亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03–数据可视化

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化
背景:精冲机和原材料。图片@WZL|Christian May & Semjon Becker

合作作者:Semjon Becker, Dimitrios Begnis, Niklas Dahl, Felix Mönckemeyer, Tobias Springer and Trutz Wrobel

回顾:

第0部分:亚琛工业大学工业IOTA实验室介绍

第1部分:亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告01:数据采集和首次交易

第2部分:数据规范和数据准备

回顾01: 精密加工

该PoC项目的主角是Feintool AG公司生产的XFT 2500 speed型工业精冲机。它被用于批量生产关键安全部件,例如制动钳或皮带。在“状态报告01”中,我们实现了从机器中提取选定的数据,并将提取到的模拟数据转换为数字数据,然后存储到.json格式的文件中,最后上传到IOTA官方的testnet。下面的视频展示了机器以及生产过程。

回顾02: 前端的首次亮相

状态报告03的重点

本文展示了目前WZL x GCX x IOTA Web前端的状态。前端能够保证数据接入Tangle和监测每个工件的数据完整性。

WZL x GCX x IOTA Web前端

让我们假设一种机器经济模式,在这个模式中,一台机器,一位B2B的消费者或者一位B2C的消费者想要获取一个或者多个与安全至关重要的工件的生产数据。 因为IOTA允许免费的小额支付,可以只获取一条数据记录。让我们再假设生厂商在全球运营,比如在不同的地区生产不同的零件。

这要求WZL x GCX x IOTA Web前端具备由如下部分:

  • 一个图表能够显示产品使用率。即使这不是IOTA本身的目的,它仍然能轻松实现:假设每秒的传输率(TPS)大于每秒器件生产数量(WPS)。
  • 其它的图表被用来展示不同地区的产品容量利用率。
  • 将Tangle和AWS DynamoDB联合起来,同时使用浏览器能够发现所有的部件的信息。使用额外的数据库比如AWS DynamoDB是可以被预知的,因为按照计划在未来的数据库每个工件会有超过5kb的数据被写入。
  • 对每个工件的ID,对应的数据记录必须被从Tangle和数据库中提取。人们通过通过一个必须存在放篡改Tangle上的签名来保证数据的完整性
  • 基于以上几点,可以获取部件的信息通过微型支付(在开发中)。
  • 基于有限单元分析,可以为每一条部件的信息创建一个数字化双胞胎(digital twin)。为了实现这个目的,当用户发送请求和发起支付时,一个额外的从M2M到有限单元(FE)服务器的连接会自动建立(在开发中)。

先睹为快

除了支付和FEA部分,目前前端的状态给了一个很好的视角。可以自己观看:

下面具体讨论了前端有哪些要求。

控制台图表

控制台像一个普通的基于KPI的工具。在一个选取的时间帧,成功完成的交易能够被用来推断每秒生产的部件,如图1。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

XFT 2500 speed型工业精冲机理论上每分钟能按压140次,大概2-3次每秒。在实际的工业生产中,每次按压生产几个部件是很常见的,比如每次2个或者每次4个。如果我们用每次4个部件,每分钟140次按压来计算,理论上我们要在Tangle上每秒存储9.3个部件。然而,由于实际生产的原因,我们仅能够每分钟按压60次,每次2个部件,因为部件的质量比一个高的按压速率更重要,最好的部件质量是每分钟60次按压生产出来的。

除了这些,我们展示我们的PoW已经达到了10tps。通过扩展AWS更高的tps应该会很容易实现。

控制台的世界地图

控制台世界地图能让人们快速便捷地比较不同国家和地区的生产利用率。如果客户有这个需求,他们能够获取可视化的前端。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

浏览器

在浏览器的帮助下,AWS的DynamoDB能够简单快捷地查找位置,部件,时间和免费的文字通过筛选,如图3。这个浏览器从AWS中获取一个部件列表,但是没有获得到细节。精冲机如何按压,AWS和IOTA Tangle如何协同工作,在WZL x GCX x IOTA项目报告02中有介绍。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

工件ID命名习惯

为了提高表格浏览效率和缩短查找时间,推荐以下到命名规则:

  • AAA [string(3)] = 工厂/机器 ID 最多3个字符串
  • BBBB [string(4)] = 产品/物件 ID 最多4个字符串
  • CCC [int(3)] = 产品/物件 版本或者修订版本 3个整数
  • DDDDDD [int(6)] = 数字表示的日期,月,年,ddmmyy形式
  • EE [int(1)] = 转滚法数字当条目达到条目数量限制(FF limit)。默认为0。
  • FFFFFF [int(5)] = 机器产生计数当天生产部件的数量。当这个数字达到100000时,它将会+1到EE。如果这个机器处理当天第一个部分,默认值将会是1,接下来2000个部分/JSON是2。默认1。

查看器

在查看器中,在机器中测量的数据直接用普通文本显示,同时也会自动进行完整性检查。查看器计算签名,和AWS的计算结果进行比较。如果匹配,将会显示签名匹配这条信息。这里和Tangle没有连接。查看器展示如下数据,如图4。

  • 分类数据:和工件相关联的数据,比如时间和生产设置。
  • 信道参考:存储工件数据的公共MAM信道的地址。
  • 验证Tangle入口:这个需要一条MAM信道地址的信息。目前,预计这里只存储有一条信息,信息里包括着JSON形式的ID和签名。如果是这种情况,将会显示签名匹配验证成功
  • 序列化的工件信息:所有与工件相关的需要被哈希和验证完整性的数据。这些都会被序列化然后签名。
  • 工件信息哈希:这是用SHA-256哈希的序列化的工件信息。
  • 公钥:在钥匙对中对公钥被用来给数据签名。
  • 签名:基于从后端获取的数据计算出的签名。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

验证Tangle入口

即使使用完整性验证(签名匹配),目前仍然不能保证每条数据存在数据库中的或者顾客可以用的签名是在工件生产时写入Tangle的。因此需要一个验证器,在这手动检查是否提供的签名也存在于Tangle中。Tangle入口仅在需求时进行验证因为它需要花费些时间。在查看器中,工件数据,哈希的数据和文本,以及公钥和签名都是特定的,见图5。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

一切顺利,它工作了!

因为签名在Tangle中,它可以防篡改的。因此它能保证数据库入口也是防篡改的,因为否则Tangle签名,数据库签名和完整性检测将不会匹配,如图6。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

伪造数据或者签名

如果有人去伪造数据或者错误的签名,验证过程将会在前端输出错误信息,如图7。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

前端背后的工作

作为Web 前端技术栈的是基于Vue.js Javascript的框架,TypeScriptVueChartkick

为了和Tangle进行交互,我们目前使用了MAM客户端JS库,它是官方为Javascript 封装的MAM。这个库提供了一些函数能够与tangle交互和使用MAM信道。为了验证工件信息的有效性,人们从Tangle中获得MAM带有工件根地址的信道。MAM信道存储着工件的签名。工件本身的信息不存储在Tangle中。因此前端验证来自MAM的签名等同于在数据库中的工件。这些步骤证实在前端展示信息是可行的。

目前应用的核心是DynamoDB,它作为一个机器,Tangle和前端的信息中转中心,如图8所示:

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

0-3步,从机器到DynamoDB,0-6步和第10步,从DynamoDB到Tangle,已经在在WZL x GCX x IOTA项目报告02中解释过关于后端的内容。然而,前端的步骤基本是相似的。一个列表提取了工件的ID(浏览器),其它的提取了工件的细节(查看器)。这些都通过AWS Lambda和API网关实现。

接下来的工作

两个主要的开发马上到来:小额支付和有限元分析。

小额支付

我们计划利用IOTA为每个生产部分配备小额支付系统。小额支付系统并不为每个工件本身支付,而是为了这个特定工件的数字化数据。这样会诞生些新的方案,比如为每个产品支付,M2M市场,或者机器-第三方服务比如有限元分析。

有限元分析

有限元分析使用有限元方法,一个通过数字来解决工程上问题的方法,比如计算精冲时的温度,压力,这些数据在现实中无法被测量,如图9。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

目前另外一个方案,顾客想知道每个部件生产时散发的热量时多少。温度是很重要的,它会直接影响材料的结构特性,在高温时会导致金属变质,降低金属强度。

在IOTA的帮助下,可以实现为每一个部件请求和支付一个数字化的FEA双胞胎。季节性的和每天的边界条件可以写入账户中,比如在夏天或者冬天的天气影响,机器液压系统波动影响。这些个性化设置可以很容易的通过参数化离散系统产生。

亚琛工业大学机床实验室IOTA工业PoC项目报告03--数据可视化

为IILA捐赠

IILA是一个非营利组织。我们感谢每个帮助我们的人。

ZPYQTMXKIGAXVVMNJWUNJCCR9ZQYHLOJMJ9KUSFPPPBQXQVAHTLNJTJIVENVRM9MUIXDPNWKHJDQAULXYYSABILMWZ

查看我们的地址:thetangle.org.

联系我们

如果你有任何问题或想以任何方式加入/贡献,可以联系Daniel,通过电子邮件Twitter等方式或者浏览WZL网站

 

专栏作者:Jodel

个人简介:我共发表了 3 篇文章,总计被阅读了460 次,共获得了 31 个赞。

作者邮箱 作者主页 Ta的文章

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注