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★北京控制工程研究所 劉波

北京控制工程研究所研究員、中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)專(zhuān)委會(huì)主任 劉波

前景廣闊的中國(guó)工控機(jī)市場(chǎng)

對(duì)于中國(guó)的工控機(jī)市場(chǎng)，我認(rèn)為前景非常廣闊，主要基于以下三點(diǎn)：

第一，有需求。隨著“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略的實(shí)施，對(duì)于工控機(jī)或嵌入式系統(tǒng)的依賴性越來(lái)越高，工控機(jī)市場(chǎng)需求旺盛，產(chǎn)品不斷創(chuàng)新優(yōu)化，應(yīng)用領(lǐng)域向多元化拓展，如工業(yè)自動(dòng)化、智慧醫(yī)療、智慧城市、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、節(jié)能與新能源、物聯(lián)網(wǎng)等；特別是在新能源汽車(chē)、航空航天等高科技領(lǐng)域，對(duì)高性能工控機(jī)需求尤為迫切。這些領(lǐng)域?qū)た貦C(jī)提出了更高要求，為工控機(jī)行業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。

第二，有政策。工控機(jī)是工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的大腦，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的關(guān)鍵組成部分。國(guó)內(nèi)出臺(tái)多項(xiàng)政策，鼓勵(lì)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)的自主發(fā)展與創(chuàng)新，進(jìn)行智能制造和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。近年，國(guó)家和各級(jí)政府高度重視工控機(jī)發(fā)展，提出推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化和綠色化發(fā)展，同時(shí)強(qiáng)調(diào)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。產(chǎn)業(yè)政策的陸續(xù)出臺(tái)，為國(guó)內(nèi)工控機(jī)快速持續(xù)發(fā)展提供了明確導(dǎo)向支撐，為相關(guān)企業(yè)吃了定心丸。

第三，有挑戰(zhàn)。技術(shù)創(chuàng)新是工控機(jī)行業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。隨著國(guó)產(chǎn)芯片和基礎(chǔ)軟件的快速進(jìn)步，人工智能、云計(jì)算等新技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用，工控機(jī)的創(chuàng)新發(fā)展也將有更多的技術(shù)挑戰(zhàn)。如何通過(guò)引入新技術(shù)，提升工控機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力、智能分析能力和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，滿足復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求，同時(shí)推動(dòng)工控機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)資源共享和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將是較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)工控行業(yè)的挑戰(zhàn)。

在復(fù)雜多變的國(guó)際大背景下，當(dāng)前處于工控機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，也是自主發(fā)展國(guó)產(chǎn)工控機(jī)的機(jī)遇期。

今年國(guó)家對(duì)工控機(jī)有許多新的政策支持，譬如今年出臺(tái)《工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域設(shè)備更新和技術(shù)改造指南》明確指出幾個(gè)工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域設(shè)備更新目標(biāo)：

在工業(yè)軟件領(lǐng)域，以提升產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈韌性和安全水平為重點(diǎn)，圍繞石油、化工、航空、船舶、鋼鐵、汽車(chē)、醫(yī)藥、軌道交通等關(guān)系經(jīng)濟(jì)命脈和國(guó)計(jì)民生的行業(yè)領(lǐng)域，推動(dòng)基礎(chǔ)軟件、工業(yè)軟件和工業(yè)操作系統(tǒng)更新?lián)Q代。2027年，完成約200萬(wàn)套工業(yè)軟件和80萬(wàn)臺(tái)套工業(yè)操作系統(tǒng)更新?lián)Q代任務(wù)。

而在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備領(lǐng)域，以構(gòu)建安全可控新型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系，加快工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化應(yīng)用，促進(jìn)制造業(yè)“智改數(shù)轉(zhuǎn)網(wǎng)聯(lián)”，推動(dòng)汽車(chē)、鋼鐵、輕工、工程機(jī)械、建材、船舶、消費(fèi)電子、航空、石油化工、消費(fèi)品等行業(yè)的工業(yè)設(shè)備、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)算力、工控系統(tǒng)等網(wǎng)絡(luò)化改造升級(jí)。力爭(zhēng)到2027年，80%的規(guī)模以上制造業(yè)企業(yè)基本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化改造，邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣控制器等產(chǎn)品部署超過(guò)100萬(wàn)臺(tái)，“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)目數(shù)超過(guò)2萬(wàn)個(gè)。

這些政策，將極大地提升我國(guó)工控機(jī)或嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展水平。

可以說(shuō)各行各業(yè)都離不開(kāi)工控機(jī)或嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。在未來(lái)5年，我國(guó)有數(shù)萬(wàn)家中小企業(yè)需要數(shù)智化改造升級(jí)，對(duì)工控機(jī)數(shù)量的需求是巨大的，推動(dòng)了工控機(jī)市場(chǎng)的整體發(fā)展。而在石油、化工、航空、航天、船舶、鋼鐵、汽車(chē)、醫(yī)藥、軌道交通等關(guān)系經(jīng)濟(jì)命脈和國(guó)計(jì)民生的行業(yè)領(lǐng)域，工控機(jī)的應(yīng)用就更為廣泛；工業(yè)機(jī)器人也將是工控機(jī)應(yīng)用迅速發(fā)展的行業(yè)。

數(shù)字化時(shí)代的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，工控機(jī)在技術(shù)發(fā)展上將提升自動(dòng)化、智能化和安全性水平。按照《工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域設(shè)備更新和技術(shù)改造指南》，舉兩個(gè)例子：

在石化化工行業(yè)，到2027年，推動(dòng)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成熟度3級(jí)及以上企業(yè)比例達(dá)到15%以上，4級(jí)及以上企業(yè)比例達(dá)到7%以上，關(guān)鍵工序數(shù)控化率達(dá)到85%以上，數(shù)字化研發(fā)設(shè)計(jì)工具普及率達(dá)到75%以上，改造裝置能效達(dá)到《工業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平（2023年版）》標(biāo)桿水平，本質(zhì)安全水平大幅提升。

在鋼鐵行業(yè)，數(shù)字化轉(zhuǎn)型改造。推進(jìn)企業(yè)在自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等方面完善軟硬件設(shè)施建設(shè)，加裝傳感檢測(cè)、儀器儀表、無(wú)人運(yùn)輸車(chē)輛等智能裝備，在測(cè)溫、取樣、扒渣、酸洗、巡檢、吊運(yùn)等3D崗位引進(jìn)工業(yè)機(jī)器人；礦山采選、煉鐵、煉鋼、軋鋼等操控集中化，設(shè)備監(jiān)控、診斷、運(yùn)維遠(yuǎn)程化，銷(xiāo)售、采購(gòu)等服務(wù)線上化；完善網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，擴(kuò)大5G、Wi-Fi6、工業(yè)以太網(wǎng)等在鋼鐵企業(yè)的覆蓋；開(kāi)展先進(jìn)成熟的數(shù)字化應(yīng)用改造、智能制造工廠建設(shè)和優(yōu)秀應(yīng)用場(chǎng)景推廣，支持建設(shè)鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵共性技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)。

在航天領(lǐng)域，基于高可靠計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)，首先是設(shè)備、系統(tǒng)性能和功能的突破，其次是航天器的穩(wěn)定、可靠性運(yùn)行，再者就是擁有自主發(fā)展的持續(xù)基礎(chǔ)，圍繞這三點(diǎn)在數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)下，找到契合的發(fā)展和創(chuàng)新點(diǎn)。

在萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代，會(huì)涌現(xiàn)出海量的末端智能體和智能邊緣設(shè)備，這些智能體和邊緣設(shè)備的核心部件就是小型化或微型化工控機(jī)或嵌入式系統(tǒng)，并在算力、算法和操作系統(tǒng)層面能很好支持人工智能技術(shù)的應(yīng)用。

工控機(jī)的產(chǎn)品及技術(shù)比較特殊，為其它行業(yè)領(lǐng)域提供可靠、嵌入式、智能化的工業(yè)計(jì)算機(jī)。近年來(lái)，在物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能等快速發(fā)展的背景下，關(guān)鍵性行業(yè)的關(guān)鍵任務(wù)越來(lái)越多地依靠工控機(jī)，工控機(jī)的產(chǎn)品和技術(shù)也迎來(lái)了變革與升級(jí)。物聯(lián)網(wǎng)可以看作嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)極好的機(jī)會(huì)。智能手機(jī)，平板電腦和可穿戴設(shè)備等移動(dòng)設(shè)備已經(jīng)變得無(wú)處不在。

個(gè)人認(rèn)為未來(lái)主要有三大挑戰(zhàn)：

第一，自主可控技術(shù)的挑戰(zhàn)。如工業(yè)處理器作為工業(yè)強(qiáng)基工程中的核心關(guān)鍵基礎(chǔ)元器件，關(guān)系到涉及國(guó)計(jì)民生的重大工程任務(wù)。實(shí)現(xiàn)基于ARM、RISC-V、PowerPC架構(gòu)的工業(yè)處理器的自主研發(fā)與設(shè)計(jì)能力，是中國(guó)制造2025重大強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略實(shí)施過(guò)程中核心關(guān)鍵基礎(chǔ)元器件“卡脖子”問(wèn)題的有效解決途徑。

第二，信息安全性技術(shù)的挑戰(zhàn)。工控機(jī)信息安全問(wèn)題倍受重視。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在城市、交通、能源、水利、智能制造等關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，層出不窮的安全事件也為我們敲響了警鐘。例如，工控機(jī)系統(tǒng)逐漸走向開(kāi)放，而工控機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性給其帶來(lái)許多安全問(wèn)題。

第三，智能化的挑戰(zhàn)。按照《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》，將在幾乎全部工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)推動(dòng)智能化。譬如在工業(yè)機(jī)器人行業(yè)，面向高端化、智能化、綠色化發(fā)展方向，如何著力提升工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化水平，是提升工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要挑戰(zhàn)。

以創(chuàng)新和人才培養(yǎng)助力工控行業(yè)發(fā)展

國(guó)家工業(yè)控制機(jī)及系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心主要圍繞航天領(lǐng)域開(kāi)展控制計(jì)算機(jī)研發(fā)和創(chuàng)新，在研發(fā)和創(chuàng)新方面的最新成果，主要有：

（1）研制了分布式熱備份冗余控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，解決了拜占庭實(shí)時(shí)容錯(cuò)計(jì)算問(wèn)題，使中國(guó)空間計(jì)算機(jī)容錯(cuò)水平大幅提升。

（2）研制出基于RISC-V架構(gòu)的新一代高可靠航天處理器，將有力地支撐航天控制計(jì)算機(jī)的持續(xù)發(fā)展。

（3）圍繞控制計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)日益智能化的迫切需求，開(kāi)展高可信智能化操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的研究。

（4）持續(xù)開(kāi)展高可信軟件構(gòu)造技術(shù)（將人工智能方法引入到軟件工程領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程的自動(dòng)化、智能化操作，從而提升軟件研制質(zhì)量和效率）、高可信軟件驗(yàn)證技術(shù)（形成易用性強(qiáng)的自動(dòng)化仿真測(cè)試平臺(tái)，為智能化、數(shù)字化、自動(dòng)化快速測(cè)試和驗(yàn)證方面奠定基礎(chǔ)）研究。

（5）實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)：針對(duì)以TTE技術(shù)與TSN技術(shù)為代表的確定性以太網(wǎng)技術(shù)，開(kāi)展確定性業(yè)務(wù)時(shí)延服務(wù)質(zhì)量保障研究、系統(tǒng)容錯(cuò)方案研究（通過(guò)空間/時(shí)間冗余機(jī)制與錯(cuò)誤數(shù)據(jù)隔離機(jī)制的結(jié)合，提升系統(tǒng)可靠性）、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化與設(shè)備兼容性設(shè)計(jì)研究、網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)調(diào)度等研究。

（6）基于大數(shù)據(jù)的健康管理技術(shù)：面向數(shù)字化裝備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)異常檢測(cè)、健康評(píng)估及預(yù)測(cè)性維護(hù)的分析需求，開(kāi)展基于大數(shù)據(jù)的健康管理技術(shù)研究。

此外，研究中心希望做工控領(lǐng)域的沃土，培養(yǎng)未來(lái)發(fā)展需要的高層次人才同時(shí)，提供不同的崗位和職責(zé)，滿足各層次人才發(fā)展需求。

一方面，與清華大學(xué)、西電等國(guó)內(nèi)多所高校聯(lián)合培養(yǎng)碩士、博士人才。建立了開(kāi)放共享制度，針對(duì)大型儀器設(shè)備及科學(xué)數(shù)據(jù)、技術(shù)資料實(shí)現(xiàn)開(kāi)放共享機(jī)制，提高工控中心人才培養(yǎng)平臺(tái)的屬性。

另一方面，楊孟飛院士是工控中心的首席科學(xué)家、“身邊的科學(xué)家”。中心努力成為航天精神的傳承者，建設(shè)守護(hù)航天精神家園，傳承發(fā)揚(yáng)航天精神，為培養(yǎng)層次人才樹(shù)立楷模。

第三，中心從運(yùn)行管理、設(shè)備設(shè)施建設(shè)和政策機(jī)制方面為人才培養(yǎng)和發(fā)展提供保障。

工控機(jī)行業(yè)未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)

對(duì)于工控機(jī)和嵌入式系統(tǒng)行業(yè)的未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)，我認(rèn)為主要有三個(gè)方面：

其一，國(guó)產(chǎn)化的生態(tài)。基于國(guó)產(chǎn)化基礎(chǔ)軟硬件的工控生態(tài)才能穩(wěn)定、持續(xù)和安全，我認(rèn)為這是未來(lái)幾年內(nèi)工控機(jī)行業(yè)最需要關(guān)注和解決的問(wèn)題。

其二，智能化。隨著工控機(jī)向眾多領(lǐng)域拓展延伸，工控機(jī)或嵌入式系統(tǒng)如何更好地為客戶提供無(wú)人化、自動(dòng)化和智能化的解決方案也將是需要關(guān)注和解決的問(wèn)題。

其三，信息安全問(wèn)題備受重視。工控機(jī)安全市場(chǎng)正在迎來(lái)需求的高增長(zhǎng)期。企業(yè)開(kāi)始加大對(duì)信息安全保護(hù)的重視，將成為推動(dòng)我國(guó)工業(yè)信息安全的強(qiáng)大的積極力量。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年11月刊