数字化平台技术的开发与应用

时间：2024-05-04

魏源锋南召县公共资源交易中心

数字化平台技术的开发与应用

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数字化平台在工业生产中有着极为重要的意义，因此，对其进行设计和开发显得尤为重要。数字化工业平台有利于生产、通讯与维护，文通过对数字化工业的发展以及工业通讯技术的分析，力求为现代工业生产提供创新的思路。

数字化平台通讯技术现代工业

1 数字化平台工业的发展

当前的数字化平台设计主要集中于EDA、PLC与FPGA技术。由于数字流是极为模块化的，前端产生标准化的设计描述，编译成调用，而不考虑内部技术，单元使用特定的集成电路技术实现逻辑或其他电子功能。制造商通常为其生产过程提供组件库，并提供适合标准仿真工具的仿真模型。模拟数字化平台设计工具远不是模块化的，因为需要更多的功能，它们更强烈地交互从而实现设计的自动化和模块化。随着半导体技术的不断扩展，数字化平台设计的重要性迅速增加，用户通过操作半导体制造设施来对产品进行设计和改良。建立高度灵活的个性化产品与服务生产模式，实现智能制造。以CPS为核心的智能制造可以从三个方面提升制造业竞争力。一是能够推动实现更高的生产效率和制造灵活性。借助CPS技术和产品，生产模式从“集中型”转变为“分散智能型”，生产要素可以实时、高度灵活配置，确保仅一次性生产且产量很低时的获利能力，确保工艺流程的灵活性和资源利用率。二是能够使客户与业务伙伴广泛参与到业务过程和价值创造过程，形成新的价值链。基于CPS的生产过程淡化了虚拟世界和物理世界的界限，使物联网与服务互联网一体化，催生新的应用和服务模式，传统的产业链分工被重组，客户和业务伙伴能够更直接地参与到商业价值的创造过程之中，产生新的价值链模式。三是能够实现自组织生产，促使人的角色发生转变。CPS能够独立自动交换信息、触发动作和控制，实现“产品驱动机械”的自组织生产，将人从操作性任务中解放出来，使之专注于创新设计、控制等高附加值的工作，保证德国制造业在高人力成本约束下仍然具有强大的产业竞争力。

2 工业通讯技术分析

2.1 工业局域网分析

局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一个局域网可以构造在技术上不同，通常，LAN的布线，从一定的大小作为结构化布线进行。快速以太网100BASE-TX和千兆位以太网是以太网家庭中最常见的，主要用于数据中心和快速互连100千兆以太网。

集线器是包含多个中继网络中的分发节点，如果连接在网络中两台以上的计算机，这可以通过集线器来实现。一些网络电缆可以被路由到一个区域，这就是它在星形结构物理层的原因。在逻辑意义上，每个参与者被连接到所有其它的设备商。在局域网中，多个集线器可以用来增加连接部件的数量。它从一个端口的数据包接收，并将其发送到所有的端口，并等待下一个数据分组，同时获取两个数据包，可能会出现碰撞与冲突，此时两个数据分组丢失和重传。路由器能够将不同的协议和架构的多个网络连接在一起，在TCP/IP模型中，路由器作为在网络的外部边界并将其连接到Internet或其他网络。

2.2 工业无线局域网

无线局域网主要是通过IEEE 802．11协议中，这是与有线以太网很大程度上兼容的标准来实现的。由于无线网络并不在建筑物边界停止，所以还需要特殊的加密技术。最初的标准是WEP（WEP 64或WEP-128），但现在安全性较差，因此较少被使用。WPA2使用一个更好的加密机制即AES（高级加密标准），作为更安全的方法，应该是以下集中无线技术（WEP、WPA、WPA2）通过与IPsec的VPN的专业技术相结合。

2.3 工业网络嗅探

分组嗅探器对于特定类型的网络可以拦截和记录经过的数据，当数据流流过网络时，嗅探器捕获每个分组并且根据需要，采用解码器分析分组的原始数据，显示出分组中的各个字段的值，并且根据适当的RFC或其他规范分析其内容。数据包捕获是拦截和记录流量的过程。在LAN上的以太网、令牌环和FDDI网络，网络结构决定了可以从网络上的单个机器捕获网络的流量。然而，一些方法避免交换机的业务窄化以获得对来自网络上的其他系统的业务的访问。为了网络监控的目的，还可以通过使用具有监视端口的网络交换机来监视LAN中的所有数据分组，所述监视端口在系统连接到交换机端口时镜像通过交换机的所有端口的所有分组。

2.4 工业网络分路通信

使用网络分路器是比使用监测端口更可靠的解决方案，因为分流在高流量负载期间不太可能丢弃分组。在无线LAN上，可以捕获特定信道上的流量或使用多个适配器在多个信道上捕获流量。在有线广播和无线LAN上，要捕获单播流量以外的流量到机器正在监视的多播组，网络适配器必须处于混杂模式。捕获的信息从原始数字形式解码为人类可读的格式，使用户可以轻松查看交换的信息。协议分析器在多个视图中显示数据的能力不同，可以自动检测错误、确定错误原因、生成时序图、重建TCP和UDP数据流等。协议分析器也可以产生流量作为测试装置，这样的测试器生成用于功能测试协议的流量并且还可以有意地引入错误以测试DUT的处理错误的能力。