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1、工业APP关键技术与开发平台 工业 APP 的关键技术与开发平台1 工业 APP 开发路途图1.1 开发路途图目前，国内工业 APP 的开发尚无统一的路径，经过调研总结，如下为一个切实可行的参考路途。1) 需求分析：依据工业应用场景进行需求梳理、需求分析，实现需求定义、价值定义、功能定义。2) 可行性分析：主要从业务、经济、技术等方面分析工业 APP 的可行性。3) 方案设计：对涉及的工业学问进行梳理，建立工业学问体系，形成工业 APP 体系规划；设计业务架构、系统架构和平台架构；规划商业模式。4) 技术选型：对工业学问进行抽象形成模型，并依据开发平台、部署和运行平台，结合互操作和可移植，选择
2、开发及一体化集成等技术。与一般软件开发比较这是工业 APP 开发特有的一个环 节。5) 开发封装：依据软件架构模式开发形成相应的数据库、应用模块和交互界面等，并进行集成封装。6) 测试验证：采纳全生命周期、全过程的质量保证，对工业 APP 进行测试，并对工业 APP 进行技术验证和标准符合性验证，并进行效益评估及定价，进行产品上线。7) 应用改进：依据技术和环境的改变，从质量提升、功能创新等方面对工业 APP 进行迭代升级与优化。工业 APP 是面对特定应用场景的应用软件，目前工业 APP 开发应当注意需求导向，设计合理的商业模式，进行充分的可行性分析；建立实力完整的团队，包含需求、业务、软硬
3、件设计、试验验证等各方面人才，优化资源整合。1.2 工业 APP 架构模式目前，国内开发工业 APP 多采纳 MVC 架构模式（如上图），主要从 M（Model）：数据模型与业务逻辑，V（View）：视图定义，C（Controller）：协调限制三个层面来考虑。Model 封装了工业 APP 应用的一系列数据，并定义了操作、处理这些数据的逻辑和计算规则。View 将应用模型对象中的数据显示出来, 并允许用户编辑该数据。Controller 负责用户视图和业务逻辑的协调限制。不同的工业 APP 在架构模式上一般是一样的，只是在数据模型与业务逻辑上有很多内置的工业领域相关的已有组件，这些组件是包含
4、有特定的工业学问，具有工业特色。2 工业 APP 关键技术2.1 工业 APP 建模技术困难的工业技术内部包含大量更为详细的工业技术或科学学问，这些技术方法经常可以通过技术流程有序组成完整的工业技术。在工业产品制造和运行过程中，通过驱动各种工业技术涉及的技术流程，从而有序地调用详细技术和方法，进而达到支撑设计、试验、生产和保障等各种目标。在面对技术流程形成工业 APP 的过程中，须要建立各种方法之间的关联，这个过程就是技术流程建模，建模的结果是流程模板。技术流程建模须要处理技术流程中不同技术方法之间的数据串行、并行等形式，同时也须要依据不同技术流程的运用方式实现连续驱动或断点驱动。2.2 工业
5、技术封装技术技术方法是工业技术的构成要素，是被技术流程串接的基本单元。技术方法同样也是一项工业技术，依据其内部困难性不同，可以接着 进行细分，理论上任何工业技术可以细分到各种技术规则或基础科学领域。为了充分利用其他已有工业软件，特殊是成熟、广泛应用通用工业软件，可以将面对特定领域的工业技术细分到可以采纳其他工业软件（或其中一部分，例如解算器）为止。此时，可以采纳软件化方法将细分后的方法和相关工业软件进行封装，从而形成新的工业 APP。在封装过程中，假如这些方法及工业 APP 之间关系特别紧密，具有高度内聚性，则可以采纳代码、脚本等方式封装；假如较为简洁，则可以采纳技术流程封装。2.3 工业 A
6、PP 数据管理各种工业技术的输入和输出都包含大量的技术数据，所以工业APP 开发平台须要对技术数据进行统一管理，并可以被流程模板和方法模块调用。技术数据管理须要根据工业技术的特点，首先对数据进行建模，并组织各种数据模型之间的相互关系。之后，许多工业技术须要依靠各种材料数据库、型号数据库、零部件数据库等，所以须要建立相应的基础数据库。最终，在工业 APP运行过程中，流程模板和方法模块都会产生大量新的数据，这些数据须要按需进行管理。2.4 技术对象集成工业技术的运行具有大量的运用环境，包括其他的工业软件、工业硬件以及相关具有数据交互的其他对象。在技术方法封装过程中，须要与这些对象开展集成。技术对象
7、集成一般采纳适配器的方式完成。适配器具有两个方向的接口，一个接口面对技术对象，可以基于特性化的数据交换规范实现集成；另一个接口面对平台，可以采纳规范性的数据模型进行表达和通讯，从而针对同类技术对象采纳相同或类似的数据交换规范，进而使平台上运行的各种工业 APP 无需了解不同技术对象的特性化集成规范要求。常见的技术对象集成是在封装过程中，假如已有相应国内外标准参考，尽量基于标准开发适配器；假如没有，则经常须要针对不同厂商开发的工业软件或硬件研制相应的适配器。3 开发平台工业 APP 作为软件的一种，其开发也须要各种软件开发工具实现。当前软件行业开发工具许多，既有针对不同编程语言的通用开发系统，也
8、具有适用于不同目标或环境的开发平台。一般而言，通用开发系统适用面更广，但开发效率低，开发人员既须要了解业务学问，也须要敏捷运用各种软件开发方法。由于工业APP 涉及专业领域产品类型多、范围广，假如完全采纳编码的方式，则须要一一针对不同底层工业软件和硬件集成，一方面开发量大，另一方面对开发人员要求极高。工业 APP 开发平台主要是面对工业领域工程师运用的软件开发平台，可以供应丰富的通用工业软件和硬件接口、更适用于表达工业技术特征的软件功能、以及更加便捷的操作方式。面对特定领域的业务，可以通过便捷的操作和快速的指令，轻松完成面对业务内容的开 发，其对软件开发学问一般要求较小。工业 APP 开发平台
9、主要包括工业 APP 建模环境、工业 APP 模板库、技术对象资源库和工业APP 测试环境。3.1 工业 APP 建模环境工业 APP 建模环境是开发平台的核心模块，负责工业 APP 的流程和数据建模。工业 APP 建模环境一般通过图形化封装界面，以拖拉拽等方式，可以便利工程师根据工业场景内各种工业要素的相互关系，将其背后的工业技术转化形成应用软件背后的程序逻辑和数据对象。同时构建工业 APP 应用过程中的交互界面，并建立当前工业APP 对外的开放接口。除此之外，建模环境一般也供应便捷的代码封装方式，将一些困难的逻辑关系以代码编程的方式融入到图形化封装的软件模块中。3.2 工业 APP 模板库
10、工业 APP 模板库是减轻工业 APP 重复开发的支撑模块。模板库一般包括大量在工业 APP 开发过程中常用的工程中间件、具有肯定共性的工业 APP 半成品，以及大量开源的工业 APP 等模板。这些模板已经具有了一些基础或通用的工业技术、共性流程和数据模型。工业 APP 可以在这些模板上面对新的场景，封装一些特性化的工业技术，从而削减了大量的重复封装工作。模板库一般可以根据行业、产品、阶段、模板类型等不同维度进行分类，并供应快速检索等功能。此外模型库经常与工业互联网平台开源社区等网络模型库进行交互，实现模块的快速更新和可控共享。3.3 技术对象资源库技术对象资源库是连接各种工业软件和硬件资源的
11、关键模块。由于工业 APP 经常基于适配器与外部技术对象进行数据交互，所以资源库中一般管理有不同技术对象的适配器，如各种 CAX 软件适配器、EPR 等软件系统适配器、办公软件适配器、数控设备适配器和其他网络系统适配器等。对于相同类型的技术对象而言，它们的适配器可能是通用的；但是对于许多技术对象而言，适配器经常是专用的。所以，资源库须要精确管理技术对象和适配器之间的匹配关系。犹如工业 APP 模板一样，技术对象资源库经常也须要分门别类、快速检索，并与开源社区进行交互。3.4 工业 APP 测试环境工业 APP 测试环境是开展快速调试的工业 APP 质量限制模块。工业 APP 测试是在工业 AP
12、P 交付前的重要质量环节。测试环境须要与建模环境进行深度集成，从而便利工程师在开发过程中，刚好针对内部流程、数据模型、外部接口和运用交互等各项内容进行全方位测试，全面提示软件缺陷位置，并在肯定范围内供应修改建议。工业APP 测试不仅仅须要保障不存在软件开发 bug、软件平安缺陷等项目，更须要测试工业 APP 是否满意于工业场景的功能应用需求。4 开发质量限制4.1 过程质量限制工业 APP 作为一类面对工业领域的应用软件，同样具有一般软件的特点，并且在软件性能上对质量牢靠性和平安性有更严格的要求。质量限制的核心要义是验证和确认（VV）。工业 APP 开发过程中存在的典型问题主要有：（1）管理方
13、面。缺少规范和切实可行的软件研发管理体系，过程管理无章可循；安排过程粗略，开发执行限制不力；缺乏需求基准；需求变更限制不力；配置管理缺失，文档和代码版本限制混乱；过程质量数据收集欠缺等。（2）技术方面。需求分析不到位，未准确理解 APP 的应用场景或用户要求；软件设计方法落后，模块化不足；代码编写规范性不足，可读性和可维护性差；测试不足，软件潜在的缺陷较多等。软件质量是指与软件产品满意明确或隐含需求的实力有关的特性。软件质量形成于过程，工业 APP 开发过程的质量限制可从软件测试、阶段评审、第三方质量保障等方面着手。（1）软件测试。验证和确认的手段就是测试。目前已有的软件测试技术和方法也适用于
14、工业 APP 测试，但工业 APP 干脆应用于工业企业的设计、生产、运维和管理过程，对质量、牢靠性和平安性的要求更高。从测试内容的角度来说，工业 APP 测试须要关注其场景符合性和适应性，同时也要重点关注工业 APP 的平安性，以及对非法操作、异样状况下的处理实力。对工业 APP 测试，企业一方面要建立内部的测试体系，规范整个工业 APP 的测试过程和测试要求，同时也要充分借助和依托外部第三方检测机构的专业技术资源，全方位开展工业 APP 的测试工作，提高工业 APP 的质量水平。（2）阶段评审。工业 APP 开发过程的阶段评审，主要包括需求规 格说明评审、设计规格说明评审、代码评审、测试方案
15、、测试用例和测试报告评审。（3）第三方质量保障服务。第三方检测机构有着自然的专业优势，可以从总体和全过程层面供应相关的质量保障服务。工业APP 需方、供方、管理方应充分利用和发挥好第三方检测的专业价值和作用，为工业 APP 的高质量、高平安发展供应支撑。4.2 平安设计技术工业 APP 用于工业生产环境，简单受到干扰或干扰别的设备，且执行错误的后果不仅仅是数据错误而是有可能导致不行估量的灾难，对工业 APP 的质量，尤其是平安性有更高的要求。特殊是在平安性方面，一般 APP 往往关注信息平安，而工业 APP 不仅要重视信息平安，更要重视功能平安。国内外因为软件的功能平安而造成重大财产损失、严峻
16、人员伤亡的实例屡见不鲜。以 2011 年中国温州南甬温线动车追尾事故为代表的平安事故背后的缘由都是平安相关系统的功能失效。国际电工委员会（IEC）领先为促进平安攸关产品的平安性水平提升，国际上电气和电子工程师协会于 2000 年发布了首个产品平安性标准IEC 61508-1:1998电气/电子/可编程电子平安相关系统的功能平安要求，该标准从研发过程管理、平安保障技术等多个方面对平安相关产品（含软件）提出了要求。该标准对功能平安的定义是指受控装备和受控装备限制系统整体平安相关部分的属性，其取决于电气/电子/可编程系统功能的正确性和其他风险降低措施。软件平安性问题已经成为软件开发中的关键问题。工业
17、 APP在设计和运用时，对平安性的考虑干脆响应到工业系统或工业产品的平安性，因此，应针对工业 APP 开展平安风险分析和安全性设计。在对工业 APP 开展平安分析时，应用于功能平安领域的常用风险分析方法主要有 HAZOP 方法；信息平安领域的风险分析方法包括层次分析方法、模糊综合评价分析方法、德尔菲分析方法等。工业 APP 进行平安设计时，平安性设计规范一般来自于系统规定的平安要求与软件体系结构的要求两方面。在对工业 APP 进行平安设计时，应在整个研发周期中尽早的建立相关的组织和规则，对软件开发周期中的各种活动加以规范，主要包括与系统的接口、软件规格、既有软件、软件设计规划、编码等方面的内容。几种典型的工业 APP 平安性设计方法包括防卫性编程、故障检测与诊断、纠错码、平安袋技术。其中防卫性编程是设计可以检测其执行期间产生的异样限制流、数据流或数据值的程序，并以预定和可接受的方式对这些流程作出反应；故障检测是检查系统错误状态的过程；平安袋用于防止软件执行错误对系统平安产生不利的影响。