网络化软件系统（精选12篇）
网络化软件系统 篇1
1 引言
反馈控制系统中, 控制回路是通过实时网络闭合的, 称之为网络控制系统[1] (Networked Control System, NCS) 。由于其具有成本低廉、维护方便等突出特点, 网络控制系统在电力系统、石油化工等工业过程控制中得到了广泛的应用。目前, 网络控制系统已经成为国内外过程控制的一个研究热点, 文献[1～3]总结了最新进展。很多研究者针对网络控制系统的建模和稳定性[4～8]、控制器设计[9～15]等问题进行了深入的研究。但在实际工业过程控制中, 串级控制系统是除单回路反馈控制外应用最广泛的重要控制结构, 随着DCS和FCS的广泛应用, 在串级控制系统中越来越多地通过专用网络或现场总线来传输实时控制信息。串级控制系统中, 控制回路是通过实时网络闭合的, 称之为网络化串级控制系统[16] (NetworkedCascadeControlSystem, NCCS) 。网络化串级控制系统是一类特殊的网络控制系统, 它充分结合了网络控制系统和串级控制系统的优点, 不仅可以大大降低系统成本、提高系统诊断维护水平, 还可以快速克服内部扰动, 提高系统工作频率。
将网络引入控制系统的控制回路中, 为工业过程控制实际应用带来了极大的便利, 但也给控制系统的分析和综合带来了巨大的挑战。传统的控制理论中所作的假设, 如数据包的无延迟、无差错、无丢失的准确传输等不再成立, 系统的分析和设计变得异常复杂。在网络控制系统和网络化串级控制系统中, 由于配置方式的不同, 可能会导致不同的系统结构。而不同的系统结构中, 网络存在的位置又各不相同, 从而相应地有不同的系统分析和综合方法。因此, 有必要针对网络控制系统和网络化串级控制系统的结构进行深入研究。
本文从工业过程控制实际出发, 针对NCS和NCCS的网络结构进行了研究, 提出了节点-设备连接阵和网络传输阵的概念并分析了它们的性质, 采用系统配置图、方框图、节点设备连接阵和网络传输阵等三种方法分别描述了NCS的三种常见结构, 并描述分析了NCCS的四种典型结构。 (1)
2 节点设备连接阵和网络传输阵
为简化问题分析, 以下设备仅指与控制回路直接相关的现场设备, 包括传感器、控制器、执行器等三类设备。网络节点仅指与控制回路直接相关的节点, 即至少包含三类设备之一的节点, 而不包括与控制回路无关的节点, 如智能化外围设备等其它节点。
定义1节点设备连接阵P定义为:P= (pij) (i=1, 2, …, m;j=1, 2, …, n) , 其中, m为网络中的节点数, n为网络中的设备数。pij=1表示设备j挂在网络节点i上, pij=0表示设备j未挂在网络节点i上。
由定义1可知, 节点-设备连接阵P描述了各网络节点上是否挂接有设备, 以及挂接的是哪些设备。
推论1由于一个设备只能挂在某一个网络节点上而不可能挂在多个网络节点上, 故P的每一列有且仅有一个元素为1, 其它元素均为0。
推论2一个网络节点上至少需要挂一个设备, 因此P的每一行至少有一个元素为1。
推论3 P的每一列所有元素之和均为1, P的每一行所有元素之和大于等于1, P的所有元素之和为n。
定义2网络传输阵Q定义为:Q= (qij) (i, j=1, 2, …, m) 是维数为m的对称矩阵, m为网络中的节点数。qij=1表示节点i与节点j之间存在需要传输的实时信息, 且传输方向是从节点i到节点j, 否则qij=0, 节点i与节点j之间不需要传输实时信息。
网络传输阵Q描述的是控制回路中需要传输各种实时信息 (包含传感信息和控制信息) 的网络在节点之间存在的位置, 还描述了节点之间各实时信息传输的方向。
推论4 Q的对角线元素必定全部为0, 即qii=0 (i=1, 2, …, m) 。
3 网络控制系统的结构分析
为简化问题分析, 在网络控制系统中, 设备仅指与NCS控制回路直接相关的现场设备, 包括变送器、控制器、执行器等三个设备。网络节点仅指与NCS控制回路相关的节点, 即至少包含上述三个设备之一的节点, 而不包括与NCS控制回路无关的节点, 如智能化外围设备等其它节点。
在单回路NCS中, 现场设备一般有一个传感器和一个执行器, 均是智能化的现场设备。执行周期性采样和接收控制器指令驱动执行机构的功能块分别置于传感器和执行器中, 而执行控制功能的控制器则内置于传感器或执行器中, 当然也可置于其它智能化节点中, 如分散控制系统中即是如此。因此有如下三种可能的结构。
3.1 TypeⅠNCS
将执行控制器功能的功能块内置于传感器中, 这在基于FCS的NCS中是常见的一种配置方式。此时网络仅存在于控制器与执行器之间, 称之为TypeⅠNCS。系统配置图如图1所示。
注:S———传感器;C———控制器;A———执行器
其等价的方框图如图2所示, Plant表示被控对象。
由图1可知, 网络中的节点数m=2, 设备数n=3。以下统一按传感器S、控制器C、执行器A的顺序将这三个设备编号为设备1, 2, 3, 此处传感器节点、执行器节点分别编号为节点1, 2。
由定义1和图1可知:, 由定义2及图2可得:。
3.2 TypeⅡNCS
将执行控制器功能的功能块内置于执行器中, 这在基于FCS的NCS中也是常见的一种配置方式。此时网络仅存在于传感器与控制器之间, 称之为TypeⅡNCS。其系统配置图如图3所示, 节点数、设备数、设备和节点编号同3.1小节。
其等价的方框图如图4所示。
由定义1和图3可知:, 由定义2及图4可得:。
将执行控制器功能的功能块置于其它单独的智能节点中, 这在基于DCS的NCS中是常见的配置方式。此时, 网络不仅存在于传感器和控制器之间, 还存在于控制器与执行器之间, 称之为TypeⅢNCS。系统配置图如图5所示, 网络中的节点数m=3, 设备数n=3。
此时, 传感器、控制器、执行器节点分别为节点1, 2, 3, 则由定义1和图5可知:, 由定义2及图6可得:。
其等价的系统方框图如图6所示。
4 网络化串级控制系统的结构分析
为简化问题分析, 以下设备仅指与NCCS控制回路直接相关的现场设备, 包括主变送器、主控制器、副变送器、副控制器、执行器等五个设备。网络节点仅指与NCCS控制回路直接相关的节点, 即至少包含上述五个设备之一的节点, 而不包括与NCCS控制回路无关的节点, 如智能化外围设备等其它节点。
一般地, 在一个典型的网络化串级控制系统中, 有三个智能化的现场设备, 有两个变送器 (主变送器和副变送器) , 还有一个执行器。在该系统中, 控制功能是通过分散在现场或电子设备间的两个控制器来实现的。主变送器对主参数周期性采样并发送到主控制器, 主控制器根据给定值以及主参数的反馈值之间的偏差计算出控制指令, 输送到副控制器作为它的设定值, 副变送器对副参数周期性采样并发送到副控制器, 副控制器根据这两者的偏差计算出控制指令, 执行器接收来自副控制器的控制指令驱动执行机构从而改变副对象的状态, 进而改变主对象的状态。而实现控制器功能的主控制器C 1和副控制器C 2可任意配置在这三个智能化的现场设备中, 也可配置在单独的网络节点中。显然, 理论上网络化串级控制系统共有11种可能的结构形式。但在工业过程控制实际应用中, 为便于组态调试管理, 实际应用中经常采取以下四种配置方式, 其它的结构形式均可等效简化为这四种配置方式。
4.1 TypeⅠNCCS
第一种类型的NCCS:TypeⅠNCCS如图7所示, 将实现主控制器功能的C 1内置于主变送器中, 将实现副控制器功能的C 2内置于副变送器中, 这是实际应用中一种常见的配置方式。网络存在的位置有:主控制器和副控制器之间的外回路控制指令传输通道, 以及副控制器和执行器之间的内回路控制指令传输通道。这种结构形式在基于FCS的网络化串级控制系统中是常见的。
与图7等价的方框图如图8所示, 其中Plant1表示主对象, Plant2表示副对象。
由图7可知, 网络中的节点数m=3, 设备数n=5。以下统一按主变送器S1、主控制器C 1、副变送器S2、副控制器C 2、执行器A的顺序将这5个设备编号为设备1, 2, 3, 4, 5。此处主变送器、执行器、副变送器节点分别编号为节点1, 2, 3。
由定义1和图7立即可以得知:, 由定义2及图8可立得:
4.2 TypeⅡNCCS
第二种类型的NCCS:TypeⅡNCCS如图9所示, 将主控制器C 1置于主变送器中, 副控制器C 2内置于执行器中, 这也是工程上经常应用到的一种配置方式。此时, 网络存在的位置有:主控制器与副控制器之间的主回路控制指令传输通道, 以及副变送器与副控制器之间的副参数传输通道。这种结构形式在基于FCS的网络化串级控制系统中是常见的。
与图9等价的方框图如图10所示。
由图9可知, 网络中的节点数和设备数同4.1小节, 主变送器、副变送器、执行器节点编号为节点1, 2, 3, 由定义1和图9可知:, 由定义2及图10可得:。
4.3 TypeⅢNCCS
第三种类型的NCCS:TypeⅢNCCS如图11所示, 将主控制器C 1和副控制器C 2一起配置在一个单独的节点中。此时, 网络存在的位置有:主变送器和主控制器之间的主参数传输通道, 副变送器和副控制器之间的副参数传输通道, 以及副控制器和执行器之间的副回路控制指令传输通道。这种结构形式在基于DCS的网络化串级控制系统中是常见的。
与图11对应的方框图如图12所示。
由图11可知, 网络中的节点数m=4, 设备数n=5, 主变送器、副变送器、执行器、控制器节点依次编号为节点1, 2, 3, 4, 由定义1和图11可知:, 由定义2及图12可得:
4.4 TypeⅣNCCS
第四种类型的NCCS:TypeⅣNCCS如图13所示, 主控制器和副控制器分别配置在两个单独的节点中。网络存在的位置有:主变送器到主控制器的主参数传输通道;副变送器到副控制器的副参数传输通道;主控制器到副控制器的主回路控制指令传输通道;副控制器到执行器的副回路控制指令传输通道。这种结构形式在基于DCS的网络化串级控制系统中也是可能出现的。
与图13等价的方框图如图14所示。
由图13可知, 网络中的节点数m=5, 设备数n=5, 主变送器、副变送器、执行器、副控制器、主控制器节点依次编号为节点1, 2, 3, 4, 5, 由定义1和图13可知:, 由定义2及图14可得:。
5总结
本文结合工业过程控制实际, 提出了网络控制系统的三种结构形式和网络化串级控制系统的四种结构形式, 通过定义节点设备连接阵和网络传输阵, 采用三种方法描述了这些结构形式。类似地, 其它复杂结构形式的网络控制系统也可通过这三种方式描述。针对这些不同结构的网络控制系统和网络化串级控制系统, 存在网络诱导时延、数据包丢失时如何建立系统的模型、分析系统的稳定性以及如何设计合适的控制器, 使得系统既是鲁棒稳定的又具有鲁棒性能, 将是下一步研究的方向。
网络化软件系统 篇2
随着时代的发展，科学技术的进步，人们对冶金的认识也在日益提高。
显然，传统冶金企业的制造方法已经赶不上时代的脚步，无法适应现在的社会需求。
而一种新兴的控制系统——网络化制造系统的面世就会好的解决了这一问题。
首先，不能舍弃传统冶金企业的基本特性，在注重冶金品质的前提下，融入一定的科学技术，将整个冶金企业置于一个科学完善的网络化制造系统之中，这样会形成一个总体结构，大大的提高了冶金企业的生产效率和管理效率。
本文将简单分析冶金企业网络化制造系统的特点，并重点探究相应的制造执行系统，以供广大冶金企业人员参考。
网络化环境辐射监测系统的研究 篇3
关键字：网路化；环境辐射监测系统；研究
前言：随着社会经济的发展，人们对核技术研究不断深入，这些技术被应用到生产生活的各个领域中，并创造出巨大价值，但是，其带来的污染事故也是不容忽视的，一些放射性物质不仅对生态环境造成严重破坏，同时还威胁到人们的生命安全，为了解决这一问题，人们开始研究环境辐射监测系统，希望以此检测到环境中的放射性物质，并以此为基础制定防治措施，尽量减小核事故对人们的危害。
1.环境辐射监测系统
1.1系统所要监测的物质
环境辐射监测系统主要监测以下几种具有放射性的物质：首先是气溶胶，它是一种分散体系，其中包含放射性核素，一些铀矿冶企业进行生产时会排出氡或者铀一类的放射性物质，其与空气中的介质结合以后就会形成气溶胶，污染环境，同时会对人体造成伤害，因此相关企业要监测环境中的气溶胶；其次是氡气，铀矿中的坑道废水以及矿岩裂缝等都会释放氡气，这种气体被吸入体内以后，会形成内辐射，危害人体健康；第三是γ辐射，核电站中包含各种γ辐射源，对于核电站来说，必须进行γ辐射监测；第四是放射性碘，核电站中的反应堆发生裂变以后，放射性碘就会被排放到空气中，同样会危害人体健康，因此系统也需要监测环境中是否含有放射性碘[1]。
1.2系统的监测范围
由于空气具有较强的流通性，因此环境辐射监测系统需要对一定范围内的空气进行监测，才能保证安全性，对于核工业企业而言，检测范围要在10千米以上，在选择环境检测点时，要充分考虑周围环境以及风向等因素，一般要在主导风向上方设置两个监测点，主要是用于监测结果分析使用。而主导风向下方要设置多个监测点，一般在2至15个之前，以提升监测结果的准确性。对于核电站来说，在监测气溶胶时，监测点要设置在厂区边界的最高溶度处，同时在10千米之外设置对照点（主导风向下方）；在监测γ辐射时，也要将监测点选在厂外地面浓度最高的地方，要求在8个方位角上布置监测点，以工厂为中心，在2千米、5千米、10千米、20千米以及50千米处布点；对于铀矿企业来说，在监测气溶胶和氡气时，一般将监测点设置在排气口处，监测γ辐射时与核电站大致相同[2]。
2.基于网络技术的环境辐射监测系统研究
2.1监测数据的传输
监测系统的运行需要网络系统作为支持，系统在感知到异常辐射时，会将相关数据传输到网絡上，数据的传输包括有线传输和无线传输两种类型，为了提升传输过程的可靠性，本设计采用一主一备的传输方式，即主用网络采取有线传输，备用网络采取无线传输，这样一旦主用网络发生故障，备用网络能够代替其继续传输数据，保证系统的正常运行，具体如下：对于有线网络来说要依靠局域网，局域网中使用光缆或者是电缆，由于光缆的传输距离较长，能够达到40千米，因此应用范围更广，由于环境辐射监测系统中涉及到很多监测点，这些点的布置也相对分散，因此最好采用光缆局域网来传输数据。而对于无线网络来说主要使用GPRS的通讯方式，这种传输方式的最大优点就是永远在线，如果有线传输过程发生故障，就会马上切换这种传输方式上来，且传播速度较快，非常适合多点、分散的数据传输[3]。
2.2预计监测目标
整个系统会对环境中的辐射因素进行24小时持续监控，系统会自动将监测到的数据传输到网络上，一旦数据超过正常范围，系统就会发出警告，并自动将采集数据的周期缩短。例如，当环境中的γ剂量率超过最高标准时，系统发出警告，同时，采集与γ相关数据的时间间隔就会从30秒缩减到10秒甚至10秒以内，提升数据的准确性，同时，所有测量点要能够随时显示三个月内的数据；其次，由于监测仪器一般都安装在室外，因此所使用的设备必须要具备较强的适应性，即使在雷电或者是下雪等特殊天气也能够对环境中的γ辐射、氡气以及你放射性碘等进行准确监测；第三，为了提升监测系统的稳定性，系统要使用UPS不间断电源，这样，一旦出现突然断电问题，系统可以继续运行，同时，为了防止雷电对监测设备的破坏，最好在监测点处配备防雷装置；最后，系统中的硬件设备以及软件设施等都要保证先进性，最好在主要设备和软件上留有预留接口，便于功能的扩充，提升系统的扩展能力。
2.3客户端系统的设计
客户端系统是整个监测系统中的重要分系统，客户端负责接收各个监测点传回来的信息，并且直接显示动态曲线，技术人员可以根据基本信息以及动态曲线对监测点处的辐射情况作出分析，有必要的话可以直接与某一监测点建立联系，获取相关数据，如果系统出现故障，客户端接收到警告，技术人员可以根据警告信息判断故障大体位置，并迅速组织人员修复，保证系统的正常运行，客户端的典型优点就是具有较高的便利性，可以根据用户的实际需要灵活选择终端设备，同时还可以根据需要随时增加客户端[4]。
总结：核电站和铀矿企业在生产经营过程中会排放氡气以及放射性碘等物质，危害周边人们的身体健康，破坏生态环境，为了对这些物质进行实时监测，本文研究了全新的环境辐射监测系统，该系统的基础为网络技术，能够实现对环境的实时监测，对于维护人们的生命安全和保护生态环境具有重要意义。
参考文献：
[1]黄章玲，任广益.合肥光源辐射监测动态发布系统的设计及应用[J].核技术，2015，10（12）05：23-28.
[2]叶廷东，程韬波.海洋水环境网络化智能监测系统的建模设计研究[J].计算机测量与控制，2014，12（14）06：1697-1699.
[3]王亚楠，高攸纲.奥运场馆环境电磁辐射监测系统的研究[J].现代电信科技，2006，14（16）10：31-32.
[4]李雪贞.北京市辐射环境自动监测系统研究[J].安全与环境工程，2013，13（15）02：113-117.
作者简介：郑磊 （1979.11 —）男，汉族 ，河南省濮阳县，
网络化软件系统 篇4
随着编解码技术、数字化技术、IP网络技术的发展, 音视频系统 (Audio&Video系统, 简称AV系统) 在信号处理、传输、控制等方面都逐步向IP化、网络化演变。本文首先阐述业界的主要网络化标准和技术, 然后就其中的系统控制层面谈一些初步设想。
2 主要标准与技术简介
近些年来, AV系统网络化的标准与技术不断发展出新, 以下作简要介绍。
2.1 AVB
AVB (Audio Video Bridging) 最初是由IEEE的Audio Video Bridging工作组制定, 该工作组已于2012年11月更名为Time-Sensitive Networking工作组。
AVB产品的测试与认证则由位于美国的Avnu联盟完成, 其成员厂商包括barco、biamp、bosch、crestron、clearone、yamaha等音视频业界巨头。Biamp的Tesira系列产品就是基于AVB的音频解决方案。
AVB是一种基于以太网传输音视频流的技术, 音视频流对于带宽保障、延迟、抖动、同步的要求很高, 因此需要采用支持AVB协议的交换机。典型的AVB应用拓扑包括支持AVB协议的交换机和终端AV设备, 系统中只有标准的网络接口。
2.2 Cobra Net
Cobra Net由美国Peak Audio公司 (Cirrus Logic的分公司) 开发, 是一种在以太网上传输数字音频信号 (非压缩、多路、低延时) 的技术。
对于100Mbps的以太网, 一根网线上最多传输64路音频信号。Cobra Net在音频采样速率上支持48k Hz和96k Hz, 分辨率支持16bit、20bit和24bit 3种, 默认是48k Hz, 20bit。
Peavey、QSC、Hamman、Biamp等设备厂商向Peak Audio购买技术专利和Cobra Net CODEC (Cobra Net CODEC是一组芯片, 也称Cobra Net Core, 内置Cobra Net Core的音频设备即可支持基于Cobra Net的音频传输) 来研制相关产品。
为了将设备接入Cobra Net网络, Cirrus Logic公司提供了两种Cobra Net网络卡:
1) CM-1——标准的Cobra Net卡, 提供32路入音频信号, 32路出音频信号;
2) CM-2——紧凑的、低功耗的、低成本的设计, 提供8路或16路入、出音频信号。
2.3 Ether Sound
Ether Sound由Digigram开发和认证, 也是一种基于以太网 (100Mbps和1000Mbps) 的音频传输技术, 传输延时非常小 (可以低至125μs) 。一根网线最多传输512路音频信号, 采样率最高可达96k Hz, 分辨率最高可达24bit。Peavey、Yamaha等厂商都有相应的产品。
2.4 HDBase T
HDBase T是HDBase T Alliance (HDBase T联盟, 由LG、Samsung、Sony和Valens发起创建) 制定的标准, 其技术基础称之为5Play™, 即在一根网线上传输非压缩高清数字视频、音频、100Base T以太网数据、供电以及各种控制信号。
2013年8月, HDBase T联盟发布了HDBase T 2.0。很多AV业界的知名厂商都是HDBase T联盟的成员, 比如crestron、extron、amx、christie、creator、TV One、projectiondesign等。Crestron的digitalmedia技术也是基于HDBase T标准开发的。
2.5 Rock Net
Rock Net由RIEDEL开发, 是一种基于IP网络传输音频的技术, 分为Rock Net 300和Rock Net 100两种相互兼容的解决方案, 可在一根Cat.5电缆上传输160路 (Rock Net 300) 或80路 (Rock Net 100) 音频信号, 采样率/分辨率分别为96 k Hz/48bit和48k Hz/24bit。
一些厂商会提供接口卡使其设备可接入Rock Net网络, 比如雅马哈的接口卡RN.341.MY可让独立的雅马哈产品变成了整个Rock Net网络的一部分, 并使RN.301.MI麦克风前置放大器可被远程控制。
2.6 Sonnex
Sonnex由Crestron公司开发, 是一种分布式多区域音频解决方案, 包括大功率功放, 前置功放, 先进的DSP以及24×8的矩阵切换器;在Cat.5e网线或光缆上传输多路音频信号 (48路非压缩音频信号) , 通过扩展单元可以覆盖更多的房间。苹果的Air Play�和Air Port Express�, 可以通过iphone和ipad控制Sonnex系统。
需要说明的是, 由于Cobra Net、Ether Sound及Rock Net等通讯协议都是厂家独立建立的协议标准, 尽管其中有一些遵循以太网协议标准, 但并不是真正的国际标准, 所以对日后的通用性和兼容性设定存在一定的障碍 (例如Cobra Net设备和Ether Sound设备之间无法通信) 。而AVB的出台弥补了这一应用领域的漏洞, 并以ISO的标准规格发布出来, 提供给各厂家免费使用。
此外, 还有一些标准与技术, 包括AES47、AES50、aviom Pro64、dante、hypermac、Livewire、m LAN、Nexus、Optocore、UMAN、OMNEO等, 限于篇幅, 本文不再赘述。
随着音视频系统网络化渐成趋势, 不少设备厂商也在积极推出相应的产品和解决方案, 以下列举一些典型实例。
1) Matrox的Maevex是一种基于IP (10Mbps/100Mbps/1000Mbps标准以太网) 的全高清音视频解决方案。
2) Clearone的Streaming&Signage解决方案, 是Clearone收购Net Streams之后, 将其Stream Net技术演变为Streaming&Signage的解决方案, 包括编、解码器, 放大器, 经过优化的专用以太网交换机以及相关软件。
3) Jupiter的Pixel Net是一种基于编、解码设备的网络化视频解决方案, 由输入节点、输出节点、Pixel Net交换机和控制端组成, 所有设备通过标准的Cat.5e/6类线连接。
4) Extron的IP Link控制处理器以及IP流媒体产品, 其中SME 100是一款基于H.264的流媒体编码器, 与SMD 101H.264解码器配合使用, 提供了完整的端对端IP流媒体系统。
5) 东微的MIDIS系统 (多媒体信息分布式交互系统) , 是一种基于AVB标准的解决方案。
6) Projectiondesign (已被Barco收购) 的F82系列是一种支持HDBase T标准的投影机。
3 AV系统网络化给系统控制带来的变革
典型的音视频系统一般要完成5项核心工作, 即视频、音频、传输、处理和控制。AV系统网络化在上述5个领域都已涉及, 有些已渐成主流, 本文针对网络化对控制层面的影响阐述个人观点。
3.1 中控模式向网控模式的转变
传统的音视频系统 (以会议室为例) 的控制是基于中控系统的, 即会议室管理员以中控触摸屏为操作终端, 通过中控主机去控制会议室的各类AV (音视频) 设备, 可以称之为中控模式, 早期的AV设备多数是非网控的, 一般都是通过串口、红外、继电器等接口进行控制, 因此具备上述多种接口的中控主机自然成为最佳选择。
然而, 随着支持网控的AV设备越来越普及, 控制软件越过中控主机直接控制 (基于TCP/IP协议) AV设备在技术上已经实现。因此, 基于IP网络, 控制软件直接网控各类AV设备的网控模式正悄然登上音视频世界的控制舞台 (也可以理解为AV系统的控制正趋向扁平化) 。
在网控模式下, 控制软件已不再仅仅局限于控制功能, 而是要成为一个管控平台。该平台不但可以通过网控协议控制所有支持网控协议的设备 (无论该设备身处何地, 产自哪个厂商) , 而且可以通过与中控主机的通信, 将传统的中控系统也纳入进来 (充分保护了客户的前期投资) ;与此同时, 该平台还可以通过接口开发, 与客户的第三方业务系统 (如OA) 进行整合;凭借软件天然的灵活性和扩展性, 还可以开发出个性化的增值功能, 总之, 这将是一种智能的基于应用的网控模式。
当然, 由中控模式转向网控模式, 绝非一朝一夕之事, 主要有以下几个原因。
1) 中控厂商的领导者, 如AMX、crestron等, 也大多是音视频设备领域的巨头, 他们把中控系统作为一个入口, 来推广甚至绑定自己的解决方案, 而网控模式使得任何第三方都可以研发兼容多品牌设备的网控软件, 而这对巨头是不利的, 因此, 他们不会轻易在自己熟悉的技术领域主动做出颠覆性的变革。这些巨头一方面早已看到这种趋势, 并已进行相关的技术预研和储备, 甚至研制出了一些比较超前的产品, 但同时他们也不得不考虑现有产品的销售、既有的商业利益、技术风险等一系列现实问题, 因此, 他们不会高调地进行大张旗鼓的变革。
2) AV设备的网控虽然是一个趋势, 但目前并非所有的AV设备都已支持网控 (实际上, 有些种类的设备仅有部分厂商的少数型号支持) , 因此, 网控模式当前在产品上尚未达到全覆盖, 尽管有些设备可以通过接口转换等手段来间接支持网控, 但这在理论上也增加了故障节点。
3) 根据国内的项目经验, 很多客户现场的网络环境有待优化, 串口控制相对于网控, 稳定性更高, 尽管网控失效的概率很低, 但毕竟有这方面的风险存在。
笔者把基于中控主机的AV设备控制称为“硬中控”, 而把基于软件 (忽略中控主机, 利用网控协议直接控制) 的AV设备控制称为“软中控”。所以, 中控模式向网控模式的转变, 也可以称之为硬中控向软中控的转变。
3.2 单纯控制向智能管控的转变
传统的中控系统只需实现对音视频设备的控制即可, 随着信息化管理水平的提高, 单纯的控制已经不能满足客户的需求, 而这些个性化的需求只能通过基于网络化的软中控来实现。以下简要介绍此类需求。
1) 需要对音视频设备的可用性进行监测, 并提前做出预警。一个典型的例子就是:投影机的灯泡都有一定的寿命, 如果可以监测其使用时间, 并在其达到使用寿命前的预定时刻发出预警, 就能有效避免在重大会议中发生投影机不可用的情况。此类监测对于软中控来说比较容易实现。
2) 软中控可以基于海量的原始数据, 做出客户需要的各类统计报表, 比如会议室的月使用次数、设备的故障次数等, 并用直观的图表予以展现, 这是一类非常普遍的运维管理需求。
3) 软中控的灵魂是软件, 软件在接口开发、系统整合方面具有天然的优势, 可以将音视频设备的管控与客户的其他业务系统进行整合, 比如OA系统、会议预约系统、资产管理系统等, 便于客户在更高的层面进行统一的IT管理。
以上需求以及未来必将涌现出的更多应用层面的需求, 借助软中控实现起来水到渠成, 而硬中控的控制架构较为固定, 难以拓展, 也就无法实现上述需求。因此, 笔者认为, 随着支持网控的设备越来越普及 (AV系统网络化的重要表现之一) , 关注应用的、与设备品牌无关的软中控理念及其影响将日益凸显, 甚至会超越传统的硬中控模式。
4 结束语
当然, 上述的“硬”和“软”只是一个相对的概念, 软中控也离不开底层硬件设备的支持。笔者认为, 基于网络化的网控软件将成为系统的核心和灵魂, 并将逐步上升到业务层面, 与客户的业务系统紧密融合, 在网控软件的调度和监控之下, 各类音视频系统/设备各司其职、有效协作, 最终目标是为客户提供简洁、快速、安全和智能的使用体验。
此外, 随着云计算技术的普及和发展, 音视频系统的云化也将是一个重要的发展趋势, 而云化的基础之一就是本文所述及的网络化。音视频系统网络化的深远意义由此可见一斑。
摘要：论文对音视频系统网络化的相关标准和技术进行简述, 并就网络化给系统控制带来的变革阐述个人观点。
网络化软件系统 篇5
2012年，“大数据”（big data）成为企业管理界的热门词汇。《纽约时报》称，“大数据”时代已经降临，在商业、经济及其他领域中，决策将日益基于数据和分析，而非基于经验和直觉。很多学者和企业家也似乎达成共识：未来，数据将会像土地、石油和资本一样，成为经济运行中的根本性资源。由此可见，“大数据战略”在未来企业竞争中占据着核心作用，而作为企业“大数据战略”建设中信息采集的主要部分：网络信息数据采集，则发挥着不可代替的作用。
“大数据”时代已经来临
“大数据”时代特征是三“大”。第一，管理难度大。海量数据的收集、保存、维护、共享及研究等任务，都面临越来越大的挑战。第二，研究价值大。海量的精准数据，辅以信息技术，使对忠实记录现实生产生活的数据进行系统研究以探求背后规律成为可能。第三，对社会影响大。对海量数据的研究，能够从纷繁复杂的元数据中提取信息，进而提炼出有规律的知识，将这些知识普遍应用于经济、政治、社会生活的方方面面，将极大地激发社会生产力，产生革命性的影响。
我国企业发展情况符合“大数据”时代的特点。第一，企业数据量的增长速度大大超过从前。据计世资讯统计，近三四年，中国500强企业的数据总量每半年翻一番，这是以前数十年中国企业信息化发展中绝无仅有的。第二，数据多样化，特别是非结构化数据爆炸式增长。过去三年，非结构化数据复合年增长率超过90%，驱动力主要来自互联网、移动应用、微博、社区网络等新应用，以及平安城市、智慧城市等信息化建设。第三，快速化需求。企业更加需要适应快速变化的市场环境，而且信息技术已经使得全球市场无边界化、无国界化。企业要想在这样的市场中立足，必须利用信息技术快速从海量信息中获得对自身最有价值的信息。第四，数据价值最大化。如何让这些有用的信息给企业或个人带来价值，为企业发展创造一种新的商业模式或者利润增长点，这是“大数据”时代对于数据的核心要求。如互联网行业利用大数据分析网民上网习惯，及时推送各种个性化信息；公共服务行业通过分析视频、音频等信息，进行舆情监测，保障社会安全等。
信息获取与管理成为“大数据战略”建设软肋
“大数据”正以难以想象的速度带来新一轮信息化革命。众多专家学者预测，“大数据”时代，即将带来新的思维变革、商业变革和管理变革。在“大数据战略”构建过程中，如何掌握海量有效数据的企业，如何提升强大数据分析能力成为这一战略建构的关键点。
目前涉及掘金大数据的企业，多是在数据利用上单打独斗，而大数据时代到来的重要标志，应该是海量数据资源的有效整合和数据资源库的出现，以及围绕数据资源库形成的，贯穿于收集、整理、分析、应用整个流程的产业链条。
巧妇难为无米之炊，掘金大数据的首要一点，还是谁拥有更多、更有价值的数据。当前，社交网络、移动互联网、信息化企业都是海量数据的制造者。有数据显示，脸谱公司手中掌握着8.5亿用户，淘宝注册用户超过3.7亿，腾讯的微信用户突破3亿，微博注册用户达5.03亿，这些庞大用户群所提供的数据，正在等待时机释放出巨大商业能量。但是，面对如何更新频繁的海量信息，企业将如何有效、准确和完整的对自身需要的数据进行采集、抓取则是令大多数企业“大数据战略”建设最为头疼的事情。
瑞频人民舆情网络网络信息中心系统打造信息数据集散中心
基于大数据时代，面对海量网络信息数据，企业传统信息采集无法满足“大数据战略”对信息数据需求的背景，公司基于自身强大的信息采集系统研发了网络信息中心系统，帮助企业打造“大数据战略”的信息数据集散中心。
瑞频人民舆情网络网络信息中心系统主要目的是 为大公司大集团的市场部门与公关部门提供一个收集外部信息的平台，包括与本公司相关的信息，与竞争对手相关的信息，行业信息，价格信息，与合作伙伴相关的信息，用户网上反馈的各种信息，科研技术信息等，解决企业信息数据获取面窄、获取量小、获取不准确等问题。同时，该系统 可以做到多人在一个平台上可以快速浏览当日或过去的所有相关信息，实现信息的整合与内部共享，保证决策的协调性。该系统在发挥信息数据集散中心作用的同时，并具有预警功能，可以在某方面的信息一旦出现时迅速通知相关人员。
网络化软件系统 篇6
一、新型网络化企业组织的内涵和表现
随着信息技术的日益发展和广泛应用，企业的运营突破以往的明确边界，纷纷利用发达的信息和通讯技术，实现了企业组织形式的变革，形成了虚拟企业和供应链等新型网络化的组织［1］。
美国学者Preiss、Goldman和Nagel在1991年首先提出了虚拟企业的概念，在题为《21世纪制造企业研究：一个工业主导的观点》的研究报告中指出：在市场变化加快、全球性竞争日益激烈的情况下，单个企业仅仅依靠自己内部资源的整合已难以满足快速变化的市场需求。1993年Byrne指出虚拟企业是多个企业快速形成的、暂时的公司联盟，以把握快速变化的机遇。联盟中每一个伙伴各自在诸如设计、制造、分销等领域为联盟贡献出自己的核心能力，并相互联合起来实现技能共享和成本分担，以把握快速变化的市场机遇。
根据Lee & Billington (1993)，供应链是一种功能网络模型，由原材料、零部件供应商、产品的制造商、分销商和零售商到最终用户的价值链组成，完成由顾客需求开始到提供给顾客所需的产品与服务的整个过程。
虚拟企业和供应链是不同视角上看待新型组织的概念：前者是从组织的实体化和存续空间上看；而后者主要是从客户立场，从产品流动和服务提供的角度形成的术语。实质上，它们都是用来指企业与企业之间的合作伙伴关系，为了满足市场需求，不同的独立公司合作分享各自的竞争力和资源，形成的位于市场交易和层级组织之间的各种合作关系的连续统一体。在这里我们将其统称为新型网络化企业组织。
二、新型网络化企业组织的特点及其对成本绩效的影响
美国会计学家Michael Chatfield指出会计是反应性的，作为会计子系统的成本核算体系也是如此，它是对企业组织运营活动投入和价值功效的一种反应，并且要与组织的发展与特点密切配合才能提供决策有用的信息。
（一）网络化企业组织与传统型企业组织比较
同传统的企业组织相比较，虚拟企业/供应链等网络化组织在战略形成、战术决策、营运控制、物流采购、知识管理和信息技术等六个方面呈现出截然不同的特点，如表1所示：
（二）新型企业组织的成本特点
基于上述分析，与传统制造模式下的成本管理相比，新型网络化组织模式下成本发生的范围表现出以下特点：
1.成本发生空间的扩展。在新型网络化组织模式下，企业边界呈现出模糊的特点，导致了成本发生空间的扩展，从企业内部扩展到以产品为中心而构成的整个企业内外部环境。要求现代制造模式下的成本管理必须突破原有企业边界的限制，着眼并作用于整个动态企业联盟。
2.对象空间的变化。新型网络化组织模式强调并在客观上建立了新型的供需关系，制造商、供应商、分销商之间构成“风险共担、利益共享”的利益共同体。制造商、供应商、采购方之间的关系发生了根本性改变，在“选择—被选择”或“接受—被接受”的制约关系基础上增加了“共同协商、共同制定成本目标、共同解决成本问题”的协作关系，形成了“制约＋协作”的新型关系。
3.过程空间的变化。新型网络化组织模式下，产品更新换代速度加快，产品生命周期缩短，生命周期中各环节相关性进一步加强，需要观察产品生命周期成本不断延长。因此，除制造过程之外，新模式下的成本管理更注重对产品生命周期全过程的集成化管理与控制。
4.响应空间的变化。新型网络化组织模式下，企业面对动态多变、调整频繁的企业内部环境和外部环境，因而对成本发生的认知需要有敏锐的感知能力、敏捷的动态响应能力和持续的动态适应能力，从传统的被动响应跃升到自觉、自为的敏捷响应。
三、传统成本系统的不适应性分析
在新型网络化组织环境下，产品的设计开发、生产、运输、分销和服务是由供应链成员企业共同完成的，产品成本是由分布在整个供应链范围内的全体成员共同保证和实现的。传统的成本控制方法在新的经济环境下具有明显的缺陷：
（一）从观念上分析，它保持着传统的成本观念，认为成本管理就是控制产品的生产成本。企业的成本控制范围只限于生产耗费的活动，而且没有用战略的观念来指导成本管理。成本管理活动具有层次性和整体性，新型网络化组织的整体性体现在企业自身流通环节的整合和企业与上下游企业间的整合两个方面。它要求企业必须在三个层次上权衡企业的成本，即战略层次、战术层次与作业层次。
（二）从范围上分析，传统的成本管理方法局限于本企业内部，没有结合上游供应商与下游销售商的情况进行成本管理，也就是没有从供应链的角度，站在一个更高的层次来进行成本管理。
（三）从核算内容看，传统的成本核算体系提供的是部门水平的材料、工资和折旧信息，它并不能提供最具潜能作业的有用信息，以实现组织整体业绩的提高。
（四）从功能实现看，传统的成本体系受控于组织的功能性分类，它们使用成本差异作为关键的绩效测度手段；并且，建立在功能部门基础上的间接费用报告不能提供每一项工作效果如何，也不能捕捉和描述每一个工作人员的贡献信息；重局部轻整体的特性往往引起 “非理性行为”，即提升部门的业绩而损害了组织整体的绩效。
四、基于价值创造的成本系统在新型企业组织中的构建
结合新型企业组织的特征，在开发新成本核算系统上需要注意：由于虚拟企业和供应链分布的特性，作业很难进行跟蹤；许多间接成本将会变成直接成本，一些直接成本可能变成了间接成本；物流成本将占全部成本的很大比例；许多成本隐藏起来，以至于很难测度；信息技术成本在虚拟企业和供应链环境下将会占有较大的比例，是成本管控的一个关键点。
作为对急剧的企业环境变化所产生压力的响应，指导企业运作的方法需要不断地演化。企业要想实现生存乃至繁荣发展，作为价值尺度上衡量企业功效的成本核算系统就必须具有前摄性功能而非事后反映性的，是面向价值创造而非基于历史耗费确认目的的。这种基于价值创造的成本系统（VBC）可以考虑按照以下若干步骤建立：
1.VBC系统目标的确立
VBC系统的基本目标包括：①鼓励对市场、客户和合作伙伴前摄性而非后摄性的反应；②促进敏捷、快速响应；③创造财富等。
2.建立VBC团队
建立一个包括来自不同学科、构成虚拟组织/供应链的不同公司的成员。团队的规模有赖于组织的规模、项目完成的紧迫性和职员的可用性。团队成员应当得到高层成员的全力支持，只有高层确信新系统更优，他们才能取得必要的知识和经验并致力于系统的成功开发。
3.识别价值创造的区域（VCAs）和关键成功因素（CSF）
价值创造领域（VCAs）是增加产品与服务价值（客户角度）乃至组织价值的一系列过程和程序。它们是满足内部和外部客户的任务的集合体。关键成功因素（CSF）是MIT 教授John Rockart于20世纪70年代末提出的一种信息系统规划方法，是组织为了获得高绩效，必须给与特殊和持续关注的管理问题和组织领域。识别关键成功因素确立了系统的结构和范围，能够帮助会计人员确认在企业的相关领域正在发生什么，以此确保成本核算系统是建立在真实基础上的。
4.识别关键成功因素的驱动因子
CSF的驱动因子是对与CSF或VCA相关的成本和绩效能产生直接影响的那些因素。它为CSF成本池中一个会计期间的成本变化提供了最好的解释。CSF/VCA的驱动因子可以被定义为引起VCA成本发生变化一切因素，最基本的成本驱动因子是资源和作业之间的“环”，它们使会计总账上的成本与作业连接起来。产品成本的准确性依赖于CSF驱动因子。每一区域的成本是基本的驱动因子成本的集合，而产品成本又是区域成本的集合。
5.关键成功因素成本池
CSF成本池是与特定的CSF相关的全部成本。每一项CSF的驱动因子都转化成了CSF池里的成本元素。如果依照成本因子来确定CSF的全部成本，那么每一个CSF所有的成本就可以直接归入CSF成本池里。如果有一些资源是由几个CSFs共享，那么分摊的措施就变得十分有必要，而分摊的基础应尽可能地反应作业所耗费共同资源的程度。
6.将VCAs、CSF与成本对象相连接
成本对象居于VBC系统成本分配视图的底端，它可以是任何顾客、产品、服务、合同、项目或是其他独立测定成本的工作单元。许多公司具有两层级的成本对象，一是产品层，另一个则是客户层面的，理想的成本对象是销售给顾客的“产品”层面。将区域的CSF/VCA成本和影响产品成本的作业联系起来，是VBC系统中产品成本测度的基础。
五、结语
按照上述步骤设计好VBC系统，然后就是在企业组织中推行。实施中需要注意以下方面：成功的推行VBC系统，需要对使用者进行培训以便他们理解从VBC系统获得的信息，以及如何将这些信息应用于决策，产生精致的、技术强大的解决方案，达到改变行为和提升组织业绩的目的；VBC系统的实施必然会影响组织及其伙伴的许多方面，特别是它对员工和组织关系的影响上。因此新系统成功实施必须对许多潜在冲突加以全面的考虑。
参考文献：
［1］ 张钢. 企业组织网络化发展［M］, 杭州:浙江大学出版社, 2005
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［3］贺卫, 彭驰. 供应链的交易成本分析及供產双方的博弈［J］. 财经科学, 2007, (5)
［4］Gunasekaran A., James Williams H.. Performance measurement and costing system in new enterprise ［J］. Technovation, 2005, (25):523～533
本文是安徽省教育厅人文社会科学研究项目（2002JW094）, 安徽省青年教师科研资助计划项目（2005JQW062）的阶段性成果。
网络化测控系统关键技术研究 篇7
关键词：网络化测控,远程测控,信息共享策略
0 引言
信息化时代战场,单一武器的决胜作用逐渐弱化,体系与体系的对抗已成为高技术战争的重要特点。武器系统特别是高技术武器系统,只有通过各种信息的引导,采取网络化联通,才能成为密切配合、运转灵活的打击力量,从而发挥最大效能和潜能。
近年来,以计算机网络为核心的网络化测控技术与网络化数据共享得到越来越多的应用,尤其是在航空航天等国防科技领域。新一代控制系统软件以网络为中心实现各种复杂的分布式应用。随着测控任务日趋复杂以及大范围测控要求的日益增多,组建远程测控、网络化测控系统非常必要[1]。随着弹载数据链和信息化发射平台等技术的深入应用,导弹武器中的飞行控制系统、测试发射控制系统、瞄准系统将是数据链网中的一个节点;而随着导弹武器作战保障系统的信息化,导弹的综合测试与维修保障系统都将网络化[2,3]。网络化测控系统体系结构分为三级,分别为管理级(服务器端)、用户级(客户端)、过程级(现场测控系统)。网络化测控系统实现基于三层体系结构。系统的网络化涉及硬件资源共享,硬件资源在使用中容易产生需求冲突,需要研究合理的共享策略避免冲突产生;不同测试流程、不同设备产生的信息类型可能不同,使得信息之间的交互很难实现,需要构建统一的信息模型来实现信息共享[4]。
1 网络化测控系统设计
网络化测控系统是一种分布式网络化的实时闭环反馈控制系统。网络的工作方式有两种,分别为B/S和C/S模式。B/S模式下,数据采集、处理等操作均在服务器端进行,将测试数据通过Internet发布,用户可以通过浏览器发出任务请求和查看数据;C/S模式下,服务器直接将测试结果通过TCP/IP协议发送到客户端,数据的处理操作集中在客户端。与C/S模式相比,B/S模式简化了客户端的开发和系统维护,简化了用户操作,适合网上发布;而C/S模式交互性强、安全性高,降低了网络通信量,提高了速度[5,6]。本系统选择客户端、服务器端软件均需自行设计的C/S模式。
图1描述了网络化单元测试系统进行的单元测试工作。其中,客户端为控制器、惯性测量组合(简称惯组)及配电器单元测试。测试过程中,客户端发送测试指令给服务器端,服务器端接收不同客户端的测试指令并将测试指令分配给不同的测控设备,测试完成后,测控设备将测试数据返回给服务器端,服务器端将测试数据分析处理后将结果返回给不同的客户端,并以标准数据格式保存各个单机设备的测试数据。不同的客户端均能随时通过服务器读取不同单机不同时段的数据,实现数据共享。图1运行场景中实线箭头表示网络化单元测试系统的测试指令流,虚线箭头表示测试结果数据流[7]。
图1 服务器端结构
软件模型较为固定,根据体系结构同样分为三部分,分别为网络服务器、客户端和现场测控系统。本系统中的软件模型如图2所示。
图2 网络化测控系统软件模型
2 网络化测控系统关键技术
测控软件是为了有效运用硬件资源、实现各种测控功能而提供的程序系统及有关资料的集合。网络化测控软件与传统测控软件的不同之处在于增加了网络功能,实现了远程测控。不同于传统的测控软件,在远程测控系统中:(1)服务器、客户端和现场测控设备需要用网络连接起来;(2)共享的硬件设备需要合理调度使用,避免请求使用上的冲突;(3)不同测试设备间信息共享,需要构建统一的信息模型。
2.1 测试诊断信息统一模型
信息模型是一种标准的表达方式,是一系列用于描述系统测试诊断知识和功能特性的抽象定义,提供一个用于测试诊断的信息框架,在测试的不同阶段、不同维修级别、不同测试手段、不同诊断方式和不同诊断要素中共享。
在网络化单元测试中,数据采集是一个重要环节,且要对采集的数据进行分析处理。如果没有一致的信息模型定义,数据的交互和重用难度会很大,这就需要构建合理的测试诊断信息模型。测试诊断信息模型要求创建一致的信息模型和信息接口,把与测试诊断相关的数据模型化,消除不同领域内数据和信息的表达差异,实现测试诊断数据共享和信息的有效融合。图3为数据采集过程。
图3 数据采集过程
测试诊断信息的统一模型设计如图4所示。测试诊断信息包括5种模型,具体信息包含在5种模型中,如在辅助信息模型中包括测试时间、测试阵地、测试地点、测试湿度、测试人员等具体信息,见图5。
图4 测试诊断信息模型
图5 辅助信息模型
信息模型结构设计采用数据结构中的树形结构。测试诊断信息为树的根节点,项目名称、被测对象模型、测试设备模型等项为孩子节点,具体到每一个孩子节点又有具体的测试信息为其子节点。采用这种模型主要考虑以下两点:(1)信息内容、格式种类较多,比较复杂。如采用一对多的单一模型,信息在数据库中的存储会非常冗杂,读取数据库中某一具体信息的时间复杂度较大;(2)测试人员在对测试结果进行处理时,可以快速在数据列表中找到需要的信息。
信息模型采用XML技术实现。XML语言格式简单,具有很好的扩展性[8]。XML纯文本格式可以在不同操作系统之间实现通信,解决数据格式不统一的问题[9]。
2.2 测试资源共享策略
测试资源网络共享模式主要有两类:(1)远程计算机通过网络直接同共享仪器设备相连。这种模式需要仪器设备上有自己的扩展网卡和IP地址。这种共享方式实时性较好,但只适用于一些控制器上有扩展网卡的设备;(2)远程计算机通过网络连接异地计算机来控制仪器设备,这是目前设备共享普遍采用的一种方式,实时性不如第一种,但有较好的扩展性。
本系统中的测试资源网络共享采用第二种共享模式,接入网络的下位机可以通过现场总线与多台设备相连进行控制。
作业调度问题涉及用户、测试资源和管理员。管理员虽然具有最高权限,但其侧重共享系统的宏观调控和共享环境的建设,一般不干涉作业调度,所以作业调度的对象主要是用户和测试资源。用户的目标是在合适的时间、地点使用合适的设备,测试资源的管理目标是在满足用户需求的基础上,使测试资源的利用率达到最大化,两者相互依赖,测试资源必须被用户使用才能实现设备共享。用户请求使用资源流程如图6所示。
图6 用户使用资源流程
任务请求有4种状态,分别为阻塞、就绪、执行和挂起,如图7所示,类似操作系统中进程的状态。在进程调度中,有一种高优先级抢占式轮转调度算法,本任务调度策略与该算法类似,但本策略是一种宏观调度,并非以时间片为单位,所以不同任务资源不冲突时可以看作同时执行[10,11]。阻塞队列中任务有两种,分别为新加入任务和资源被占用任务,新到的任务请求要优先级处理,就绪队列中的任务会转换到阻塞状态。处于就绪、阻塞和挂起状态的任务请求均采用队列(FIFO)结构存储。本策略中任务的调度过程符合队列的先进先出原则。任务级别分为低、中、高3个等级。普通请求均为低级;高优先级特指急需测试结果的任务请求;由挂起态进入就绪态任务优先级为中。就绪态的任务队列按照优先级从高到低排序,依次进入执行态[12]。如A、B、C三个任务,A、B为低优先级,C为高优先级。假如A和B为先到的任务并且资源不冲突,A、B已经在并行执行状态,当C发出任务请求时,因为优先级高于A、B,且占用了B的资源,所以B转换到挂起态然后进入阻塞队列,优先级由低变为中,当C完成时,B进入就绪态,并且排在低优先级任务前等待。具体任务调度示例如图8所示。
图7 进程状态转换
图8 任务调度示例
3 结语
本文利用单元测试测控资源组建了一种由网络服务器(包括数据库)、客户端和现场测控系统构成的网络化单元测试测控试验系统,针对实际中硬件测试资源紧缺现状,研究了测试诊断信息的统一模型和测试资源共享策略等关键技术,实现了现场测试系统的网络化控制以及对被测对象的分布式测试与诊断,并完成了测量信息、测试数据的资源共享,体现了网络化测控技术的优越性。
参考文献
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[11]李小平,王海波,王守峰.时间片随机到达的轮转调度算法分析[J].哈尔滨理工大学学报,2001,6(5):1-3.
统计软件的网络化设计模型 篇8
随着社会的发展和网络的普, 人们对于数据处理的需求越来越强烈, 越来越多的工作正逐步实现电子化、网络化;特别是面对大量数据需要分析、计算时, 对于计算机和计算机软件的依赖程度与日俱增。在这些数据分析和处理软件中, 统计软件如SPSS, SAS等作为业界标准是最引人注目的, 但其高昂的价格、对专业知识的苛求以及单机 (最多C/S) 的使用方式也限制了它们的普及和推广。在Internet上充分融合浏览器实现零配置即可方便获取专业的统计计算服务, 是当前数据处理型软件, 特别是统计计算软件的发展趋势。关于B/S型系统及性能分析的研究很多[1][2][3][4], 但专门针对统计软件系统的设计模型和结构分析还较少, 值得探讨和研究。本文旨在探讨统计软件的网络化模型, 借以抛砖引玉。
2、系统分析和初步模型
2.1 模型分析
采用B/S架构来实现统计计算服务系统主要基于:
1) 客户端几乎零配置, 只需要网络和浏览器, 它不受客户端其他环境的限制, 如操作系统, 特殊硬件配置等。
2) 流行趋势、使用简便。B/S架构能使软件传播更快, 受众群更广, 也更符合流行趋势。
3) 更新升级、功能扩展对用户透明。统计理论和方法层出不穷, 导致算法模块不断更新升级, 这涉及到软件扩展等问题, 用B/S架构能够使软件的升级实现对用户的透明性。
4) 使用B/S结构, 软件的实现代码和技术都隐藏在S端, 有效地避免了软件盗版并保护了软件设计者的权益。
5) 使用B/S架构很容易收集用户提出意见、建议、需求、软件运行中出现的种种问题;
6) 对于注册用户的管理、软件分类功能的使用情况、软件服务质量、软件收费等的统计分析也非常方便准确。
当然B/S架构的优点远不止这些, 使用B/S架构实现统计软件是一大亮点, 也是一个难点, 其主要难点基于:
1) S端的设计任务繁重, 包括用户界面, Web服务器, 统计计算服务器、数据库服务器等及服务器之间的通信。
2) 网络带宽和服务器性能要求较高, 否则可能导致服务延时。所有数据要从B端传输到S端后才能由统计计算服务器处理, 最终的统计分析报表还要回传给B端, 这对服务器的并行性和网络带宽提出了更高的要求[3]。
3) "同时多请求"问题及大样本数据和长耗时计算的矛盾, 必须考虑系统的并行性、性能和效率[4]。
4) 用户使用方式多元化问题, 比如菜单式, 命令式, 和程序式, 为此B端必须考虑设计多种用户界面和相关规范。
5) 历史数据的保存、查询、修改等需求, S端与数据的交互频繁, 这些要通过高性能数据库和文件服务器来解决。
6) 成本问题, 单机或多机协作实现所有统计计算功能, 这也对服务器端的软件系统设计也提出了更高的要求。
2.2 系统结构
鉴于以上基于B/S架构设计的统计软件系统的优点和难点的分析, 结合软件系统设计的三层体系架构, 设计该系统的关键在于逻辑层 (如应用程序服务器) 和数据层的设计。如果把所有的统计计算模块都通过应用程序服务器实现, 那整个系统的分布性、健壮性、并行性就会受到极大的限制, 为此将S端的设计进行更细的分解, 兼顾到功能独立、多机协作等因素, 做出以下顶层设计的结构图:
其中:
1) Web服务器:数据请求、加工、结果返回以及动态网页生成
2) 应用程序服务器:用户请求的统一格式化打包、返回结果的格式化显示
3) 计算任务调度器:对打包任务的合理调度和分配;
4) 统计计算服务器, 实现对打包任务的最终分析和计算, 并返回分析报告和相关信息。
5) 数据库服务器:实现对所有数据的存取。
3、主要流程和关键点
本模型的主要流程是用户提交的统计计算任务的处理, 包括提交任务、任务入库、形成待处理任务、任务分配、任务计算、报表生成及各步骤状态标记等。图2给出流程图;
在这些流程步骤中, 任务调度器定时从数据库中提取用户提交的任务, 并将任务按照插入任务列表中, 然后依据FIFO策略进行任务的分配和调度。它还负责收集各个统计计算服务器的状态信息, 确定哪些计算服务器可用, 只要有任务, 有空闲的计算服务器, 就将任务分配到这些服务器中, 因此采用的是统一调度和分配策略。调度器还必须处理好每个任务在不同阶段的状态标记, 还要处理计算服务器可能出现的突发事件 (如掉电, 意外终止等) , 以体现健壮性和分布性。调度器设计非常类似操作系统中的作业调度和管理, 但是该调度器还具备多机协调能力, 因此它的设计相当重要。
当然本系统最核心最本质的服务是提供统计计算服务, 该服务才能解决用户对数据处理和统计计算的需求。因此统计计算服务器的设计关系到整个系统的成败, 它的性能、效率直接决定了整个系统的性能和效率。所有对于统计计算的常用模块如:回归分析、判别分析、聚类分析、检验、统计量计算等等, 都必须在算法上精心设计。
另外为了满足众多用户使用统计计算系统的不同的习惯和需求, 例如 (打包任务、自行编写程序、直接输入命令) , 因此该计算服务器在设计上应该参照操作系统的结构模式:
如同设计操作系统的框架一样, 其中解释器的设计相当重要, 由它就可以实现对用户的不同调用需求作统一处理, 它的重要性如同操作系统的命令解释器 (shell) .而其中的统计功能函数就像操作系统中的系统调用一样, 而生成的统计报表就是命令执行的结果。所不同的是此处任务调度器成了接收返回结果的用户。
对于统计功能函数的设计还必须考虑代码的可重入性, 避免同一计算服务器计算中出现共享异常。
单机服务器中模拟系统设计框架
运行环境:windows XP, Access数据库, TCP/IP网络
开发环境:Delphi 7.0&IntraWeb组件&RTF格式
使用IntraWeb可以将Web服务器集成到系统中;Access库可用微软默认支持的OLEDB引擎访问, 无需再配置;用RTF格式可实现对报表、图形、文字、公式的灵活混排, 易于实现统计报表, 且RTF格式是各种操作系统都支持的格式。当然也可以采用LaTex对统计报表进行排版, 使用PDF输出。
使用Delphi7.0开发应用服务器、任务调度器、命令解释器和计算服务器, 可以实现代码上的无缝衔接, 并且Delphi的"ALL-IN-ONE"软件编译思想几乎可以实现各种服务器的零配置, 即各服务器编译后无需再配置即可放到任何同系统主机上正常运行。
4. 结束语
本文提出的基于B/S架构的统计软件模型和设计方案, 由于同Internet紧密结合, 可以提供更广泛的统计计算服务, 非常适合应用在以下几个领域中:
1) 概率统计、统计分析、多元统计等教学和实验领域
2) 企业数据的定制任务处理
3) 科研中统计软件模块尚未提供的统计计算服务
4) 各种常规的数据处理和统计计算
摘要：本文把数据处理、统计软件和internet网络相结合, 提出构建B/S型的统计软件的方案和模型, 以便在Inter-net上提供更为广泛和便捷的统计计算服务, 以满足各领域生产实践中日益膨胀的统计计算需求。
关键词：B/S架构,统计计算,数据处理
参考文献
[1].徐望明.基于B/S模式的MATLAB应用研究[J].计算机时代, 2008 (06)
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[3].曹平, 葛一鸣.高负载B/S系统的设计实例分析[J].计算机系统应用, 2008 (07)
智能网络化生产系统应用研究 篇9
智能网络化生产是先进生产技术的最新的生产模式之一,它是生产技术、自动化技术、信息技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术,可以在整个生产的大系统(产品的全生命周期)进行,也可以在技术单元(例如生产车间调度系统、数控机床检测系统、智能机器人等)上逐步推进[1]。本文着重研究其在离散型生产中的应用原理,并在最后介绍其技术特色和创新点突破点。
2 智能网络化生产技术发展和应用历程
智能网络化生产技术研究兴起于日本在1990年4月所倡导的“智能生产系统IMS”国际合作研究计划,包括美国、英国、德国、加拿大、澳大利亚等国家在内,共计划投资10亿美元,对100个项目实施前期科研计划。在国内,华中科技大学以基于多智能体(Agent)系统理论为基础,以基于Cobra的分布对象技术为核心,研究了面向网络协同生产的敏捷化智能生产系统/单元的相关理论和关键技术,开发了面向不同生产层次的应用原型[2]。在工业应用方面,日本Mazak公司是智能网络化技术应用的典范,通过应用该技术建设智能生产工厂,形成生产过程、质量保证、成本管理、物流管理一体化,把整个生产过程和结果置于控制之中,实现智能化生产和加工,大大提升了生产效率,如表1所示。
3 智能网络化生产应用原理
3.1 智能网络化生产系统框架
首先,从与企业现有信息、生产系统集成的角度看,智能网络化生产系统框架是一个开放的框架体系,能够集成包括复合加工设备、数控机床、电火花机、CAD/CAM、ERP、PDM、MES等应用系统,充分有效利用企业现有资源[3],如图1所示。
[资料来源]:日本Mazak公司数据
其次,从智能网络化生产系统的应用层次来看,应该能够支持不同生产单元的柔性配置与生产单元间的整体集成,如图2所示。智能网络化系统一方面与上层CAD/CAM、ERP、PDM、MES等应用系统进行集成,接收来自这些应用系统的信息和数据;另一方面,生产系统需要与底层设备进行有效集成,能够支持设备的插件式接入,并能够通过自动作业管理(针对单台设备)和单元作业管理(针对多台设备)来对底层加工设备进行有效控制。
最后,构建智能网络化生产系统的基础子系统包括智能生产调度系统、智能刀具管理系统、智能设备群实时监控系统以及工件在线检测系统。
3.2 智能柔性生产单元的调度系统
智能柔性生产单元是组成智能网络化生产系统的基础,而构建智能柔性生产单元的核心是建立一套有效的智能柔性单元生产调度系统[4]。
如图3所示,智能柔性单元调度系统的首要功能是接收来自上层系统的单元加工计划,进行单元内计划的自动排产,它不仅需要制定出合理的生产计划,还需要伴随计划将所有的作业准备功能传递给每一台生产设备,作业者不仅能够得到当前的生产计划,并且可以在作业间隙准备下一个零件所需的生产资料。这样,使生产准备工作并行开展,大大减少节约生产准备时间在整个零件生产周期中的比重,从而提高机器有效加工时间。
智能柔性调度系统的另一个主要功能是资源的实时调度。对于离散型生产企业而言,无论生产计划做得多么完美,总会时常发生一些不可预测的事情,例如客户的订单变更,插入紧急作业,工件返修,机器出现故障,操作人员生病,原材料的准备不及等。智能柔性调度系统可以迅速地应对这些紧急事态,最大限度地发挥机械设备能力,实时地为生产管理人员和操作人员提供所需要的信息,报告每个订单的生产进展情况。
具体而言,智能柔性生产单元调度系统需要实现的功能如下:
(1)与上层ERP计划的集成;
(2)与下层设备的通讯管理;
(3)计划任务的自动编制与下达到设备机台;
(4)急单、订单变更的智能化处理策略;
(5)生产资料准备的自动化,如数控程序、刀具、夹具、工艺、检测要求等。
3.3 智能化机床刀具管理系统
刀具管理智能化是实现智能网络化生产系统的基础之一。目前,随着加工设备的复合化,刀具的更换越来越频繁,而一直以来,刀具信息都由操作人员逐项进行手工输入,耗时太久,如果发生了诸如刀库号码或者刀具数据的输入错误等,如果没有及时更正,就会导致设备撞机、产生次品等情况的出现。智能化刀具管理系统既能防止这类错误的发生,还能通过制作必需的、不要的刀具清单,进行刀具的分类管理,减少更换刀具时间,大幅度提高生产效率。
智能化刀具管理系统实现刀具信息的全生命周期管理,一旦刀具数据得以注册,该刀具即使已经从机器卸下,其数据仍然得到保管,实行简单而正确的刀具数据管理。使用智能柔性生产单元智能调度系统和刀具管理系统,可以根据生产计划,通过刀具预报功能对每台机器所有必需的刀具,自动地列出清单,并且从网络上的任何一台终端PC,都可以获得详细的刀具信息,具体功能如下:
(1)刀具全生命周期管理,包括刀具数据管理、刀具使用寿命管理、刀具分类管理、结合生产计划进行刀具需求管理等;
(2)基于RFID的刀具识别系统;
(3)刀具寿命、位置和补偿的监控,实现对机床刀库内刀具数据及状态的远程监控;
(4)自动对刀和换刀,通过与对刀仪的连接,直接读取对刀数据。
3.4 生产系统智能实时监控系统
生产系统的智能实时监控是智能生产技术的重要基础技术,是保证生产企业正常生产的关键。
智能化实时监控系统可以实时地显示机器的运行状况,收集对提高生产效率和保养维修所必须的数据。主要采用DCS数据采集器、RFID阅读器等进行设备状态信息的实时采集。通过车间生产自动化网络,将数据传输到监控中心服务器,并对这些数据从各个角度进行分析,对工厂的运营、改善进行支持。例如,使用主轴负荷示意图,可以对切削效率进行最佳化[5]。在应当使用适当的进给速度控制时,可以尽量地提高进给速度,减少切削时间,检查超负荷。使用机器运行实绩示意图,运行状况示意图以及运行趋势示意图等,可以正确地掌握机器的运行情况,管理者以及工厂管理人员可以通过对此的分析来探讨如何提高生产效率。另外,即使是在远程的经营者或管理人员的家里或办公室也可以通过网络来掌握每台机器的运行状况。具体功能如下:
(1)设备状态信息的自动采集(主轴负荷、转速、温度、工作时间等);
(2)设备远程的可视化监控;
(3)机床运行统计分析。
3.5 工件在线检测系统
工件在线检测系统对工件加工曲面进行在线检测,通过直接在数控机床上配置自动检测装置,减少工件装夹的定位误差,解决大型零件无法检测等问题,从而大大提高检测的精度和效率。
首先,在检测路径规划上采用面向三角网格模型的检测路径,应用求离散三角片顶点的法矢方向方法,求出测点的法矢方向,然后生成沿测点法矢方向接触零件表面的检测路径,并解决测头半径补偿问题。可应用贪心局部优化算法和蚂蚁算法等优化方法对测点的检测分布和顺序进行优化,减少检测的路程,提高检测效率。
其次,根据测头模型体积小且具有规则形状的特点以及零件三角网格模型体积大且模型三角片大小差异较大的特点,采用基于AABB包围体的碰撞检测算法,可解决检测路径与零件三角网格模型的碰撞检测问题。对于危险路径段之间零件表面形状,路径需要进行修改,以确保检测系统能产生安全的检测路径。
最后,通过与CAD数据的分析比较,在分析、评估曲面检测误差技术的基础上,采用点对点的曲面检测误差分析方法,实现误差报告输出,并给出加工补偿。
4 技术特色和创新突破点
(1)智能网络化生产系统框架体系技术的突破,采用企业信息总线技术实现数字化设计系统、数字化管理系统、数字化加工设备的信息集成和过程集成,实现上层ERP订单计划、生产单元加工计划、设备作业任务的实时闭环计划体系。
(2)高级计划排产方面的突破,本项目研究智能柔性生产单元实时调度算法,建立生产单元自动排产的数学模型、基于Markov链的突发事件对订单进度状态影响的演化模型,建立急单、工程变更等突发事件处理机制[6]。
(3)以智能网络化技术为基础实现工件检测手段的突破,运用工件在线检测与加工一体化技术,根据工件典型零件加工特征,研究建立在线检测路径规划、误差分析、加工补偿等方法和系统。
5 结束语
在信息科学技术发展的推动下,生产业的资源配置已向信息(知识)密集的方向发展。知识和信息的生产与应用将成为21世纪人类创造财富的主要形式[7]。制造业正面临着知识经济和信息的严峻挑战,同时也面临前所未有的发展机遇。基于知识和信息的生产(如智能生产)将是生产技术发展的重要方向[8,9]。信息已对生产产生深刻的影响,而且其影响日益突出,上升为制约现代生产系统的主导因素,因此提高生产系统的信息处理能力已成为现代生产技术发展的重点,运用智能网络化生产技术改造传统制造业,建设智能化、网络化、数字化的生产平台,将是实现传统产业转型升级的重要途径。
参考文献
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网络化数字保护信息系统设计 篇10
在1984 年,华北电力学院推出了我国第一套微机距离保护装置,经过30 年的发展,我国数字保护技术得到了巨大的提高, 已经步入国际先进行列。 在早期的数字保护信息系统中,主要以单CPU硬件结构搭建,近年来则发展出以高性能32 位单片机的数字保护信息系统,有力提升了系统的抗干扰能力和通信能力。 而大量新技术、新设备的涌现则进一步提升了数字保护水平,包括如数字信号处理器、GPS系统、人工智能技术、网络化数字保护技术等。 近年来,我国220kV、500kV、700kV线路得到了较大发展,但110kV线路仍然占据着较大的比重。 同220kV以上线路数字保护相比,110kV线路要求较低,通常不需要装设高频保护,无纵联保护也不需要装设收发信机, 主要采用距离保护作为主保护,需要以阻抗判据算法作为重点。
2网络化数字保护信息系统结构
2.1 数据采集处理系统
数据采集处理系统是网络化数字保护信息系统的主要系统,且这一系统所占据的运算资源极多,因此数据采集处理系统需要强大的CPU数据处理能力。 考虑网络化数字保护信息系统需要适应多种保护,其中存在大量变压器保护输入模拟量,完成多种数据的采集处理工作, 应当提升系统数据采集处理的快速性和同步性,尽量避免不同步现象发生,并采用相应的方法将具有同步要求的模拟量尽量靠近安排转换, 以满足继电保护的要求。 整个流程最好选择由内部定时器发送多路选通信号,并启动模/ 数转换,对交流变换插件信号进行多路转换后再向内部定时器发送中断信号, 内部定时器处理完数据后再通过网络传输给逻辑执行系统,完成模拟信号和故障录波信息的采集处理工作。
2.2 通信处理系统
通信系统是整个网络数字保护信息系统的心脏, 不仅承担着通信处理工作,还承担着录波、测频工作,因此通信系统必须要求具有丰富的通信资源,需要采用高性能的CPU,并具有强大的外围设备整合能力,搭设丰富的标准接口,包括USB接口、以太网接口等。 同时,故障录波和测频需要提供大量的中断向量, 这就需要通信处理系统有较大容量的处理器, 配置容量相应的Flash和RAM,以满足容量上的需要。 这一系统主要接收数据采集处理系统传输的模拟信号和硬件测频信号, 收集故障数据后传输给后台监控系统, 同时还需要接收逻辑与执行系统的开关量信号传输给后台监控系统, 实时对整个系统内的各插件状态进行监视,并维护整个系统的通信任务。 因此,其通信接口应当丰富多样,满足不同信号传输的需要,包括如以太网接口、RS422 接口、RS485 接口、RS232 接口、CAN总线接口等。
2.3 逻辑执行系统
逻辑执行系统主要接收数据采集处理系统传输的采样值, 根据开关量进行逻辑判断并发出保护动作,进行开入开出控制。 在传统的开入开出回路结构中,有多CPU并行处理和多CPU串行处理两种,但这两种方法通道路数多容易受到干扰,同时由于在拓展开入开出数量时需要改变CPU插件中并行接口芯片数量,使得系统可靠性较低、成本较高。 网络化数字保护信息系统, 需要构建起一个统一的平台,使不同的保护集中于一个平台上实现,但不同的保护开入开出量配置并不相同,如果按最大需求决定输入输出通道数将造成冗余,因此需要利用足够的网络带宽促进各插件的通信联系,扩展逻辑执行系统的通信节点,避免不同开入开出开关量之间产生冲突,提高系统的实时性与可靠性。
2.4 系统网络结构
一个完整的网络化数字保护信息系统,应当包括3 层网络结构,分别为厂站数字保护网络、调试数字保护网络、调度运行数字保护网络。 这3 层网络在功能上相对独立,但在逻辑上又有着紧密的联系。 厂站数字保护网络承担着发电厂、变电站的数字保护任务,需要极高的安全性和可靠性,从安全角度考虑应当建立起独立的网络体系, 而不应当依赖于网络上其他层次设备来运行, 因此厂站数字保护网络不能直接接入Internet, 应当采用内联网的方式,先接入厂站内部局域网再接入Internet。 调试数字保护网络则主要承担着网络中各保护设备运行的管理工作,针对保护设备维护人员提供设备硬件和软件工作情况的数据,帮助设备维护人员及时发现异常或事故,并采用相应措施进行排除或修复。 调度运行数字保护网络主要面向调度运行部门,满足调度运行部门收集运行数据,并执行统计、绘图、制表等动作。 3 层网络间,既有独立的工作体系,又有着一定的联系。
3网络化数字保护信息系统安全设计
网络化软件系统 篇11
关键词：进口棉花；计重；采样；自动化；智能化
中图分类号： S562.092 文献标识码： A 文章编号：2095-3143（2015）05-0006-07
DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2015.05.002
Abstract： The current field weight and sampling mode of imported cotton could not meet the requirements of high efficiency and accuracy. Hebei entry exit inspection and Quarantine Bureau technical center of newly developed successful imported cotton automatic weighing and sampling unit identification data acquisition and transmission and remote monitoring system for importing cotton inspection and supervision of implementation of scientific， standardized management provides the operating platform by making use of the information network technology. Implementation of imported cotton field delivery， unloading， weight， sampling， information and the collection and aggregation and other key aspects of the whole process， a full range of automation and intelligent remote control， video surveillance and other functions. This paper introduces the function of the system， working procedure， the choice of development platform， working principle and technical description.
Key words： Imported cotton； Weight； Sampling； Automation；Intelligent
0引言
中国是世界上最大的棉花生产国和消费国，是世界最大的棉花进口国。据国家质检总局统计，2005～2014年，10年间我国从世界各地进口棉花97748批，13406万包，共2753万吨，货值共计525亿美元。经全国检验检疫部门检验为国内棉花企业索赔83505万美元巨额经济损失[1]。大量的进口棉花为弥补我国原棉品质不足，保证纺织行业的正常生产提供了有力保障，同时也给进口棉花检验监管工作带来前所未有的压力和挑战[2]。目前，检验检疫部门对进口棉花的现场检验监管主要包括计重和采样两项工作，而且是通过有限的人员频繁奔波各辖区内所有到货点，对每批进口棉花现场抽样、计重（质量，下同）进行直接监管，需要花费很长时间。检验周期的延长往往会影响进口棉花的正常索赔和使用，甚至影响企业的生产进度和经济效益。因此，利用现代信息网络技术，对进口棉花计重和采样模式实施自动化、远程智能化控制，实现无人值守有人值班的进口棉花智能电子监管系统是很有必要的。
根据全国进口棉花现场检验监管中普遍存在的实际问题，通过两年的努力，河北出入境检验检疫局成功研发了进口棉花自动计重和采样单元识别数据采集传输及远程监控系统（以下简称“系统”），并于2015年1月顺利通过国家质检总局组织的专家验收。专家一致认为：该系统利用信息网络技术，模拟进口棉花的检验检疫工作程序，实现了对进口棉花远程智能化控制、视频监控、自动计重功能、采样单元自动识别、采集数据自动化处理等功能，并研发了进口棉花自动计重、采样单元自动识别设备（专利号：2015 20133017.4）。该项目提高了进口棉花检验检疫工作效率，避免人工操作引起的错误和误差，已在试点企业得到应用。
1 系统可以实现5大功能
该系统主要包括用户管理、收用货单位检验的申报、视频监控（包括进口棉花到货时检验检疫、计重及采样过程）、代表性样品随机抽取、称量数据统计分析、上报等，能够实现进口棉花远程智能化控制、视频监控、自动计重、采样单元自动识别、采集数据自动化处理等功能。
1.1实现了进口棉花开箱检验现场远程智能化控制功能
进口棉花集装箱到货时，企业可以通过系统在线向检验检疫局（以下简称CIQ）控制端提出申报，正常情况下，系统自动接收其申报，CIQ工作人员在控制端实时进行监督卸货，从而做到集装箱随到随检。如出现异常状况，CIQ控制端可以随时关闭系统，并通知企业保护现场，及时现场勘验。
1.2 实现了进口棉花远程视频全监视功能
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CIQ工作人员可以在CIQ控制端远程控制企业端的视频装置，可以实时对进口棉花的现场进行监视，实现远程视频监视功能。对CIQ工作人员无法监控到的时间段或位置也可录像存盘，以便随时调看予以监督，实现了检验检疫部门对进口棉花现场检验环节全过程、全方位监督，有利于提高进口棉花检验检疫工作的有效性。
1.3 实现了进口棉花自动化计重及统计功能
在进口棉花集装箱卸货时，系统通过衡器、计算机以及必要的机械传动设备，在系统程序化控制下实现自动化计重，同时将计重结果上传至CIQ控制端，然后通过数据库实现自动统计功能，从而大幅度减轻企业及CIQ工作人员的劳动强度，大大提高工作效率。
1.4 实现了进口棉花采样单元自动识别功能
根据进口棉花检验抽样规则，通过采样单元自动识别系统，确定采样单元，然后对计重后的棉包自动发布采样指令，并加贴采样标识，实现了采样的随机性和代表性，从根本上解决了人工采样的人为性和随意性。
1.5 实现了进口棉花数据和信息的自动采集及传输功能
在进口棉花检验现场，通过配备具有打印和扫描性能的条形码设备、数据采集和传输设备等，可以将集装箱号、铅封号、每个棉包的标识和计重结果等信息采集后通过网络上传至CIQ控制端。系统对上传的信息及数据进行整理、计算、汇总、存档，并可以和申报信息进行比对后发出处置建议。
2 系统工作流程
根据进口棉花现场计重和采样工作要求，该系统可分为客户端和CIQ控制端2个层级。
2.1 客户端层级
客户端层级主要用于进口棉花企业方便调取数据中心合同信息、提单信息，到货后完成各批次集装箱拆箱、自动计重、随机采样、标签打印等工作，并将重量数据上传至数据中心，以备CIQ控制端统计查询。客户端自动计重、采样单元自动识别的工作流程见图1。
2.2 CIQ控制端层级
CIQ控制端可以登录数据中心，通过网络视频、语音设备，可实时监控并语音控制进口棉花到货现场。视频主要用于监督企业工作程序，语音可用于对进口棉花到货现场实时发布指令，指导现场人员工作。CIQ控制端还能够方便及时地统计企业端上报的各类数据、输出报表等。CIQ控制端工作流程图见图2。
3该系统数据库、操作平台软件及开发平台的选择
3.1数据库及操作系统的选择（MICROSOFT SQL SERVER 2000/2005/2008）
服务器操作系统可选择Windows Server 2003或2008 SERVER作为操作系统，客户端操作系统可选择Windows XP 或Win 7或Win 8 作为操作系统，服务器数据库可选择Microsoft SQL SERVER 2000或2005或2008，客户端数据库为Microsoft Access 2007，Web应用服务器可选择Microsoft IIS6.0或7.0。
系统数据库采用微软Microsoft SQL SERVER 2000/2005/2008企业版超大型关系数据库，能有效实现用户需求，而且能为后期扩展留下广阔的空间。另外，Microsoft SQL SERVER 2000/2005/2008是国际化标准数据库，提供标准的数据接口，在与其他系统交互数据时不存在任何技术障碍。SQL Server除了具有扩展性、可靠性以外，还具有可以迅速开发新的因特网系统的功能，可以直接存贮 XML数据，将搜索结果以 XML格式输出等特点，有利于构建异构系统的互操作性，为面向互联网的企业应用和服务奠定了基石。
3.2 系统软件操作平台的选择（WINDOWS SERVER2003 / SERVER 2008）
Windows server2003 / Server 2008操作系统软件是微软公司在Windows2000server基础上改进后推出的新一代操作系统软件，沿用了 Windows 2000 Server 的先进技术并且使之更易于部署、管理和使用。
3.3系统软件开发平台的选择（.NET+ASP.NET+JAVASCRIPT+XML）
微软的.Net平台给应用程序开发提供了一个非常好的基础系统平台，在应用.Net开发该系统过程中，参考了J2EE的架构，设计了一套.Net下的应用系统框架，以及相应的中间件和开发工具，已经在多个项目中和软件产品中应用，取得了很好的效果。ASP.NET具有可管理性、安全性、易于部署、灵活的输出缓存、国际化等特点。
JavaScript可以方便地操纵各种浏览器的对象，可以使用JavaScript来控制浏览器的外观、状态甚至运行方式，可以根据用户的需要“定制”浏览器，从而使网页更加友好，在不需要网络和服务器的参与时可以使多种任务在用户端直接完成。
4 自动计重、采样单元自动识别设备及网络视频
4.1 自动计重及采样单元自动识别设备见图3
图3主要包含滑台（1）、滑台油缸（2）、油管（3）、液压站（4）、承重腿（5）、输送带（6）、输送滑轮（7）、支撑杆（8）、拖动电机（9）、拖货绳（10）、自动脱卸式钢勾（11）、配电柜（12）、输送带驱动电机（13）、称重托架（14）、电子秤液压站（15）、电子秤（16）、升降油缸（17）、升降线轨（18）、带液晶屏电控柜（19）、正反转油缸（20）、侧反转油缸（21）、液压站（22）、取货托架（23）、支撑腿（24）。滑台（1）的下端设置有滑台油缸（2），滑台油缸（2）上连接有油管（3），滑台油缸（2）上设置有液压站（4），滑台油缸（2）设置在称重托架（14）上，滑台（1）的一侧下端设置有承重腿（5），滑台（1）的另一端设置有输送带（6），输送带（6）内设置有数个输送滑轮（7），输送带（6）的一侧设置有支撑杆（8），支撑杆（8）的上端设置有拖动电机（9），拖动电机（9）连接有拖货绳（10），拖货绳（10）的一端设置有自动脱卸式钢勾（11），支撑杆（8）的下端设置有配电柜（12），输送滑轮（7）与输送带驱动电机（13）之间通过皮带连接，称重托架（14）上设置有电子秤液压站（15），电子秤液压站（15）的上端设置有电子秤（16），且电子秤（16）与电子秤液压站（15）之间设置有升降油缸（17），电子秤液压站（15）的两端分别设置有升降线轨（18），电子秤液压站（15）通过电线与带液晶屏电控柜（19）连接，输送带（6）的顶端下方设置有正反转油缸（20）和侧反转油缸（21），正反转油缸（20）和侧反转油缸（21）均与液压站（22）连接，输送带（6）的顶端设置有取货托架（23），取货托架（23）的一侧下端设置有支撑腿（24）。
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4.2 网络及视频组网
4.2.1 网络拓扑分布 网络拓扑需要无线接入热点AP设备、路由器、光电转换器、无线路由器、交换机，其分布见图4。
进口棉花自动计重远程视频平台可满足在室外远距离范围内实现无线网络对接，操作电脑和监控摄像机实现连接外网工作。墙体机柜通过服务商光纤链路进光电转换器，转换器连接交换机，交换机分出两条线，一条给监控平台服务器，一条给路由器完成。路由器下接网络和监控平台服务器再连接外网工作，路由器下连无线AP，AP通过无线桥模式广播对接操作台无线路由器，操作台通过无线接收转换有线接入操作电脑和其他监控设备。
4.2.2 远程视频设计 系统选用专业视频设备生产厂家苏州科达生产的系列高清网络摄像机，用于前端视频图像获取及照片拍摄，其配置见图5所示。
5 自动化采集及智能化技术说明
5.1 联动模式及读数
使用带有I/O、串口的工控机作为控制主机，通过红外传感器读取棉包进入读数区域，棉包被托举静置2秒钟，同时采用上海耀华 XK3190-C8+电子地磅，RS232串口每秒读取100个读数，例如：A1=250.23，A2=250.21，A3=250.23，A4=250.23，A5=260.52，A6=250.23......A200=255.66，
函数MODE（A1：A200）=250.23 ，（MODE函数，是读取数值中出现概率最高的数值）这个读数就是读取200个读数后棉包的实际静置重量值，通过T检测法检验，差异值≤0.01 kg，国家相关规定误差率≤2.5 kg。
5.2 抽样
依据进口棉花质量监管系统中不同供棉商的评级标准，确定抽样比例，然后使用随机函数给出需要抽样的棉包，并打印出标签如下。
5.3 网络及视频技术
利用现今发达的宽带技术，可以实现现场和管理部门、中央数据库的实时链接，完成互联网最后一公里的建设，这样极大节约了企业和管理部门的人力物力，企业在录入棉花报检号的同时，合同中各个批次、集装箱信息等数据都可以直接从进口棉花监管系统中获得，通过自动重量采集、签约过程后，每个集装箱的棉花进口信息（进口国、每包重量、抽样信息、收货单位等）自动计入进口棉花中央数据库中，同时监管部门也不用驱车去现场监督逐包衡重，通过实时监控（网络视频），在后台就可以现场指挥并且记录全部开箱、卸车、称重、扦样的全部过程，1080P高清录像资料保存6个月，以备事后调阅。
6结论
进口棉花自动计重和采样单元识别数据采集传输及远程监控系统充分利用现代信息网络技术，可实现对进口棉花现场到货、卸货、计重、采样、信息及结果采集汇总等关键环节全过程、全方位的自动化及远程智能化控制、视频监控等功能。一方面为进口棉花检验监管实施科学、规范的管理提供了操作平台，有助于提高进口棉花检验检疫工作质量及工作效率，有利于进口棉花索赔工作及时、顺利完成，更好更快地为国家和企业挽回经济损失；另一方面，可以为进口棉花企业节省大量的时间、人力、物力、财力，降低成本，从而促进我国纺织行业健康发展。
参考文献
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网络化遥测数据实时处理软件设计 篇12
如付诸现实将改变现有的飞行试验实时监控体系, 极大程度的节省了频谱资源, 并节省了高昂的同步板卡花费。
遥测数据的实时处理是飞行试验工程中试飞监控的重要环节, 对飞行试验的安全性和有效性有着重要影响。近年来, 随着试飞技术的不断发展, 监控需求的参数不断增加, 航空机载设备的复杂程度不断增加, 传统PCM流的传输方式已经不能满足当前飞行试验地面监控的需求。当前, C波段网络化遥测已经逐步进行小规模的试验验证, 网络化遥测数据的实时处理势必成为未来我国飞行试验工程的重要组成部分。
本文通过结合某型号网络化遥测验证试验, 详细地介绍了网络化遥测实时处理软件的解析过程、架构以及设计逻辑, 并有效地解决了网络数据包丢包错序、视频与参数数据同步回放等问题。
数据结构定义
结合网络化遥测数据的特点, 并有效的利用机载网络格式格栅, 定义主要包含参数结构与协议解析信息的HEA文件, 实现参数数据与视频数据的有效分流、参数数据的提取以及参数数据与真实物理量的实时转换, 最终实现遥测网络数据的实时接收处理功能与回放数据功能。
参数结构定义
网络化遥测数据是由机载测试采集系统对测试参数数据与视频数据同步进行采集与分发, 采集的数据填充至多个网络数据包中, 而网络数据包的格式又直接依赖于采集器的记录格式, 结合飞行试验的特征, 具体有如下特点。
1) 多种数据包协议——由于网络化测试系统存在多种采集器, 目前主要存在IENA与XNET/INET网络数据包格式。
2) 参数多样分布——机载采集的参数的受制于机载采集设备与协议的定义, 具体的参数数据由于字长的不同在数据包中的分布方式也有可能不同, 存在机载设备将一个64位的字拆分为4个16位字填充到4个不同的网络数据包中这样的可能性。
3) 参数数据与视频数据并存——网络化遥测机载设备将视频数据与参数数据同时分布于数据包中, 因此在网络数据包的实时处理过程中必须考虑到视频数据与参数数据的分流与差异处理。
4) 多总线多采样性——机载设备总线标准众多, 涵盖了429总线、422总线、CAN总线、1394总线、FC总线以及其他航空机载总线, 另外参数的采样率也不尽相同。
根据网络数据包的格式以及参数在数据包中的具体位置, 并考虑到参数的字长、取位、校准类型以及采样率等特性, 结合网络化遥测数据的特征, 定义参数的具体结构为:
协议解析定义
目前网络数据包虽然大小不能固定, 但其格式主要按照IENA与XNET/INET两种协议进行数据填充, 协议不同其解析的方式也就不同, 因此在提取数据时必须同时考虑两种标准的异同, 提取出两种标准的共同点, 方便软件的设计与实现。
从表1与表2我们可以看出虽然两种协议的控制头不相同, 但均具有区别包类型的区别字 (KEY, Message Define ID) , 包长 (SIZE, Message Length) , 包序 (SEQ_NUM, Message Define Sequence Number) 与时间信息 (TIME, Message Timestamp) , 因此一旦包结构确定我们就能确定当前数据包是参数数据还是视频数据, 以及具体数据的提取方式。
另外, 考虑到最大程度的利用数据传输带宽, 网络化遥测数据采用组播的方式进行数据传输, 实时遥测数据可由多个服务器进行分流实时处理, 结合IENA与XNET/INET两种协议的特点, 定义数据包的格式为:
软件详细设计
总体框架
通过机载网络格栅以及相应的XML接口, 结合两种协议的特点转换为原始的HEA文件, 并在此基础上添加参数处理、数据提取方式等信息从而最终形成实时处理所需的HEA文件。通过此HEA文件可以知晓当前网络数据包的协议、参数数量、参数具体解析信息、视频数据等内容, 继而实现网络数据包准确的转换为实时监控所需的数据。HEA文件的定义确保了数据解析的准确性, 但在数据处理过程中需要考虑到数据的接收、提取、分发等过程, 同时处理好的参数数据与视频数据要实时的传送到实时监控软件客户端, 保证试验飞行安全, 本文采用UDP组播的传输方式, 将参数名列表、参数数据、视频数据分路传输到局域网中, 由于组播地址与端口固定, 客户端监控软件可以采用统一的设计逻辑, 极大的缩短了监控软件的设计周期, 同时由于机载测试数据也是通过组播的方式进行传输, 并且网络数据包占用带宽过高, 为避免产生网络拥塞, 通过使用双网卡实现数据的物理隔离。整体框架结构如图1所示。
软件结构
网络遥测实时处理软件要同时考虑到实时处理与回放处理两个功能模块的设计, 尽可能实现代码的共用, 而实时处理与回放处理最大的区别仅限于原始数据是来源于网络获取还是文件读取, 因此在数据获取过程中仅需要通过条件选择判断数据源即可。网络遥测数据实时处理要考虑到数据的接收、解析、分发、处理等过程, 通过分析整个处理过程, 采用多线程共享内存的设计方式, 具体设计为HEA与配置信息处理线程、数据接收线程、数据处理线程、视频数据发送线程、参数数据发送线程以及参数名发送线程等六个线程, 主窗体在打开实时处理HEA文件后, 开启HEA与配置信息处理线程, 获取当前飞机参数处理信息与发送配置信息, 转化为相应的全局信息, 关闭当前线程后开启其他几个线程, 各个线程通过HEA与配置信息处理线程生成的全局信息进行初始化, 线程间的交互和处理过程如图2所示。
关键技术
数据包拥错控制与同步处理
机载测试采集系统每秒可向外发送数千个数据包, 由于受到飞机位置、地面干扰、网络拥塞、连接中断等因素, 会产生一定程度的数据丢包错序现象, IENA与XNET/INET协议在整合数据包的过程中, 均会按照数据包的生成顺序在数据包头添加包号, 其包号在有效范围具有连续性的特征, 数据处理线程针对于数据接收线程分发视频和参数数据包, 首先按照时间戳进行快速粗略划分, 然后再按照数据包内KEY字进行快速精准排序, 与此同时在参数数据包按照KEY字排序的过程中, 对相同时间戳的数据包个数进行统计, 如果某个时间戳内数据包个数少于HEA文件预估的个数, 则将这个时间戳下的数据包抛弃, 这主要是因为存在参数的高低字分布于不同的数据包中, 如果一个丢失某个参数数据包可能导致提取出的部分参数变化过大, 影响指挥人员实时监控决策, 而针对于视频数据包采取与参数数据包相同的处理措施, 与之不同的是视频数据包发生丢包时, 并不丢弃整个这个时间戳内的数据, 采用在视频实时解析客户端处理丢包问题。具体处理逻辑如图3所示。
参数数据与视频数据同步回放
传统的参数数据与视频数据由于存储在不同的文件中, 而视频中添加的时码信息无法通过图像识别有效获取, 也就不能同步回放, 网络化遥测的参数数据与视频数据采用相同的协议填充, 通过将实时接收到的两种数据进行拥错控制之后存储在一个数据文件中, 在文件读取时, 建立标识链表, 首先进行预读取操作, 每当查找到的数据包key字与HEA文件中包序为1的key字相同时, 记录当前文件指针信息并保存到标识链表之中, 在数据回放时, 首先确定拖动的进度条位置, 进而确定文件读取指针的当前大致位置, 然后查询标识链表, 查找到与拖动进度条后确定的文件位置最接近的标识位置, 更新为当前文件读取指针的实际位置, 继而实现了参数与视频的同步回放。预读取过程如图4所示。
参数名列表扩充机制
理论上IP数据报的最大长度为65535个字节, 剔除IP协议与UDP协议数据报文定义, 最大仅能支持65507字节, 而当前飞行试验中测试参数已经可以达到上万个, 参数名的定义也越来越复杂, 每个参数名即可占用30~40个字节, 这种情况下单个IP数据报仅能支持1500~2000个参数名的同时发送, 针对参数名列表总长度超过限制的情况, 采用分批发送的方式, 每个IP数据报最大发送40000个字节, 每个参数名占用41个字节, 不足时填充字符’#’, 定义包含总发送次数与当前发送顺序的参数列表, 截取参数列表的方式采用以上一个IP数据报中发送的最后一个参数名的结束开始, 直至最接近40000字节的那个参数结束, 并在分批发送的每个网络包中添加当前发送的分段列表在真实参数名列表中参数起始顺序和结束顺序。分批发送参数名列表的结构定义如表3所示。
软件运行界面
本软件在某网络化遥测试验平台上得以验证, 界面主要分为基本配置信息、实时处理、数据回放三个部分, 试验结果表明该软件能够实时准确的处理网络化遥测数据, 满足当前试验飞行监控的需求, 实时处理阶段的运行状态如图5所示。
结语
该网络化遥测实时处理软件目前已在多个型号的试飞中得到验证, 成功确保了多个试飞科目的顺利进行, 运行结果表明已经可以确保每秒2200个遥测网络数据包、5000个参数的实时处理, 满足当前网络化遥测试飞监控需求, 为新一代网络化遥测的发展提供了宝贵的经验。
建议观点
1、传统遥测网络中采用PCM流的传输方式, 其结构复杂, 传输能力有限, 占有带宽较多, 已经不能满足当前试验飞行实时监控的需求, 与此同时, PCM流的调制解调也需要大量的硬件资源, 耗费巨大, 必须寻找新的传输方式替代当前的PCM传输方式。
2、IRIG106遥测标准在2009年最新版中发布了iNET遥测网络标准, 当前国内航空飞行试验领域仅初步的分析了该标准的技术特点和面临的问题, 并进行了小规模的试验验证, 基于iNET遥测网络标准的遥测系统的搭建, 才刚刚进入初始阶段, 具有很大的发展潜力。