工业APP的关键技术与开发平台.docx

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工业APP的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开发路线图

1.1开发路线图

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线。

1）需求分析：

根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：

对涉及的工业知识进行梳理，建立工业知识体系，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：

对工业知识进行抽象形成模型，并根据开发平台、部署和运行平台，结合互操作和可移植，选择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：

根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：

采用全生命周期、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：

根据技术和环境的变化，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是面向特定应用场景的应用软件，目前工业APP开发应当注重需求导向，设计合理的商业模式，进行充分的可行性分析；建立能力完整的团队，包含需求、业务、软硬件设计、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多采用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）：

协调控制三个层面来考虑。

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控制。

不同的工业APP在架构模式上一般是一致的，只是在数据模型与业务逻辑上有许多内置的工业领域相关的已有组件，这些组件是包含有特定的工业知识，具有工业特色。

2工业APP关键技术

2.1工业APP建模技术

复杂的工业技术内部包含大量更为具体的工业技术或科学知识，这些技术方法常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，从而有序地调用具体技术和方法，进而达到支撑设计、试验、生产和保障等各种目标。

在面向技术流程形成工业APP的过程中，需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。

技术流程建模需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，同时也需要根据不同技术流程的使用方式实现连续驱动或断点驱动。

2.2工业技术封装技术

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，根据其内部复杂性不同，可以继续进行细分，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，特别是成熟、广泛应用通用工业软件，可以将面向特定领域的工业技术细分到可以采用其他工业软件（或其中一部分，例如解算器）为止。

此时，可以采用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，如果这些方法及工业APP之间关系非常紧密，具有高度内聚性，则可以采用代码、脚本等方式封装；如果较为简单，则可以采用技术流程封装。

2.3工业APP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开发平台需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。

技术数据管理需要按照工业技术的特点，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，很多工业技术需要依赖各种材料数据库、型号数据库、零部件数据库等，所以需要建立相应的基础数据库。

最后，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，这些数据需要按需进行管理。

2.4技术对象集成

工业技术的运行具有大量的使用环境，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，需要与这些对象开展集成。

技术对象集成一般采用适配器的方式完成。

适配器具有两个方向的接口，一个接口面向技术对象，可以基于个性化的数据交换规范实现集成；另一个接口面向平台，可以采用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用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个性化集成规范要求。

常见的技术对象集成是在封装过程中，如果已有相应国内外标准参考，尽量基于标准开发适配器；如果没有，则常常需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，其开发也需要各种软件开发工具实现。

当前软件行业开发工具很多，既有针对不同编程语言的通用开发系统，也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，开发人员既需要了解业务知识，也需要灵活使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，如果完全采用编码的方式，则需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开发平台主要是面向工业领域工程师使用的软件开发平台，可以提供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，轻松完成面向业务内容的开发，其对软件开发知识一般要求较小。

工业APP开发平台主要包括工业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，可以方便工程师按照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，建模环境一般也提供便捷的代码封装方式，将一些复杂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

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、具有一定共性的工业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向新的场景，封装一些个性化的工业技术，从而减少了大量的重复封装工作。

模板库一般可以按照行业、产品、阶段、模板类型等不同维度进行分类，并提供快速检索等功能。

此外模型库常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关键模块。

由于工业APP常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；但是对于很多技术对象而言，适配器常常是专用的。

所以，资源库需要准确管理技术对象和适配器之间的匹配关系。

如同工业APP模板一样，技术对象资源库常常也需要分门别类、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质量控制模块。

工业APP测试是在工业APP交付前的重要质量环节。

测试环境需要与建模环境进行深度集成，从而方便工程师在开发过程中，及时针对内部流程、数据模型、外部接口和使用交互等各项内容进行全方位测试，全面提醒软件缺陷位置，并在一定范围内提供修改建议。

工业APP测试不仅仅需要保障不存在软件开发bug、软件安全缺陷等项目，更需要测试工业APP是否满足于工业场景的功能应用需求。

4开发质量控制

4.1过程质量控制

工业APP作为一类面向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可靠性和安全性有更严格的要求。

质量控制的核心要义是验证和确认（V&V）。

工业APP开发过程中存在的典型问题主要有：

（1）管理方面。

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；计划过程粗略，开发执行控制不力；缺乏需求基准；需求变更控制不力；配置管理缺失，文档和代码版本控制混乱；过程质量数据收集欠缺等。

（2）技术方面。

需求分析不到位，未确切理解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足明确或隐含需求的能力有关的特性。

软件质量形成于过程，工业APP开发过程的质量控制可从软件测试、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工业APP测试，但工业APP直接应用于工业企业的设计、生产、运维和管理过程，对质量、可靠性和安全性的要求更高。

从测试内容的角度来说，工业APP测试需要关注其场景符合性和适应性，同时也要重点关注工业APP的安全性，以及对非法操作、异常情况下的处理能力。

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、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天然的专业优势，可以从总体和全过程层面提供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、高安全发展提供支撑。

4.2安全设计技术

工业APP用于工业生产环境，容易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可估量的灾难，对工业APP的质量，尤其是安全性有更高的要求。

特别是在安全性方面，普通APP往往关注信息安全，而工业APP不仅要重视信息安全，更要重视功能安全。

国内外因为软件的功能安全而造成重大财产损失、严重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安全事故背后的原因都是安全相关系统的功能失效。

国际电工委员会（IEC）率先为促进安全攸关产品的安全性水平提升，国际上电气和电子工程师协会于2000年发布了首个产品安全性标准——IEC61508-1:

1998《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全要求》，该标准从研发过程管理、安全保障技术等多个方面对安全相关产品（含软件）提出了要求。

该标准对功能安全的定义是指受控装备和受控装备控制系统整体安全相关部分的属性，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。

软件安全性问题已经成为软件开发中的关键问题。

工业APP在设计和使用时，对安全性的考虑直接响应到工业系统或工业产品的安全性，因此，应针对工业APP开展安全风险分析和安全性

设计。

在对工业APP开展安全分析时，应用于功能安全领域的常用

风险分析方法主要有HAZOP方法；信息安全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进行安全设计时，安全性设计规范一般来自于系统

规定的安全要求与软件体系结构的要求两方面。

在对工业APP进行安全设计时，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安全性设计方法包括防御性编程、故障检测与诊断、纠错码、安全袋技术。

其中防御性编程是设计可以

检测其执行期间产生的异常控制流、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；安全袋用于防止软件执行错误对系统安全产

生不利的影响。