引言:现在有很多的年轻人都特别喜欢电子产品，不管是手机还是电子手表，或者是一些其他高科技的产品。那有哪些产品可能在一开始的时候，觉得没有什么用。但是等到买了之后，才发现太好用了？

很多人可能觉得智能手表并没有什么用，不就是看一个时间吗？其实小编想告诉大家的是，智能手表真的非常好用，而且还有很多的功能。现在有很多智能手表，不仅可以看时间同时还可以监测人体的健康状况。它可以帮助人体测量血压，同时还可以监测心跳的频率。对于一些身体患有疾病的人，或者是一些老年人来说非常的适合。而且在智能手表上还可以看微信或者是看抖音，所以现在有很多的年轻人都喜欢买智能手表戴。除了好看以外，还很使用。

对于一些特别喜欢听音乐的小伙伴们来说，可能非常需要一款耳机。当时大部分人会觉得有线耳机跟无线耳机有什么区别呢？只要能够方便听音乐就好了。那不知道小伙伴们有没有这种感觉，就是在你走路的时候或者是坐车的时候，有线耳机非常的不方便，而且在收纳的时候也非常费事。因此，有越来越多的人都想入手一款无线耳机。首先是因为无线耳机的音效比普通的耳机得到了提高，然后就是在收纳的时候比较方便，而且还可以随时充电。

说到听音乐的时候，小编觉得智能音箱也是一个很不错的选择。传统的音箱可能需要连接上电脑，或者是连接上蓝牙才行。然而智能音箱在使用的时候，就非常方便啦。同时不仅可以听音乐，还可以听一些有声小说，或者是听电台节目。可以满足不同的需求，甚至还可以定闹钟，查询天气以及时间等等。所以小编觉得入手一款智能音箱，也非常方便我们的生活。有可能很多人在没有买之前，会觉得一个音箱有什么呀？买完了之后就对他爱不释手，每天都要使用。

摘要： 组织应该面对网络安全攻击，这可以强烈影响他们的操作流程，业务形象，和关键信息的安全。建立安全机制有助于减少可能被攻击者利用的弱点;然而，它们并不总是足够的，而且一次攻击可能会成功。因此，组织需要建立计划或过程来处理这些安全事件，甚至构建称为CSIRTs的事件响应团队。由于不同形式的攻击和海量数据的增长，处理网络安全事件需要适应新的安全管理策略。从这个意义上说，将大数据、人工智能和数据分析应用于网络安全，被定义为认知安全，提出了一种可行的替代方案，但有必要考虑，如果没有对网络安全专家进行充分培训，或者如果使用了他们的技术和非技术技能，技术解决方案就会缺乏有效性。在人类技能和技术解决方案之间建立密切的相互关系可以帮助设计一个充分和有效的检测和自动化过程，从而改进安全事件的处理。本研究分析了认知安全技术解决方案与网络安全专家技能之间的相互关系。提出了一个通过建立态势感知来进行决策的自动化事件响应框架。

一、引言

由于技术在不同领域的扩展，如金融服务、医疗服务、公共服务以及水、电、电信等关键基础设施，计算机安全已成为社会的一个基本要素。根据麻省理工学院(MIT)的说法，安全团队将面临的风险主要是针对物联网(IoT)设备、区块链和关键基础设施[1]的攻击;例如，麻省理工学院提到，攻击者在2019年主要使用人工智能和量子技术进行攻击。这种情况涉及有准备充分的组织和有能力面对这些新挑战的安全专业人员;在国际层面上，一些组织已经定义了通过称为计算机事件响应小组(CSIRTs)[2]的专家和研究人员团队快速响应安全风险的策略。CSIRT由来自网络安全、法律、心理学和数据分析师等领域的专家组成。CSIRT根据预先设定的程序和政策，对网络安全事件做出快速有效的反应，并降低网络攻击的风险。

CSIRTs中的安全分析人员需要处理大量的数据，以便i)确定触发可能的攻击警报的模式或异常，ii)更快速和有效地执行检测过程。CSIRTs的成员正在寻求基于技术解决方案的新策略，如大数据、机器学习和数据科学[3]。为了加快数据分析方法[4]的研究进程，美国国家标准与技术研究院(NIST)等国际组织启动了数据科学研究计划(DSRP)。在网络安全领域，认知科学在信息安全过程中的应用推动了认知安全[5]的概念;这允许进行预测性和说明性分析，从而提供安全攻击的可能影响的视图。CSIRTs成功的另一个关键因素是团队协作能力和对不同环境的适应能力。在21世纪的[7]时代，安全专业人员需要团队合作、批判性思维和沟通等技能。2015年9月,一个之间的协作计算机协会(ACM), IEEE计算机协会(IEEE CS),信息系统协会特殊利益集团对信息安全和隐私(AIS SIGSEC),以及国际信息处理联合会技术委员会信息安全教育(118联合会WG)提出了一个网络安全教育课程指南提到非技术技能计价的软技能,对于安全专业人员来说至关重要，并专注于:团队合作、沟通、情景感知的生成，以及使用不同组织文化[8]的操作。

在组织中产生网络安全态势感知的能力允许确定积极的策略来面对正在进行的和即将到来的攻击或威胁。情境意识产生于三个认知过程:认知、理解和投射。认知过程是人类行为固有的，它会受到不同因素的影响，例如:压力、疲劳、分心、物理或环境条件。分析任务的绩效以及这些因素的影响是一些研究者感兴趣的。例如，Robert Karasek提出了需求控制模型[9]，该模型研究了计算机人员在不同工作领域的认知、情感和身体需求，计算机人员的心理需求水平较高。在此背景下，发展认知策略在信息加工的各个层面都是必要的;此外，还需要分析执行功能如何通过:抑止控制、工作记忆处理[10]优化来整合各级信息处理，从而帮助网络安全专业人员高效工作和充足的响应时间。

在这项研究中，我们提出了一个模型来整合网络安全领域的认知技能、团队合作和数据分析，如图1所示。认知安全可以利用安全分析人员的认知能力的特点，将这种知识和智能转移到计算机系统中;通过这样做，他们可以向安全团队执行一个即时响应动作或通知，以做出针对安全攻击的决策，如图1所示。

研究的其余部分组织如下。第二节介绍了有关自动网络安全响应的相关工作。第三节介绍了心理学在网络安全中的重要性的背景。第四部分提出了一个基于认知过程的自动化网络安全框架的建议。最后，第六部分总结了本文的研究结论，并提出了今后的工作方向。

二、相关工作

根据麻省理工学院评论[11]的分析，在2018年，城市将安装多层传感器来监测空气质量、垃圾水平或交通量;这一预测，加上Gartnert对2020年的预测，[12]将有204亿台联网设备。在新的安全场景中，组织必须面对网络或计算平台的规模和复杂性的急剧变化，这些网络或计算平台是组织支持服务提供和设备连接的基础。在这种新的背景下，传统的安全解决方案的行动能力和人类对安全事件的检测和响应能力受到了限制。为组织和研究人员评估的网络安全的替代方案是使用认知模型作为一种提议，以增强计算环境的安全性和扩大人类的分析能力。

在[13]中，作者提出了一个基于机器学习的检测与基于时间逻辑的分析的组合，允许区分异常和启用动态网络响应。在[14]中，包括对个人设备的认知安全的使用，以允许设备识别所有者和自主安全，以便设备采取自己的安全决策。基于函数和依赖关系[15]的知识，可以实现诊断的自动化。在“数字服务生态系统中的自主计算方法调查”[16]中，提出了应用自主计算概念的25种不同的数字生态系统，在[13]中，提出了认知安全方法如何能够建立“良好异常”来建立正常的操作参数，以及任何变化如何生成网络设备的自动自动重新配置来控制数据流。

三、认知技能和网络安全

a 态势感知

态势感知被定义为，从心理学领域，作为一种能力，产生对他的生活的理解，基于他的经验[17]。这一概念已适用于计算机系统领域;例如，Lewis将计算系统的自我意识定义为基于内部和外部事件[18]获取自身知识的能力。在[19]中，自我意识被定义为为计算机系统生成关于自身和环境的知识，并根据这些知识决定将要执行的行动的能力。

1)网络安全态势感知(CSA):态势感知(SA)的概念描述了组织当前的威胁和攻击情况，可能的攻击的影响，以及攻击者的识别和用户行为[20]。分析人员必须了解安全情况并确定影响的可能性。为了生成态势感知，我们可以使用OODA循环。Breton提出的认知OODA循环是基于感知、理解和投射[21]的认知过程。表一展示了认知阶段、认知过程和根据Brenton的提案产生的产品之间的关系。

2)网络认知态势感知(CCSA):

为了建立组织的网络安全态势意识，我们可以依靠面向决策过程的认知方面的支持。适应了网络空间的感知、理解和投射的认知过程，我们将拥有如表二所示的关系。

b 非技术技能

美国国土安全部(DHS)和国家网络安全联盟(NCSA)等组织都开展了国家网络安全意识月活动，在2018年庆祝了第15届[22]，以促进社区了解数字环境中的风险和威胁的相关方面。在这些领域中，安全专业人员必须具有非技术技能，以便能够以清晰和一致的方式向一组没有技术背景的人员传播知识。针对组织内的网络安全，防御策略基于风险管理，如图2所示分为四个级别的网络安全风险管理生命周期。

在网络安全风险管理生命周期内，至少需要以下人员:

•团队领导/协调员;

•负责系统和信息安全;

•沟通团队或公关;

•分类器或分类;

•事件管理团队-二级;

•法律团队。

这强调了在一个由不同学科的专业人员共同协作的环境中发展协作技能的必要性，因此团队合作对于网络安全专家来说是一项非常重要的技能。Newstrom提到，21世纪的组织或公司更加灵活，能够迅速适应变化，横向关系更加有效;因此，今天的组织更加重视灵活的结构和横向沟通。任务和角色以更开放的方式定义，环境更加动态，团队的创建允许实现所描述的方面。莫林认为，复杂性和多学科工作是21世纪的一部分，未来的教育必须以人类状况和人类之间的多样化关系为中心。Morin在《21世纪教育》中提到的另一个重要方面是让学生准备好面对日常生活中不同事件所产生的不确定性。

关于Morin提到的关于关注学生人性方面的第一个方面，开始强调以加强技能为重点的培训可能是很重要的。芒福德将技能分为四类[25]:

1)认知能力;

2)人际交往能力;

3)业务技能;

4)战略技能。

一般来说，在网络安全领域的大学主要关注提高认知、商业和战略技能，但不太关注非技术技能。根据Mumford提出的分类，团队合作、协作、沟通和网络被包括在人际交往技能的类别中。未来的网络安全专业人士正在大学学习;因此，工程教育需要鼓励非技术技能的发展。Kyllonen提出了21世纪需要的技能，其中以下提到[7]:

•批判性思维;

•口头和书面沟通;

•劳动伦理;

•团队合作;

•合作;

•专业;

•故障排除。

良好的网络安全工作人员框架[26]为安全专业人员建立了一套知识、技能和能力与非技术方面相关，如:

•有能力参与计划小组，协调小组和任务小组的工作;

•能够运用合作技巧和策略;

•应用批判性阅读/思考技能的能力;

•与他人有效合作的能力。

关于Morin在计算机科学领域提出的第二个方面，即不确定性，一些作者如[27]和[28]提到，软件开发过程中的不确定性可能与人的参与、并发性和问题领域的不确定性有关。在软件环境中，产品的开发和用户最初提出的需求的变化之间可能会出现不确定性。在网络安全领域，不确定性可能与其他方面有关，如时间、类型和网络攻击的目标。

团队合作也会产生不确定性;在[29]中，作者提到，不确定性可以在人的功能和环境工作中产生，取决于诸如先见者、利他主义智力、收获和意外收获等变量。在[30]中，作者认为，不确定性取决于团队的结构和成员之间的相互作用。

如图3所示，在21世纪的教育背景下，对计算机科学工程专业的学生进行网络安全领域的教育，主要有四个方面是必须要做的。

四、基于认知技能的网络安全自动反应

我们对事件反应自动化的建议是基于建立态势意识的重要性，在理解组织安全的积极和消极方面的基础上做出正确的决策。我们的提议利用了协作的方法来产生自我意识和决策，是基于安全分析师的认知过程的重要性，以能够确定一个安全事件在多个事件之间，它必须被识别出一个异常行为，可以警告攻击。我们的建议中考虑的一个方面是为了加强认知过程。在2017年RSA会议上，IBM[31]展示了安全分析师在调查事件时必须执行的认知任务，在表III中，我们提出了网络安全认知任务和认知过程之间的联系。

对于自动响应安全事件的过程，我们提出了如图4所示的分层架构。我们的建议强调分析层，在分析层中对不同来源(如传感器、日志或安全博客)获得的数据进行理解。此外，在这一层中，安全分析人员的经验和有效的沟通是最基本的，因为它将预测充分评估事件，并将其归类为事件，并建立最适当的决策，以减少攻击的影响。具体地说，在这一层中，我们提出了两个允许建立情境意识的子组件:i)自动学习的子组件和ii)团队合作。这两个子组件共享一种直接交流的方式，目的是生成标签，用于培训基于分析人员通过互动和交换思想生成的知识的监督学习算法。另一方面，无监督学习算法可以检测不容易检测到的模式或异常，并提醒安全分析人员确定它们是否与共同的安全攻击相对应。

设计了一个基于数据管理流程的框架，以确保不同层次数据的完整性和质量;然后,它包括:

•收集;

•准备;

•分析;

•可视化;

•访问。

在下面的图4中，我们将详细描述组成我们所提议的框架的层。

a)网络收集层:涵盖将用于创建网络安全态势感知的信息来源。在资料来源中，可以考虑下列情况:

•网络模拟平台;

•传感器;

•入侵检测系统;

•脆弱性分析;

•安全门户、博客或订阅源;

•netflow;

•服务器和网络设备日志。

b)基础设施层:基础设施层包含以下组件:

•数据收集服务器，在这些服务器中，将对不同来源的信息进行数据摄取处理。至少考虑三个服务器来实现负载平衡和高可用性。

•索引服务器，在这些服务器中执行数据索引的过程，并在此基础上定义属性，在此基础上对数据进行调试和处理，生成可视化层的信息。至少考虑两台服务器用于负载平衡和高可用性进程。

•队列管理服务器,该服务器建立流程管理大数据解决方案的处理资源在多个请求信息同时执行报告服务器和数据可视化,这个服务器处理数据可视化工具,允许与分析师能够执行的交互信息的查询。

•入侵检测服务器，在此服务器中定义了检测与安全攻击相关的模式的规则，服务器可以访问安全传感器。

•警报管理服务器，在此服务器中，警报管理被定义为在检测到异常模式时通知分析师，在此服务器中包含了一个事件管理系统，允许在检测到安全事件前对升级进行流控制。

c)索引层:用于定义搜索字典。

d)态势感知层:这一层是我们的核心建议。在这一层的目标是建立一个基线安全状态的一个组织,为此我们考虑两个部分,第一个组成的机器学习算法,允许识别模式或异常基于预处理来自不同数据源的数据服务器日志,第二部分称为团队合作产生自我意识的建立基于CSIRT安全分析人士的合作。基于团队产生的知识，你可以训练学习算法来提高它们的准确性。

e)分类层:它定义了针对安全分析师、CsIRT或事件管理过程中的其他参与者生成的警报。根据良好做法，明智的做法是定义警报级别的分类。

f)自动响应层:它定义了可以自动的响应动作，因为这对于建立安全事件管理计划是必要的。

五、讨论

在心理学研究中，工作绩效是一个寻求提高工作绩效的话题，考虑到个人和环境变量。我们在这项研究中分析的变量是在网络安全领域执行事件管理的专业人员的认知技能。我们认为，与执行功能相关的认知过程越高，安全分析人员所解决的任务的性能就越好，这是由于对减少攻击影响的快速响应要求越高。出于这个原因，加强认知灵活性是至关重要的，以便i)扩大事件数据的分析，ii)能够可视化更多的可能性，以面对网络攻击，ii)发展抑制控制，以提高其决策的精确度和有效性。另一方面，工作记忆对于经验的储存和随后对这些信息的使用起着至关重要的作用，所以这种认知过程也有助于对组织所面临的风险和威胁的情况形成意识。另一个关键变量与事件管理专业人员工作中的压力管理有关，以制定策略，使他们能够抵消劳动力需求。

在基于态势感知的网络安全管理模型中，分析执行功能是否集成感知、理解和投射过程，以提高任务绩效，可以增强决策过程。非技术技能在许多方面起着至关重要的作用，因为如果没有足够的沟通和建立共享知识的能力，网络安全团队将无法达到应对安全攻击所需的效率。例如，在面对出现的事件或问题时，处理复杂性不应该由安全分析人员进行简单的推理，而是要能够生成表示复杂性的心理模型，并作为一个团队进行工作。这种理解可能很复杂，因此，管理共享的心理地图等建议可能具有重要意义。另一个事实是多学科工作，来自不同领域的专家必须一起参与，但是由于对这对搭档的知识有限、不同的技术词汇和异质的工作方法，存在交互问题。最后，处理活动或与其他团队成员交互的结果的不确定性。

提出的大数据模型涵盖了网络安全状态(网络安全态势感知)知识生成必须考虑的不同组成部分。仅仅实现一个大数据架构是不足以解决处理海量数据处理的问题的，我们应该致力于寻找可靠的信息源，建立数据质量控制流程，生成安全承诺指标，并定义更新数据时间。

为了从安全分析师可以处理的信息中建立态势感知，我们提出了一个由4个模块组成的框架，如图5所示:来源、认知过程、协作安全任务和软技能。团队合作支持四个模块。在[23]中，作者提到团队的目标是鼓励成员分析他们一起工作的方式，识别他们的弱点，并开发新的协作形式。要做到这一点，学习过程必须把重点放在任务上。按照装备建设[23]的Newstrom模型，我们在网络安全领域提出以下建议:

•经过培训的专家识别问题;

•数据收集;

•反馈行动计划的制定;

•生成态势感知;

•解决方案经验;

•持续改进。

六、结论和未来工作

技术和社会的变化产生了动态和复杂的环境，产生了大量的数据。这一事实给安全分析人员带来了新的挑战，他们必须处理数据以确定允许识别威胁或安全攻击的模式或异常情况。认知安全的使用提供了在短时间内处理大量不同格式数据的能力，从而提高了安全操作的有效性。在网络安全领域，大数据主要用于监控行动和异常检测，这些行动集中在反应性安全策略上，但其他安全活动可以通过大数据分析增强，用于主动战略，如威胁搜索或网络欺骗。

事件管理的网络安全任务包括识别有关事件的数据，以确定攻击场景的振幅。从有关威胁和攻击的数据中发展经验，可以建立对网络安全状况的意识。建立网络安全态势意识需要认知和情感技能，其中认知过程的能力至关重要;感知和注意是允许安全分析人员从外部环境收集信息的第一个过滤器。与工作记忆、认知灵活性和抑制性控制相关的高级认知过程参与决策和事件管理任务中外部化的行为。

通过以下两种技能，可以实现安全分析师认知过程的持续改进:

1)过程控制。过程控制是团队成员的一项重要技能，因为它帮助成员有建设性地感知、理解和反应。

2)反馈让你有数据支撑你的决定，根据他们对团队其他成员的看法自我修正。

关于大数据和机器学习在安全领域的应用，在商业和学术领域有不同的建议;然而，它们并没有得到广泛实施。我们认为，今后一项可能的工作是分析造成这种情况的原因，一般来说，可能是预算、人员经验、技术支持不足。此外，通过焦点小组进行的综述可能是补充本研究的重要贡献。

物流平台 E P C 技术及其在物流仓储管理中的应用初探王晓华 易 久 北京石油化工学院经济管理学院 纪玉超 青岛理工大学〔摘 要〕 本文简要介绍了EPC技术的基本原理和工作特点， 详细阐述了在物流仓储管理中应用EPC技术的优势和必要 性， 同时指出了EPC技术在当前应用中所存在的问题。 〔关键词〕 EPC 物流管理 仓储管理 一、 引言 随着科学技术和物流管理的不断发展， 仓储管理已成为现代 物流管理中的重要环节。 为使仓储管理能够更有效支持物流管理 上的各个环节， 把最新的高科技技术应用于仓储管理已成为业内 人士所关注的重点。 新近发展起来的产品电子代码EPC技术， 由 于可以克服传统物流仓储管理过程中所使用的商品条形码的许多 缺点， 已经成为国际物流界关注和研究的热点。 因此， 积极探索 和应用基于EPC技术的仓储管理系统， 对提高物流仓储管理的总 体水平具有重要的意义。 二、 EPC技术简介 1999年美国麻省理工学院一位天才教授提出了EPC开放网络 的构想， 在国际条码组织 （EAN．UCC） 宝洁公司、 、 可口可乐、 沃 尔马、 SAP、 SUN、 等全球 83跨国公司的支持下， IBM 开始了这 个发展计划。 并于2003年10月成立了EPC GLOBLE 全球组织， 推 广EPC和物联网的应用。 EPC开放网络系统 （物联网） 是在计算机互联网和射频技术 RFID的基础上， 利用全球统一标识系统编码技术给每一个实体对 象一个惟一的代码， 其最终目标是为每一单品建立全球的、 开放 的标识标准， 构造了一个实现全球物品信息实时共享的 “Internet of things”它主要由EPC编码体系、 。 射频识别系统和信息网络系 统三部分组成。 1．EPC编码体系 EPC编码是国际条码组织推出的与EAN．UCC 码兼容的新一代 的编码标准。 与原来的产品条码仅是对产品分类的编码所不同的 是， EPC编码可以对每个单品都赋予一个全球惟一编码。 EPC码是 由一个版本号 （标头） 加上另外三段数据 （依次为域名管理者、 物 品对象分类、 序列号） 组成的一组数字。 其中版本号标识EPC的 版本号， 它使得EPC随后的码段可以有不同的长度 域名管理是 ； 描述与此EPC相关的生产厂商的信息 对象分类记录产品精确类 ； 型的信息 序列号则惟一标识货品。如图1所示） ； （ 。 中的EPC代码并将其输入网络信息系统的电子设备。 射频识读器 使用多种方式与标签交互信息， 近距离读取被动标签中信息最常 用的方法就是电感式耦合。 只要贴近， 盘绕解读器的天线与盘绕 标签的天线之间就形成了一个磁场， 标签就是利用这个磁场发送 电磁波给解读器， 这些返回的电磁波被转换为数据信息， 即标签 的 EPC编码。 3．信息网络系统 信息网络系统的功能是实现物联网中的信息管理和流通。 物 联网的信息网络系统是在全球互联网的基础上， 通过SAVANT管 理软件系统、 对象名称解析服务 （ONS） 和物理标记语言 （PML） 在世界范围内构建出实物互联网。 SAVANT系统需要完成的主要 任务是数据校对、 解读器协调、 数据传送、 数据存储和任务管理。 ONS是一个自动的网络服务系统， 它主要完成的任务是通过将EPC 码与相应产品信息进行匹配来查找相关实物的参考信息。 在EPC 网络系统中所有关于产品有用的信息都用一种新型的标准的计算 机语言——PML所书写， PML提供一种通用的方法来描述自然物 体。 4．EPC编码的识读流程 在由 EPC标签、 识读器、 SAVANT服务器、 INTERNET、 ONS服 务器、 PML服务器以及众多数据库组成的实物互联网中， 识读器 都可以从任何一个贴有射频标签的物品上读取一个EPC码， 并将 信息传送到 SAVANT系统， 由分布式的 SAVANT软件系统处理和 管理所读取的一连串EPC信息。 由于在标签上只有一个EPC码， 计 算机需要知道与该EPC匹配的其他信息， 这就需要ONS来提供一 种自动化的网络数据库服务， SAVANT通过INTERNET将EPC传给 ONS， ONS经过解析得到一个保存着产品文件的PML服务器， 并 指示 SAVANT 到该 PML 服务器查找， 此后， SAVANT 向远程的 PML 服务器发送读取 PML数据的请求， PML服务器返回给 SAVANT它 所请求的PML数据， 再由SAVANT处理新读取的EPC码的内容， 由 此相应的产品信息就能传到供应链上。 5．EPC技术的优点 EPC技术与传统的条码技术相比主要有以下几个方面的优点。 （1） 惟一识别。 传统的条码技术只能识别一类产品， 而EPC码 因为其特殊的编码机制， 使其可以为每一个单品提供惟一的标示。 而产品的惟一识别对于某些产品来说是非常重要的。 （2）是 EAN．UCC 的延续和拓展。 由于 EAN 和 UCC 两大组织 合作，将 EPC 作为 EAN．UCC 系统的继承和发展，并与 EAN．UCC 系统中的GTIN兼容， 同时采用开放型的标准制定和层级管理机 制， 来推广EPC在全球的应用， 使这一物流新技术具有强大的生 命力。 图1 EPC编码结构 2．射频识别系统 EPC射频识别系统是实现EPC代码自动采集的功能模块， 由射 频标签和射频识读器组成。 射频标签是EPC的信息载体， 96位或 者64位EPC码是存储在射频标签中的惟一信息。 射频标签主要由 天线和芯片组成， 附着于可跟踪的物品上， 在全球流通。 射频识读器与信息网络系统相连实现数据交换， 是读取标签 133 《商场现代化》2006年 7 月 （上旬刊） 总第 472期 物流平台（3） 读取方便。 传统的条码采用的是可视传播技术， 即扫描 仪必须对准条码才可以读取。 而EPC系统射频标签与射频识读器 之间利用无线电感应方式进行信息交换， 可实现无接触、 非直视 处理， 只需在一定范围内感应就可以， 此外还可以在运动中读取， 并可以多个标签同时读取。 这大大减少了人的参与， 提高了识别 效率。 （4） 信息共享。 基于INTERNET的EPC开放网络系统给出了一 个物体在供应链中信息共享的解决方案和标准， 使物品信息在有 了更好的共享方案。 三、 EPC技术应用于物流仓储管理的优势和必要性分析 现代物流是一个包括采购、 存储、 生产、 包装、 装卸、 运输、 加工、 配送、 销售和服务活动的系统工程， 特别要求信息获取与 处理的快速与准确。 而仓储管理又是物流管理中的重要环节。 因 此， 利用高新技术提高仓储管理的智能化水平是非常必要的。 由 于EPC技术自身的无接触读取、 远距离读取、 动态读取、 多数量 和多品种读取、 海量存储量等优势， 因此在物流仓储管理系统中 应用EPC技术可以极大提高仓储的物资管理效率。 目前， 仓储中 物资的计算机业务管理系统已广泛推广使用。 应用EPC技术后， 由 于物资进出库都会经过识读器的识别， 数据信息采集效率高且准 确， 根本不需要手工录入数据， 也不需要进行清查库， 能大大地 提高工作效率和速度， 减轻手工操作时的工作强度。 1．应用EPC技术可以极大提高出入库物品信息采集效率和准 确性。 在仓储信息管理中， 每件物品都有许多要标识的信息， 如 编号、 名称、 型号、 出厂日期、 寿命等， 这些信息在计算机管理 时均需手工录入， 录入的工作量大， 不仅周期长， 而且易出错。 采 用EPC技术即可解决这些问题， 另外其采集信息是自动进行的， 不 仅采集的速度快， 而且出错率特别低。 2．应用EPC技术是适应信息流通的需求。 传统的物品信息是 以纸张、 磁盘等介质为载体的， 随着社会信息化水平的不断发展 和网络建设的逐步扩大， 信息利用网络进行传输因其速度快、 费 用低等许多优点而将成为未来信息流通的主要手段。 由于EPC系 统直接接入INTERNET， 由射频识读器获取的信息因此亦可直接在 INTERNET上传输， 这样可以确保物资在仓储管理过程中具有准确 的信息流， 方便地对物资信息进行管理和查询， 并且可以和供应 链上其他环节进行有效的衔接和信息共享。 3．应用EPC技术可以实现自动化的存货和取货。 在整个仓储 管理中，通过将供应链计划系统制定的收货计划、 取货计划、 装运 计划等与EPC技术相结合，能够高效地完成各种业务操作，如指定 堆放区域、 上架／取货与补货等。 这样，增强了作业的准确性和快 捷性，提高了服务质量，降低了成本，节省劳动力（8％ ～35％ ）和 库存空间，同时减少了由于商品误置、 偷窃、 损害和库存、 出货错 误等造成的损耗。 4．应用EPC技术可以提高库存盘点的效率。 EPC技术使商品的 登记自动化，盘点时不需要人工的检查或扫瞄条码，更加快速准确， 并且减少了损耗。 使用射频终端进行商品盘点， 可以避免传统盘 点投入大、 效率低的弊端。 具体步骤是： 终端读取货物的电子标 签， 并实时记录盘点的数量。 现场清点完毕后， 盘点人员确认清 点的数量并上传至后台数据库。 后台数据库根据实时上传的资料 与系统中的资料进行比较， 数量若有差异， 系统将自动生成盘点 清单差异表， 然后将数据提交上级或指示终端重复盘点。 此外， 应用EPC技术的仓储管理系统还可以实现数字化库房 管理， 库存货品真正的网络化管理、 货品动态出入库管理、 在任 何时间及时地显示当前库存状态以及进行实时性信息收集和准确 快捷的信息交流等诸多功能。 因此， 将EPC技术应用于仓储管理 是符合当前经济全球化的时代发展趋势， 并能大大提高物流仓储 管理的信息化水平。 四、 仓储管理系统中应用EPC技术的现存问题 和其他新兴的技术一样， EPC技术本身还存在一些问题， 主要 表现在以下几个方面。 1．标准不统一。 这方面包括EPC码标准和射频标准两个方面。 EPC码格式标准的不统一是制约EPC技术发展的首要因素。 因为如 果EPC码有很多种且互不兼容，那么使用不同编码格式的产品就不 能通用，这对经济全球化下的物品流通是十分不利的。 另外， RFID 的频率标准不统一的问题也是亟待解决的问题。 但是频率的统一 需要国家的协调。 由于国家对无线电频段用途的控制使得射频识 别系统可能面临频率资源的限制。 2．较高的差错率。 尽管EPC技术具备较高的读取效率， 可同 时读取批量物品， 但目前EPC技术读取的差错率还较高， 准确性 还不能有效保证。 3．成本较高。 应用EPC技术的成本体现在两个方面 一方面 ： 是电子标签的价格。 因为EPC技术可惟一识别单个物品， 因此电 子标签将贴于每件单品上， 数量巨大， 所以标签的成本及价格将 直接影响到EPC技术的推广范围。 另外一方面， 应用EPC要配备 相应的读取设备， 并引起相应的仓储管理软件的升级， 因为只有 升级和改进了现有的管理系统才能适应EPC技术的特点， 才能最 大发挥EPC技术的优势。 4．安全问题。 EPC技术的优点是可以通过INTERNET实现物流 各环节的信息共享， 但同时也带来了信息安全和个人隐私的问题。 虽然相对于许多已经非常成熟的技术而言， EPC技术目前还存 在许多需要解决的问题， 但是随着EPC技术研究的不断深入以及 EPC技术的日益普及， EPC技术将会逐步完善， 这也是任何一个新 技术从发展到成熟的必经之路。 五、 结束语 EPC技术由于其诸多的优良特性和可实现智能管理的独特特 点， 被认为是21世纪最具发展潜力的技术之一。 虽然目前该技术 还存在一些需要解决的问题， 企业要根据自身情况在高效率和高 成本之间进行权衡， 进行理性的决策。 但是随着全球经济一体化 的发展和EPC技术的不断进步， EPC技术将最终取代传统条码技 术， 仓储管理系统应用EPC技术将势在必行， EPC技术在整个物流 仓储系统中的应用前景也将是无可限量的。

聚羧酸减水剂生产控制系统的工业物联网框架设计与实现

严海蓉1，王子明2

（1北京慧物科联科技有限公司，北京 100124，2北京工业大学，北京 100124）

摘要：工业物联网既提供了在生产过程中获取并控制聚羧酸减水剂生产设备的信息的方式，也提供了基本的网络架构，方便系统集成和扩展。该框架在分析了聚羧酸减水剂生产流程的基础上被划分为设备控制层、通讯层和应用服务层。根据实际应用需求，描述了工业物联网架构可以方便接入设备，贴近工艺完成软件，并让机器具有智能。企业应用案例表明该系统能够有效地实现生产状态跟踪监测和生产设备自动控制的目标，对进一步研究工业物联网技术和解决方案具有一定的参考价值。

关键词：工业物联网；自动化控制系统；聚羧酸减水剂生产设备

中图分类号：TP273 文献标识码：A

Theindustrial IOT design of automatic control system for polycarboxylate superplasticizer

YAN Hairong1, Wang Ziming2

（1．Beijing Sophtek Corp，2 Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）

0引言

原来的聚羧酸减水剂生产自动化控制不能充分满足生产工艺要求，存在的主要问题是：

1） 新设备接入非常困难；

2） 同类不同厂家设备不方便更换；

3） 匀速滴加过程中不能达到理想的控制速度，传统PID算法波动较大，常需要人工手动干预；

4） 温度控制需要人工参与控制，无法完成全自动；

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工业物联网是工业40的支撑框架。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。它的发展离不开应用，面向工业自动化的工业互联网技术是物联网的关键组成部分[1]。工业物联网通过将具有感知能力的智能终端、无处不在的移动计算模式、泛在的移动网络通信方式应用到工业生产的各个环节，提高制造效率，把握产品质量，降低成本，减少污染，从而将传统工业提升到智能工业的新阶段[2]。

工业物联网框架中，整个系统具有强大的数据服务器，能够进行大数据的计算。在数据量足够的时候能够利用网络智能来帮助企业进行决策、配方优化和自动的设备维护等。

整个控制系统具有分布式智能能力。整个系统中，可以把数据都送到中控部分来完成；也可以将一些需要及时处理的，如温度控制等，直接由现场控制来完成。系统通常分为中央控制单元和分布的现场控制单元，中央控制单元由工业控制计算机充当，现场控制单元则由高可靠、抗干扰的工业级微控制器和与当前控制需求相配套的附加电路模块组成。依托微控制器的实时处理能力可以完成对现场生产进行实时调节控制，并且通过总线实现现场控制单元与中央控制单元进行数据交互，使生产过程表现出整体性、协调性，从而优化生产工艺、提高生成效率。

系统通过总线把各个独立的控制模块组织成在一起。控制模块的独立性，使得系统中各个分布的控制模块检修、升级、数量扩充都很方便，也为在生产规模扩大时控制系统扩充预留了接口。

因此工业物联网框架才能彻底解决传统控制的一些问题，真正贴合聚羧酸减水剂生产工艺。

1 系统概要设计

根据聚羧酸减水剂的生产过程，可以将聚羧酸减水剂自动化控制系统分为设备控制层、通讯层和应用服务层，系统框架如图1所示。

图1 系统框架图

图1中，应用服务层主要实现对生产过程中实时数据和生产状态的跟踪监测和管理，同时提供各种应用UI接口，用户可以通过使用计算机、手机等手持设备登录客户端来访问或获取所需要的数据或信息等，从而实现物联网的厂内处处可访问。一旦将企业网络与公共网络连接，用户登录后就可以实现生产数据随处可访问。

应用服务层中还包括有控制逻辑层，控制逻辑层通过与操作人员进行交互，并且汇集、分析、存储和处理生产过程中的实时数据和生产状态，实现生产过程的逻辑控制。

通讯层主要实现设备控制层、控制逻辑层和应用服务层之间的可靠传输。

设备控制层主要实现原始数据的采集与分析、数据和状态的上传、控制指令的接收等。嵌入式控制器内的智能逻辑将和聚羧酸减水剂生产各工序要求的生产工艺（加料、滴加、温度调节、pH调节）等紧密贴合，并与控制逻辑层相互通讯完成所要求的工艺精密控制。

整个系统采用划分层次的设计思路使得系统具有很好的可移植性，各种传感器可以灵活的接入系统。这样新系统的总体实现或者旧系统的扩展可以采用“搭积木”的方式完成构建。

2 系统详细设计

根据以上设计的系统工业物联网框架和体系结构，本研究将以北京某公司的具体项目为例，详细介绍该系统的设计和应用过程。

21设备接入示例

基于工业物联网架构的设计，可以很容易的接入各种设备。比如如图2所示的聚羧酸减水剂自动化控制系统接入了一个服务器、一个操作员站、若干显示器、2个控制站，若干现场设备和用户手机。

图2基于工业物联网架构的设备接入实例

服务器负责存储生产数据，包括生产操作日志和生产过程数据，便于生成台帐和报表。也可以与各种财务、资产管理软件连接。同时，负责承载起局域网与大网络的连接工作。

操作员站上运行的软件，方便操作员在中控室来操作现场各种阀门、电机等开停，从而按照工艺过程完成生产。

控制站自动获得操作员操作命令来控制现场设备，比如阀门等，同时也自动从现场设备获取各种状态，比如称重数据等传给控制室控制机器。

现场设备是包括传感器和各类执行器，比如秤、阀门等自动工作。

图中的手机设备是为了表示出工业物联网框架可以任意接入设备的特性。比如，在该框架下，巡视人员可以通过手机进行接入，完整现场紧急控制一些阀门的开或者是关。经理等就可以通过手机来查看每天生产数据。

同时，对于不同厂家的同类设备，该工业物联网框架也有较好的兼容能力。

22贴合工艺的软件设计

软件包括生产线管理软件和工业现场控制软件。生产线管理软件工作于生产管理计算机，主要实现工艺管理、配方管理；通过网络，根据权限，可调出操作人员的现场操作记录，完成对现场的远程管理。工业现场控制软件工作于车间级服务器中，主要通过与工艺以及现场布置相同的画面显示，使得操作人员便于操作，以实现现场设备仪表信号的采集、处理，配方管理和现场数据实时界面显示和控制等功能。

图3 聚羧酸合成控制生产工艺示意图

根据实际生产过程和自动化控制系统的特点，当前聚羧酸生产过程分大单体预化过程、 A、B料预混过程、A、B料计量罐加料过程、碱计量罐加料过程、A、B料滴加过程、反应釜搅拌控制过程、反应釜温度控制过程，针对不同的过程，分别实现其控制目标，从而达到完整生产过程的控制。

下面以工艺中的A、B料计量罐滴加控制为例来说明软件设计功能。

首先控制系统为用户提供友好的A、B滴加控制对话框，方便用户可视化操作。用户可以选择采用以前输入的备用方案进行控制，也可以选择自己新输入方案进行空控制。总之都能够根据配方在规定的时间内，将指定质量的物料匀速加入到对应的反应釜中。

图4 启动已存备用方案滴加

图5 启动自定义方案采用三阶段定量滴加示例

其次控制系统采用分段式匀速滴加模式（图5），启动滴加时，控制系统计算出三个阶段分别的预期流速。控制系统实时读取当前计量罐的质量，并根据当前时间，计算出实时流速。控制系统根据实时流速和预期流速的差值，控制调节阀的开启度，从而控制滴加速度。

图6 滴加控制效果示意图（多阶段不同流速）

最后，显示出实时滴加工作界面（图6），工作工作误差一般不大于1%。

23机器学习的智能能力

原来控制系统由于没有采用物联网框架，数据存储量不充分，从而无法让机器自主学习。各种设备常常需要人来手工调整，设定最高最低值；控制过程需要人工进行干预，来辅助机器完成自动控制。

而现有的工业物联网架构，拥有了专门的数据服务器，从而可以存储较大量的数据。而对于这些数据进行分析而产生的机器智能不可小觑。

比如，以前温度控制时，只能根据人工经验设定一个固定的值。反应釜的材质、容量、夹套、搅拌电机、搅拌桨叶等设备本身因素会影响调温结果。

而往往由于冬夏的自来水、室内温度、物料温度、反应剧烈程度等也会影响调温结果。因此在控制系统安装后要进行长时间的人工参与测试来努力找到一个合适的最大最小值。而测试时间毕竟短，这个值一旦这个值固定后，后续生产时就无法轻易改变，为此生产操作员常需要来观测这个温度控制过程并且来参与控制，否则很难达到理想的控制效果。

再比如对于滴加控制的PID算法，往往由设计者人为给定一个PID参数，也无法完全适应实际设备磨损等情况。

而基于工业物联网架构的控制时，可以在服务器端运行一个智能控件，由它来自动学习历史调温或者滴加流速的变化情况，不断训练软件，让软件重新找到合适的上下调节阈值，这样才可以真正达到完全自动化。整个系统拥有了自己不断学习的机器智能。

3 系统测试结果

基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统在设计和开发完成后，在北京某工厂的实际生产线上投入使用。目前，该系统运行安全、稳定，大部分功能已经实现，达到了预期的效果。

在系统正式投入使用后，对系统的工业现场控制软件、生产线管理软件和嵌入式控制器进行了长时间的测试。针对实现过程中遇到的问题做了大量的调试工作。下面以实现滴加A料为例对系统的测试进行描述。

操作人员在控制室通过点击用户操作界面的A料滴加阀门按钮进行滴加参数的配置，如图7所示。操作人员需要输入的参数为滴加质量和滴加时间，同时系统也支持分阶段滴加。在点击开始滴加按钮后，服务器会向嵌入式控制器发送滴加A料指令。

图7 滴加A料配置界面

嵌入式控制器在接收到服务器下发的滴加A料指令后，会进行自动化控制，实现A料的滴加操作，具体效果如图8所示。

图8 5个反应釜同时进行A料滴加曲线示意图

图8中5条不同颜色的线分别表示5个不同计量罐的A料滴加曲线，系统支持多个计量罐同时进行滴加操作。左侧上升的直线表示向计量罐加入A料的过程，系统支持多个计量罐同时加料，质量控制精确，定量加料的误差在01%以内。右侧下降的曲线表示滴加A料过程，曲线的斜率即为速度。由图可知，系统基本上能够实现匀速滴加A料过程，同时，系统也支持连续4小时的滴加操作，时间误差在1分钟左右。

基于工业物联网的聚羧酸减水剂自动化控制系统投入运行后，提高了聚羧酸减水剂的产品质量，提高了工艺生产的自动化程度，大大减轻了操作人员的劳动强度，提高了企业的竞争力。

4 结束语

本研究基于工业物联网架构设计的聚羧酸减水剂自动化控制系统对聚羧酸减水剂生产过程可以进行高效的跟踪管理，在实际应用中具有重要作用。它使聚羧酸减水剂生产设备具备了一定的数据感知、处理和通信能力，从而为企业制定更好的工艺流程提空帮助。同时，它也促使聚羧酸减水剂生产管理过程更加科学和精细化。该系统的成功开发设计为工业物联网在化工行业的推广打下了基础，做出了积极地探索。

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