工业4.0背景下芯片后端数据推进研究

闫明慧，刘幺和，国 宁

工业4.0背景下芯片后端数据推进研究

闫明慧，刘幺和，国 宁

（湖北工业大学机械工程学院，湖北武汉430068）

以面向工业4.0芯片制造系统为研究对象，以物联网前后端最佳匹配和云计算为基础，研究在.net环境下后端Restful Web Service的数据推进，并在Restful Web Service基础上，结合jQuery mobile技术，探索后端与移动终端的数据大小适配，从而在理论基础上解决芯片制造中后端数据推进及移动终端的数据抽取问题。

工业4.0；云制造；数据抽取；Restful Web Service

随着“工业4.0”的提出，传统制造业悄然向着“互联网＋”这一方向转型升级，作为提供底层技术的半导体芯片制造行业必须做出相应的调整［1］。近年来，电子产品更新速度的加快使得芯片的需求量逐步上升，与此同时，电子产品与移动互联网的紧密结合也不断催促着芯片制造前后端的海量数据在云平台上传输技术提高水平。制造商在不断引入新的技术和设备过程中，也为芯片生产增加了成本，而这一过程使得芯片在制造中交互庞大的数据。本研究通过在芯片制造数据传输过程中建立数据云平台，选择更有效地轻量级架构，使生产商更快捷获取芯片制造前道数据。

1 芯片制造过程中的数据推进

在半导体行业中，芯片制造分为前道工序和后道工序。前道工序主要以沙石形态的单晶硅为原材料生产出晶圆，后道工序则是对晶圆进行切割，然后通过封装、测试，制造出各种芯片［2］。后道工序依赖于前道工序的数据。然而，生产全球化导致前道工序和后道工序在不同的地方完成，常常造成数据资源交互的延时困难，因此，云制造的概念逐渐引入到芯片制造业中来。如图1所示，在云制造中，先建立资源共享的公共平台，再由半导体后道生产商将后道数据库中的数据输送到云平台，半导体前道生产商按照需求直接在云平台上下载数据，故而不需要其他工序的无用数据。这不但能有效减少因信息化投入对资金的占用，而且能节省成本。就目前来看，我国的芯片制造产业发展滞后，国外芯片制造的关键技术和设备虽很成熟，但还处于封锁状态，以致于我国半导体产业的发展不能满足国内行业对芯片的需求，极大地影响了芯片制造业的发展。因此，构建一个云制造平台来解决半导体前后道数据的传输问题很有必要。

图1 芯片制造中的数据云平台

随着芯片制造业由传统网络基础架构向云的方向迁移，云计算基础架构要实现自动化按需分配，需要依赖于数据中心、服务器、存储、虚拟化、软件轻量级设计和操作系统等对终端设备进行快速配置。有配置就有选择，有选择就有优化，因此，移动终端与后端也存在一个数据大小适配的问题［3］。数据大小适配是指物联网前后端数据适配，在物联网设计中，云端缓存容量过大会造成资源浪费，云端缓存容量太小就会导致数据流通不畅或数据阻塞。由此可见，如何解决后端数据大小适配的问题成为重中之重。

2 基于Restful Web Service的后端数据推进平台设计

2.1 Rsetful Web Service的选择

在物联网的移动终端设计过程中，硬件必须依赖后端软件交互模型适配。在数据交互处理中，目前有3种方式可以使用，即HTTP协议，SOAP协议和REST风格的Web Service（图2）。

图2 数据交互的三种方式

相较于HTTP和Web Service，REST应用范围十分全面，它是一种轻量级的Web Services架构风格，基于HTTP协议，因此，没有复杂的SOAP协议的引入，可以通过HTTP协议来实现，比SOAP更简洁［4］。在处理速度上，REST的优势十分明显。此外，REST还可以应用于除客户端以外的移动客户端，在这一点上，REST完全解决了海量数据传输时的大小适配问题。如今，越来越多的网站都发布了自己开发的API，主要是SOAP和REST两种不同风格的Web服务，虽然SOAP更成熟和权威，但是REST可将网络上事物抽象为资源然后操作而深受欢迎。由此可知，Rest风格的Web Service成为芯片制造业顺应工业4.0大潮的首要选择。

总而言之，芯片后端数据向云端推进的过程中，REST的主要优势如下：1）REST不仅可以完全直接使用HTTP来实现操作目的，也可以使用Cache来进行缓存，响应速度快；2）REST在操作过程中的性能、效率和易用性高，且远高于SOAP协议；3）在进行获取、创建、修改和删除资源等一系列操作时，REST使用的方法与HTTP协议所提供的GET、POST、PUT和DELETE方法相呼应，在降低开发复杂性的基础上提高系统的可伸缩性。由此可见，REST架构尤其适用于完全无状态的CRUD（Create、Read、Update、Delete）操作。

此外，JSON是一种服务于REST风格的轻量级数据交换格式。它既使用了完全独立于语言的文本格式，也采用了类似于C、C＃、Java等C语言家族的数据方式，符合阅读和编写习惯，也易于机器解析。这些特性使JSON成为理想的数据交换语言［5］。这种简单明了、易操作的特点，使得REST架构更适合基于浏览器和移动终端间的数据交互。

2.2 Restful Web Service架构设计

在.NET开发平台Visual Studio2010中，WCF最基本的通信机制是SOAP。SOAP可以是基于.Net到.Net间的通信，那么先从WCF最小的配置着手，首先创建一个Rest Web Service项目［6］。创建一个Rest Web Service项目的方法和创建一个ASP.NET网站的方法类似，使用C＃运行Visual Studio 2010的起始页，选择File－New－Project，在对话框中选择“WCF Service Application”模块（图4）。

图3 创建一个Rest Web Service项目

由图3可见，通过创建项目可以看到解决方案（即WCF服务和接口文件）已经创建，此时可以删除默认情况下创建的文件IService1.cs和Service1.svc（图4）。

图4 删除默认文件

然后在此基础上创建自己的界面和WCF服务文件，新的文件名为“RestServiceImpl.svc”（图5）。

图5 Rest风格的Web Service文件创立

至此，添加一个API，可以返回XML和JSON格式的数据，在IRestServiceImpl文件中添加以下代码：

［ServiceContract］

public interface IRestServiceImpl

｛

［OperationContract］

［WebInvoke（Method＝"GET"，

ResponseFormat＝WebMessageFormat.Xml，

BodyStyle＝WebMessageBodyStyle.Wrapped，

UriTemplate＝"xml／｛id｝"）］

string XMLData（string id）；

［OperationContract］

［WebInvoke（Method＝"GET"，

ResponseFormat＝WebMessageFormat.Json，

BodyStyle＝WebMessageBodyStyle.Wrapped，

UriTemplate＝"json／｛id｝"）］

string JSONData（string id）；

在以上代码中，可以看到两个不同的IRestService方式，即XML数据和JSON数据，最终XML数据返回于XML，JSON数据返回于JSON。然后，在文件restserviceimpl.svc.cs中添加如下代码：

public class RestServiceImpl：IRestServiceImpl

｛

＃region IRestService Members

public string XMLData（string id）；

｛

return"You requested product"＋id；

｝

public string JSONData（string id）；

｛

return"You requested product"＋id；

｝

＃endregion

｝

至此，Restful Web Service已建立。打开最后一个配置文件，这一部分包含详细的信息，下面是代码细节：

＜behaviors＞

＜serviceBehaviors＞＜behavior name＝"ServiceBehavior"＞

＜！－－To avoid disclosing metadata information，set the vaalue below to false and remove the metadata

＜serviceMetada httpGetEnabled＝"true"／＞

＜！－－To receive Exception details indexer faults for debugging purposes，set the value below to true.s

＜serviceDebug includeExceptionDetailInFaults＝"false"／＞

＜／behavior＞

＜／serviceBehaviors＞

＜endpointtBehaviors＞

＜behavior namespace＝"web"＞

＜webHttp／＞

＜／behavior＞

＜／endpointBehaviors＞

＜／behavios＞

Restful Web Service架构设计至此结束，下面进行测试可验证成功与否。

2.3 界面运行

由以上代码可以看出，uri直接指向本地地址，体现了Rest将网络上事物抽象为资源，并通过HTTP协议对资源进行操作，使设计者设计这种轻量级界面时不仅不受约束，且受益颇多。所以，相对于SOAP协议来说，REST就显得轻量而简洁。本地地址为http：／／localhost：35798／RestServiceImpl.sv，输入XML格式的地址http：／／localhost：35798／RestServiceImpl.svc／xml／123，便可得到上述代码中输入的字符串（图6）。

图6 运行界面

如果使用网址http：／／localhost：35798／RestServiceImpl.svc／json／123，那么浏览器则是如图7所示的XML格式。

图7 XML格式运行界面

由此可见，界面运行成功。此时，以.Net为平台的Rest风格的Web服务建立完成，后端轻量级数据库中的数据便可通过这一框架推送到云平台上。

3 基于jQuery mobile的移动端数据展示

在物联网的移动终端设计过程中，移动终端的硬件与后端软件之间始终存在着数据大小适配的问题［7］。然而，移动终端设计系统复杂，软硬件设计不易平衡，且移动搜索和传统互联网搜索差异很大，因此数据容量的转化成为一个问题［8］。由于RESTful Web Service可以直接从云端抽取数据，因而可以用于移动客户端上，所以，jQuery Mobile结合REST对于移动终端数据传输大小适配有着很优秀的承载性，可以利用jQuery mobile结合REST数据交互模式显示移动端的数据。

以半导体数据为例，当后端数据推送到云平台上以后，前端将数据传送到移动终端，登陆移动终端主要代码为：

＜div data－role＝"page"id＝"home"＞

＜div data－role＝"header"data－position＝"fixed"＞

＜h1＞半导体数据登录系统＜／h1＞

＜a href＝"＃setting"data－role＝"button"data－icon＝"gear"data－transition＝"slide"＞设置＜／a＞

＜／div＞

＜div data－role＝"content"id＝"homeContent"＞

＜label for＝"username"＞账号：＜／label＞

＜input type＝"text"id＝"username"placeholder＝"请输入用户名"／＞

＜label for＝"userpassword"＞密码：＜／label＞

＜input type＝"password"id＝"userpassword"placeholder＝"请输入密码"／＞

＜p＞＜／p＞

＜input type＝"checkbox"id＝"checkbox－0"data－role＝"none"／＞

＜label for＝"checkbox－0"＞记住密码＜／label＞

＜input type＝"checkbox"id＝"checkbox－2"data－role＝"none"／＞

＜label for＝"checkbox－2"＞登录＜／label＞

＜／div＞

在移动终端登录账号和密码后，即可得到所需要的数据，无需再通过HTTP转换，极大地加快了数据的提取过程，所显示的模拟界面见图8。

图8 模拟界面

4 结束语

在工业4.0大潮的推动下，随着人们对移动设备、智能互联设备等要求的提高，芯片制造业的改革和更新势在必行。在这种情况下，基于云制造的基础和.Net平台来研究后端Restful Web Service的数据推进，从而解决芯片制造中数据推进及移动终端的数据抽取等系列问题很有必要。然而，目前国内外普遍使用Java等软件作为Restful Web Service的载体平台，因此本文只涉及到一定的理论研究和数据模拟，随着“盛大云”等.net平台的不断开发，未来对Restful Web Service的研究也将越来越频繁，这也为芯片制造业带了机遇和挑战。

［1］ 崔定国.基于物联网技术的无缝针织企业MES系统［D］.杭州：杭州电子科技大学，2015.

［2］ 瞿梦菊.半导体封装行业制造执行系统的研究与应用［D］.南京：东南大学，2015.

［3］ 刘幺和.物联网的最优设计和数据适配技术［M］.北京：科学出版社，2014：14－15.

［4］ 程小飞.基于REST架构的Web Services的研究与设计［D］.武汉：武汉理工大学，2010.

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［6］ 蒋金楠.WCF技术剖析［M］.北京：电子工业出版社，2009.

［7］ 唐华承，闫明慧，刘幺和.基于移动终端的ERP财务管理模块数据分析及处理［J］.湖北工业大学学报，2016（4）：41－44.

［8］ 李采，刘幺和，花奇，等.基于Windows Phone移动ERP数据研究［J］.湖北工业大学学报，2015，30（2）：45－48.

Data Advance Based on Industrial 4.0Manufacturing Systemission

YAN Minghui，LIU Yaohe，GUO Ning
（School of Mechanical Engineering，Hubei Univ.of Tech.，Wuhan 430068，China）

This paper sets its research object on themanufacturing oriented industrial system based on the industrial 4.0.Based on the best matching before and after Internet of thing and cloud calculation，it focuses on the promoting of data advance of back－end Restful Web Service under the environment of.Net.Combined with jQuery，the paper explores the adaptation between back－end and mobile terminal data size，based on which it aims to theoretically solve the problem of back－end data advance in chip manufacturing and data extraction of the mobile terminal.

industrial 4.0；cloud manufacturing；data advance；restful web service

TN47

A

［责任编校：张 众］

1003－4684（2017）04－0031－04

2017－03－31

闫明慧（1989－），女，湖北武汉人，湖北工业大学硕士硕士生，研究方向为物联网