構(gòu)信息導(dǎo)入量的情況下，將數(shù)據(jù)參量由散亂分布形式，轉(zhuǎn)存至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主機(jī)之中[12-13]；被動(dòng)集成是指多源異構(gòu)信息的逆向共享模式，可在MES 拓?fù)淇蚣艿幕A(chǔ)上，將已被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)參量打散，并將其傳輸至既定的節(jié)點(diǎn)位置處。

設(shè)q代表多源異構(gòu)信息的主動(dòng)集成系數(shù)，β代表多源異構(gòu)信息的被動(dòng)集成系數(shù)，聯(lián)立式（1），可將基于MES 的同步集成數(shù)據(jù)項(xiàng)定義為：

其中，μ表示數(shù)據(jù)信息的共享權(quán)限值，代表多源異構(gòu)信息的共享均值量。

2.3 多源型存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫

多源數(shù)據(jù)庫連接是集成與共享系統(tǒng)搭建的末尾處理環(huán)節(jié)，可將已導(dǎo)入的異構(gòu)信息完整存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫主機(jī)的既定位置處，接收二次指令后，將信息參量整成新的文件傳輸形式。在集成與共享系統(tǒng)中，極限異構(gòu)參量可決定多源數(shù)據(jù)庫所具備的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)能力[14]。

極限異構(gòu)參量由上限指標(biāo)參量、下限指標(biāo)參量?jī)刹糠止餐M成。一般情況下，上述兩項(xiàng)指標(biāo)參量之間的差值水平越高，多源型數(shù)據(jù)庫主機(jī)所具備的信息存儲(chǔ)能力也就越強(qiáng)[15-16]。

設(shè)c0代表異構(gòu)信息的下限集成參量值，cn代表異構(gòu)信息的上限集成參量值，n代表單位時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)信息共享傳輸次數(shù)值，聯(lián)立式（2），可將多源型數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)能力表達(dá)式定義為：

其中，m1、mn分別代表第一個(gè)與第n個(gè)信息參量異構(gòu)特征值，ΔX代表異構(gòu)信息參量單位時(shí)間內(nèi)的集成處理變化量，κ代表共享系數(shù)值。

至此，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)物理系數(shù)指標(biāo)的計(jì)算與處理，在MES 拓?fù)淇蚣艿淖饔孟?，完成?duì)多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以把不用的功能分化成細(xì)節(jié)的模塊，可以將每個(gè)模塊進(jìn)行更加精細(xì)化的處理。異構(gòu)信息導(dǎo)入可以處理大量且繁雜的信息，是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，而同步集成則是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與異構(gòu)信息的導(dǎo)入緊密相連，實(shí)現(xiàn)信息的共享與存儲(chǔ)。在對(duì)信息進(jìn)行一系列處理后，需要強(qiáng)大的信息存儲(chǔ)庫來實(shí)現(xiàn)信息的安全存儲(chǔ)，因此系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)十分必要，它完善了多源異構(gòu)信息的集成與共享系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了信息高效、便捷的處理方式。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的基于MES 的多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)的應(yīng)用性能，設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。

截取兩段等量的多源異構(gòu)信息參量，多源異構(gòu)信息截取的軟件圖如圖2 所示。

圖2 多源異構(gòu)信息截取

其中，一段作為實(shí)驗(yàn)組信息源文件，另一段作為對(duì)照組信息源文件。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組控制主機(jī)搭載基于MES 的多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)，對(duì)照組控制主機(jī)搭載套疊型信息處理系統(tǒng)。

UUL 指標(biāo)反映了多源異構(gòu)信息在控制主機(jī)中的集成處理速度，一般來說，UUL 指標(biāo)數(shù)值越大，多源異構(gòu)信息在控制主機(jī)中的集成處理速度越快[17]，主機(jī)元件所具備的數(shù)據(jù)信息分辨能力也就越強(qiáng)[18]。表1為實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組UUL 指標(biāo)系數(shù)值的具體變化情況。

表1 UUL指標(biāo)值對(duì)比

分析表1可知，在多源異構(gòu)信息傳輸量達(dá)到6.0 Gb之前，實(shí)驗(yàn)組UUL 指標(biāo)始終保持連續(xù)上升的數(shù)值變化狀態(tài)，而從多源異構(gòu)信息傳輸量等于7.0 Gb 開始，實(shí)驗(yàn)組UUL 指標(biāo)開始呈現(xiàn)小幅波動(dòng)的變化狀態(tài)。在多源異構(gòu)信息傳輸量達(dá)到3.0 Gb 之前，對(duì)照組UUL指標(biāo)則一直保持相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值狀態(tài)，在多源異構(gòu)信息傳輸量處于4.0～8.0 Gb 之間時(shí)，對(duì)照組UUL 指標(biāo)則開始不斷上升，而當(dāng)多源異構(gòu)信息傳輸量達(dá)到9.0 Gb 后，對(duì)照組UUL 指標(biāo)則開始連續(xù)下降。從極限值角度來看，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組最大值69.75%與對(duì)照組最大值30.33%相比上升了39.42%。

DIC 指標(biāo)描述了多源異構(gòu)信息之間的按需供應(yīng)關(guān)系，一般來說，DIC 指標(biāo)數(shù)值越大，多源異構(gòu)信息之間的按需供應(yīng)關(guān)系也就越穩(wěn)定。具體指標(biāo)數(shù)值變化曲線如圖3 所示。

圖3 DIC指標(biāo)數(shù)值變化曲線

分析圖3 可知，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組DIC 指標(biāo)數(shù)值的變化形式基本保持一致，但實(shí)驗(yàn)組均值始終高于對(duì)照組均值。在50 min 的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組最大值達(dá)到了90.01%，與對(duì)照組最大值54.85%相比，上升了35.16%。

綜上可知，應(yīng)用基于MES 的集成與共享系統(tǒng)后，UUL 指標(biāo)、DIC 指標(biāo)均出現(xiàn)了明顯上升的數(shù)值變化趨勢(shì)，與套疊型信息處理系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)能夠提供更快的信息集成處理速度、更穩(wěn)定的信息參量按需供應(yīng)關(guān)系，較為符合實(shí)際應(yīng)用需求。

4 結(jié)束語

該文設(shè)計(jì)的多源異構(gòu)信息集成與共享系統(tǒng)，按照MES 拓?fù)淇蚣艿拇罱?biāo)準(zhǔn)，分別連接數(shù)據(jù)查詢模塊與共享數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，并可通過導(dǎo)入異構(gòu)信息的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息同步集成形式的重新規(guī)劃，從而獲得絕對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)能力數(shù)值。從實(shí)用性角度來看，隨著多源異構(gòu)信息傳輸量水平的增大，UUL 指標(biāo)數(shù)值、DIC 指標(biāo)數(shù)值均出現(xiàn)了不同程度的提升，不僅能夠促進(jìn)共享主機(jī)對(duì)異構(gòu)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行快速地集成處理，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)參量按需供應(yīng)關(guān)系的穩(wěn)定性維護(hù)。