打造面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新應(yīng)用平臺

　　在過去的十年里，我們的社會變得越來越依賴最新的電子與通信技術(shù)，例如從移動設(shè)備到智能車輛再到家居自動化。通過將這些物品或“物”嵌入在電子產(chǎn)品、軟件和傳感器中并利用連接技術(shù)將其聯(lián)在一起，便構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng) （IoT）。物聯(lián)網(wǎng)概念由技術(shù)先驅(qū) Kevin Ashton 于 1999 年提出，指人、機(jī)器和基礎(chǔ)設(shè)施之間連接技術(shù)的發(fā)展將提升智能、業(yè)務(wù)洞察力、效率和創(chuàng)新水平。

　　圖 1 - 智能系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)的三大基本支柱：智能邊緣系統(tǒng)、多個系統(tǒng)中的單個系統(tǒng)和端到端分析。設(shè)備將變得越來越智能，并由軟件進(jìn)行定義。

　　IoT 潛力巨大，將給我們的生活帶來深遠(yuǎn)的影響。國家儀器的客戶在開發(fā)、部署和優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)核心部件（如消費(fèi)類/工業(yè)產(chǎn)品與系統(tǒng)）以及將這些產(chǎn)品與系統(tǒng)連接在一起的有線和無線基礎(chǔ)設(shè)施方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

　　國家儀器和賽靈思長達(dá)十多年的技術(shù)合作推出了眾多強(qiáng)大工具，助力工程師和科研人員開拓創(chuàng)新、重塑世界。從 NI FlexRIO 模塊到 CompactRIO 控制器，以及 NI 模塊上系統(tǒng)（SoM） 和 myRIO 設(shè)備，國家儀器已經(jīng)在其連續(xù)數(shù)代最先進(jìn)的產(chǎn)品上采用了賽靈思最新幾代器件。對幫助創(chuàng)新人員使用一體化軟硬件平臺設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測試這些智能化設(shè)備，國家儀器深感自豪。

　　物聯(lián)網(wǎng)面臨的重重挑戰(zhàn)

　　據(jù) Gartner 公司提供的數(shù)據(jù)來看，2015 年估計(jì)將有 49 億聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入使用，到 2020 年將增至 250 億。這些聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的覆蓋范圍廣，從智能工廠的機(jī)械設(shè)備、汽車中的高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS），到智能城市中的電網(wǎng)以及有助于延年益壽的保健可穿戴設(shè)備，無所不有。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的特征可描述為大量彼此通信，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)分析和行為，以提升工業(yè)績效、造福整個社會的聯(lián)網(wǎng)工業(yè)系統(tǒng)。

　　圖 2 - NI LabVIEW 的可重配置 I/O（RIO） 架構(gòu)基于四大組件之上：如處理器、可重配置FPGA、模塊化 I/O 硬件和圖形設(shè)計(jì)軟件。

　　通過傳感器和執(zhí)行器解決復(fù)雜的控制問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)字世界與物理世界對接的工業(yè)系統(tǒng)，即為常說的信息物理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)正結(jié)合使用大模擬數(shù)據(jù) （Big Analog Data） 解決方案，并通過數(shù)據(jù)和分析掌握更深度信息。試想工業(yè)系統(tǒng)能夠調(diào)整自己的環(huán)境乃至自己的健康狀況。機(jī)械設(shè)備不會一直使用到出現(xiàn)故障，而是調(diào)度自己的維護(hù)工作，甚至是動態(tài)調(diào)整自己的控制算法以彌補(bǔ)磨損部件，然后將該數(shù)據(jù)通告給其他機(jī)器設(shè)備和使用這些機(jī)器設(shè)備的操作人員。

　　在此基礎(chǔ)上，圖1所示的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域還可以進(jìn)一步細(xì)分為三個部分：智能邊緣（傳感器/執(zhí)行器）、System of Systems （SoS），以及在滿足時延、同步和可靠性要求的同時支持所有連接和數(shù)據(jù)分析的端對端分析功能。通常，這些智能產(chǎn)品由不同廠商生產(chǎn)，因此所使用的嵌入式處理器、協(xié)議和軟件各不相同。貫穿整個設(shè)計(jì)周期直到最終部署過程的產(chǎn)品集成是一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)全聯(lián)網(wǎng)的世界需要采用基于平臺的方法。

　　基于平臺的設(shè)計(jì)

　　基于平臺設(shè)計(jì)概念源于形式化建模技術(shù)、明確定義的抽象層次和關(guān)注點(diǎn)分離，以實(shí)現(xiàn)有效的設(shè)計(jì)流程。所有這些因素對設(shè)計(jì)和構(gòu)建 IoT 系統(tǒng)至關(guān)重要。其旨在為工程師提供合適的抽象層次，以及到其他采用不同軟件語言（或框架）和不同硬件協(xié)議的元件和子系統(tǒng)的連接。在過去四十年里，國家儀器提供了眾多強(qiáng)大靈活的技術(shù)解決方案，助力工程師和科研人員提升生產(chǎn)力、創(chuàng)新及開發(fā)能力。國家儀器大力投資開發(fā)一體化軟硬件平臺，以幫助醫(yī)療保健、汽車、消費(fèi)類電子、粒子物理等領(lǐng)域的廣大客戶降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

　　具體而言，圖 2 所示的 NI LabVIEW 可重配置I/O（RIO） 架構(gòu)充分發(fā)揮開放性 LabVIEW 軟件和商用現(xiàn)成 （COTS） 硬件的優(yōu)勢，為設(shè)計(jì)和構(gòu)建 IoT 系統(tǒng)提供通用架構(gòu)。近期 LabVIEW RIO 再度融合賽靈思 Zynq?-7000 All Programmable SoC 平臺。這樣通過引入 Linux 實(shí)時操作系統(tǒng) （RTOS） 以及采用相同芯片組創(chuàng)建同時覆蓋學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的平臺，將不斷促進(jìn)開放性和可擴(kuò)展性。將 LabVIEW RIO 架構(gòu)與 NI DIAdem 和 NI InsightCM 等技術(shù)結(jié)合用于數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)匯聚，客戶可以在整個產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期中設(shè)計(jì)、構(gòu)建和測試 IoT 設(shè)備，運(yùn)用通用平臺和架構(gòu)開展預(yù)防性維護(hù)工作。
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