數字化平臺技術的開發與應用

魏源鋒 南召縣公共資源交易中心

數字化平臺技術的開發與應用

魏源鋒 南召縣公共資源交易中心

數字化平臺在工業生產中有著極為重要的意義，因此，對其進行設計和開發顯得尤為重要。數字化工業平臺有利于生產、通訊與維護，文通過對數字化工業的發展以及工業通訊技術的分析，力求為現代工業生產提供創新的思路。

數字化平臺 通訊技術 現代工業

1 數字化平臺工業的發展

當前的數字化平臺設計主要集中于EDA、PLC與FPGA技術。由于數字流是極為模塊化的，前端產生標準化的設計描述，編譯成調用，而不考慮內部技術，單元使用特定的集成電路技術實現邏輯或其他電子功能。制造商通常為其生產過程提供組件庫，并提供適合標準仿真工具的仿真模型。模擬數字化平臺設計工具遠不是模塊化的，因為需要更多的功能，它們更強烈地交互從而實現設計的自動化和模塊化。隨著半導體技術的不斷擴展，數字化平臺設計的重要性迅速增加，用戶通過操作半導體制造設施來對產品進行設計和改良。建立高度靈活的個性化產品與服務生產模式，實現智能制造。以CPS為核心的智能制造可以從三個方面提升制造業競爭力。一是能夠推動實現更高的生產效率和制造靈活性。借助CPS技術和產品，生產模式從“集中型”轉變為“分散智能型”，生產要素可以實時、高度靈活配置，確保僅一次性生產且產量很低時的獲利能力，確保工藝流程的靈活性和資源利用率。二是能夠使客戶與業務伙伴廣泛參與到業務過程和價值創造過程，形成新的價值鏈。基于CPS的生產過程淡化了虛擬世界和物理世界的界限，使物聯網與服務互聯網一體化，催生新的應用和服務模式，傳統的產業鏈分工被重組，客戶和業務伙伴能夠更直接地參與到商業價值的創造過程之中，產生新的價值鏈模式。三是能夠實現自組織生產，促使人的角色發生轉變。CPS能夠獨立自動交換信息、觸發動作和控制，實現“產品驅動機械”的自組織生產，將人從操作性任務中解放出來，使之專注于創新設計、控制等高附加值的工作，保證德國制造業在高人力成本約束下仍然具有強大的產業競爭力。

2 工業通訊技術分析

2.1 工業局域網分析

局域網（Local Area Network，LAN）是指在某一區域內由多臺計算機互聯成的計算機組。一個局域網可以構造在技術上不同，通常，LAN的布線，從一定的大小作為結構化布線進行。快速以太網100BASE-TX和千兆位以太網是以太網家庭中最常見的，主要用于數據中心和快速互連100千兆以太網。

集線器是包含多個中繼網絡中的分發節點，如果連接在網絡中兩臺以上的計算機，這可以通過集線器來實現。一些網絡電纜可以被路由到一個區域，這就是它在星形結構物理層的原因。在邏輯意義上，每個參與者被連接到所有其它的設備商。在局域網中，多個集線器可以用來增加連接部件的數量。它從一個端口的數據包接收，并將其發送到所有的端口，并等待下一個數據分組，同時獲取兩個數據包，可能會出現碰撞與沖突，此時兩個數據分組丟失和重傳。路由器能夠將不同的協議和架構的多個網絡連接在一起，在TCP/IP模型中，路由器作為在網絡的外部邊界并將其連接到Internet或其他網絡。

2.2 工業無線局域網

無線局域網主要是通過IEEE 802．11協議中，這是與有線以太網很大程度上兼容的標準來實現的。由于無線網絡并不在建筑物邊界停止，所以還需要特殊的加密技術。最初的標準是WEP（WEP 64或WEP-128），但現在安全性較差，因此較少被使用。WPA2使用一個更好的加密機制即AES（高級加密標準），作為更安全的方法，應該是以下集中無線技術（WEP、WPA、WPA2）通過與IPsec的VPN的專業技術相結合。

2.3 工業網絡嗅探

分組嗅探器對于特定類型的網絡可以攔截和記錄經過的數據，當數據流流過網絡時，嗅探器捕獲每個分組并且根據需要，采用解碼器分析分組的原始數據，顯示出分組中的各個字段的值，并且根據適當的RFC或其他規范分析其內容。數據包捕獲是攔截和記錄流量的過程。在LAN上的以太網、令牌環和FDDI網絡，網絡結構決定了可以從網絡上的單個機器捕獲網絡的流量。然而，一些方法避免交換機的業務窄化以獲得對來自網絡上的其他系統的業務的訪問。為了網絡監控的目的，還可以通過使用具有監視端口的網絡交換機來監視LAN中的所有數據分組，所述監視端口在系統連接到交換機端口時鏡像通過交換機的所有端口的所有分組。

2.4 工業網絡分路通信

使用網絡分路器是比使用監測端口更可靠的解決方案，因為分流在高流量負載期間不太可能丟棄分組。在無線LAN上，可以捕獲特定信道上的流量或使用多個適配器在多個信道上捕獲流量。在有線廣播和無線LAN上，要捕獲單播流量以外的流量到機器正在監視的多播組，網絡適配器必須處于混雜模式。捕獲的信息從原始數字形式解碼為人類可讀的格式，使用戶可以輕松查看交換的信息。協議分析器在多個視圖中顯示數據的能力不同，可以自動檢測錯誤、確定錯誤原因、生成時序圖、重建TCP和UDP數據流等。協議分析器也可以產生流量作為測試裝置，這樣的測試器生成用于功能測試協議的流量并且還可以有意地引入錯誤以測試DUT的處理錯誤的能力。

3 總結與展望

數字化平臺設計技術發展迅速，因其易用性、穩定性、快捷性受到廣大科研人員和工業控制生產人員的歡迎。我國各層次的開發研究人員正不斷地改善當前數字化平臺設計的通訊技術，為了充分利用計算機的價值。大量用戶的使用同時對其發展也有促進作用，數字化平臺的通訊技術對于工業的發展將起著越來越重要的作用。

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