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近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等技術(shù)的高速發(fā)展和應(yīng)用，工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用早已不僅僅局限于工業(yè)自動化的領(lǐng)域，其扮演的角色越來越豐富多樣化，在零售業(yè)、醫(yī)療、交通、物流、家居等與我們?nèi)粘Ｉ蠲芮邢嚓P(guān)的領(lǐng)域都能看到工業(yè)計(jì)算機(jī)的蹤跡。在自動化和信息化產(chǎn)業(yè)鏈中工業(yè)計(jì)算機(jī)占據(jù)著至關(guān)重要的地位，工業(yè)計(jì)算機(jī)不單是傳統(tǒng)行業(yè)升級改造的馬達(dá)，更是各領(lǐng)域走向數(shù)字化、智能化的主要硬件框架和基礎(chǔ)平臺。日益廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和數(shù)字化應(yīng)用需求也推動了工業(yè)計(jì)算機(jī)功能、架構(gòu)等多方面的變革，本期專題特邀請來自工控機(jī)領(lǐng)域的資深專家和企業(yè)代表共同探討工業(yè)計(jì)算機(jī)的未來趨勢。 

劉鑫：邊緣計(jì)算、5G技術(shù)推動工業(yè)計(jì)算機(jī)未來發(fā)展

中國計(jì)算機(jī)學(xué)會工業(yè)計(jì)算機(jī)專委會主任劉鑫

當(dāng)前，隨著5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、機(jī)器人以及人工智能（AI）等技術(shù)的推廣普及，工業(yè)自動化正站在新技術(shù)變革的風(fēng)口浪尖上。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)作為新一代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合的產(chǎn)物，也發(fā)展到了有潛力改變制造業(yè)面貌的程度，并將成為構(gòu)建國內(nèi)大循環(huán)為主體、國內(nèi)國際雙循環(huán)相互促進(jìn)新發(fā)展格局的有力支撐。

數(shù)字化是通向美好未來的橋梁。在過去的十年中，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮席卷了制造業(yè)。企業(yè)正在轉(zhuǎn)向智能制造技術(shù)和平臺，從橫向和縱向整合控制系統(tǒng)與現(xiàn)場的傳感和數(shù)據(jù)采集層以及企業(yè)管理系統(tǒng)，以提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力，實(shí)現(xiàn)全廠過程優(yōu)化和增強(qiáng)客戶體驗(yàn)的能力。

COVID-19大流行加速了對支持保持社交距離、遠(yuǎn)程操作解決方案的需求，使企業(yè)能有手段在任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻、通過任一設(shè)備遠(yuǎn)程訪問和控制生產(chǎn)過程或業(yè)務(wù)活動。

ARC Advisory Group預(yù)測，工業(yè)自動化將向邊緣計(jì)算跨越，尤其是在人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析方面。Gartner估計(jì)，到2022年，大約75％的數(shù)據(jù)將需要在邊緣進(jìn)行分析和執(zhí)行操作。

從更廣泛的視角來看，邊緣計(jì)算將硬件設(shè)備與5G、云計(jì)算和人工智能有機(jī)地連接在一起，使工業(yè)自動化系統(tǒng)的集中和分布真正統(tǒng)一起來。5G是無線通信的未來發(fā)展方向，是新基建的龍頭，將為生產(chǎn)、維護(hù)和物流中的無線網(wǎng)絡(luò)各種新應(yīng)用全面打開大門。到2024年，5G網(wǎng)絡(luò)有望覆蓋全球40%的區(qū)域并處理25%的移動流量。

在新技術(shù)和新產(chǎn)品的推動下，預(yù)計(jì)在2020年全球工業(yè)自動化系統(tǒng)和產(chǎn)品的營業(yè)收入將達(dá)到接近2000億美元，相當(dāng)于1.35萬億人民幣。

工業(yè)計(jì)算機(jī)作為實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算的主要設(shè)備，為了滿足新一代數(shù)據(jù)驅(qū)動的分布式智能工業(yè)自動化系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的發(fā)展對邊緣設(shè)備的需要，其技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展趨勢將呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：

（1）小型化和軟硬件的可配置性，以方便嵌入到現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部，或者安裝在工業(yè)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)邊緣靠近現(xiàn)場設(shè)備的位置。

（2）智能化將占據(jù)主導(dǎo)地位。廣泛采用人工智能芯片，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)能力，能在沒有人工干預(yù)的情況下，監(jiān)控和優(yōu)化被控設(shè)備的工作狀態(tài)，提供預(yù)測性維護(hù)預(yù)警，并對現(xiàn)場突發(fā)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)決策和處理。

（3）支持5G移動互聯(lián)，為復(fù)雜環(huán)境下的無線聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程服務(wù)提供可靠的解決方案。

（4）更具個(gè)性化特點(diǎn)，訂單式生產(chǎn)，服務(wù)定制客戶，滿足特定工作環(huán)境條件需要。

（5）工業(yè)計(jì)算機(jī)生態(tài)建設(shè)完善，形成了芯片、制造商、基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件開發(fā)企業(yè)、大專院所、用戶單位以及專家學(xué)者、研發(fā)工程師和應(yīng)用工程師、專業(yè)學(xué)生深度協(xié)作互動的生態(tài)，工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)滾動式發(fā)展態(tài)勢。

總之，需求側(cè)的深刻變革和巨大需求給供給側(cè)工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展提供了強(qiáng)大驅(qū)動力。中美科技競爭引發(fā)的“自主創(chuàng)新、自主可控”浪潮也為本土工業(yè)計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。我國工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展將跨入一個(gè)前景廣闊的新時(shí)代。

柴毅：工業(yè)計(jì)算機(jī)未來發(fā)展三大趨勢

重慶大學(xué)自動化學(xué)院院長柴毅

中國改革開放40年以來，各行業(yè)數(shù)字化、信息化快速推進(jìn)，作為工業(yè)數(shù)字化、信息化支撐的工業(yè)計(jì)算機(jī)在形態(tài)與技術(shù)等方面也不斷快速發(fā)展，并越來越廣泛地應(yīng)用于能源、冶金、化工、航空航天、交通運(yùn)輸、建筑、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。在未來，隨著新一代工業(yè)革命的到來以及人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算、量子計(jì)算、區(qū)塊鏈等顛覆性技術(shù)的發(fā)展和成熟，各行業(yè)對于數(shù)據(jù)計(jì)算、傳輸、存儲等將有更深層次的需求，驅(qū)使工業(yè)計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、顯示、傳輸、交互等方面出現(xiàn)巨大變革，并且，其應(yīng)用場景將得到極大擴(kuò)展、應(yīng)用環(huán)境將出現(xiàn)巨大變化、承擔(dān)的任務(wù)也將更加多元。結(jié)合現(xiàn)有工業(yè)技術(shù)特征與趨勢，工業(yè)計(jì)算機(jī)可能在以下幾個(gè)方面出現(xiàn)重大變革：

（1）專業(yè)化、微型化、模塊化和低功耗

伴隨人工智能、區(qū)塊鏈等新技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的深度融合，以大數(shù)據(jù)為核心的各項(xiàng)服務(wù)、解決方案不斷推陳出新，工業(yè)計(jì)算機(jī)承擔(dān)的數(shù)據(jù)處理規(guī)模將成指數(shù)增長，執(zhí)行的數(shù)據(jù)任務(wù)復(fù)雜性也將極大增加，為滿足工業(yè)大數(shù)據(jù)處理的需求，專業(yè)化、微型化是工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然趨勢。并且隨著萬物互聯(lián)程度越來越高，尺寸小、功能強(qiáng)的微型化、模塊化的工業(yè)計(jì)算機(jī)將發(fā)揮越來越重要的作用，其市場將發(fā)生爆炸性的增長。另外，在新一輪制造范式升級過程中，在低功耗、高效益生產(chǎn)的驅(qū)動下，低功耗也將成為工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)展的新趨勢。

（2）工業(yè)計(jì)算機(jī)組織方式的變革

隨著工業(yè)系統(tǒng)規(guī)模增加，工業(yè)系統(tǒng)部件分散性強(qiáng)，地理位置跨度大，并且系統(tǒng)動態(tài)性強(qiáng)，對工業(yè)計(jì)算機(jī)的性能和通信速率等提出了較高的要求，傳統(tǒng)集中式的工業(yè)計(jì)算機(jī)組織形式難以滿足大數(shù)據(jù)的快速采集、處理和存儲的要求。邊緣計(jì)算技術(shù)可將大數(shù)據(jù)采集、處理和分析任務(wù)分散至各終端，深度整合各運(yùn)算終端算力和性能，極大減輕大數(shù)據(jù)處理壓力，實(shí)現(xiàn)事件的快速響應(yīng)。在邊緣計(jì)算、霧計(jì)算、云計(jì)算等新計(jì)算方式的快速發(fā)展下，必將帶來工業(yè)計(jì)算機(jī)組織形式的變革。

（3）工業(yè)計(jì)算機(jī)架構(gòu)的變革

以人工智能技術(shù)為代表的新一輪變革技術(shù)的出現(xiàn)，對計(jì)算機(jī)的算力提出了極高要求。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)架構(gòu)發(fā)展已經(jīng)遇到瓶頸，迫切需要新的計(jì)算機(jī)架構(gòu)方式。當(dāng)前，以量子計(jì)算機(jī)為代表的新計(jì)算機(jī)架構(gòu)發(fā)展迅速，其關(guān)鍵技術(shù)不斷被突破?？梢灶A(yù)見，量子計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、納米計(jì)算機(jī)、光計(jì)算機(jī)、DNA計(jì)算機(jī)等新計(jì)算機(jī)架構(gòu)的突破必將給工業(yè)計(jì)算機(jī)的發(fā)展帶來巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在動態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷或安全性分析任務(wù)中，如何準(zhǔn)確采集重要的數(shù)據(jù)以及如何快速高效地處理數(shù)據(jù)是其關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的集中式通用計(jì)算機(jī)靈活度低，可擴(kuò)展性差，系統(tǒng)升級、維護(hù)困難。而專業(yè)化、模塊化的邊緣計(jì)算工業(yè)計(jì)算機(jī)可直接部署于復(fù)雜系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過傳感器采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并利用設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理算法和診斷分析算法進(jìn)行即時(shí)的數(shù)據(jù)處理和分析，使其具備自主感知和智能決策能力，從而實(shí)現(xiàn)該節(jié)點(diǎn)處信息的智能采集、分析和快速故障診斷、安全評估。此外，微型云技術(shù)的引入使得算法和數(shù)據(jù)可依據(jù)實(shí)際任務(wù)需要，將數(shù)據(jù)或算法點(diǎn)對點(diǎn)地傳輸至相應(yīng)的終端工業(yè)計(jì)算機(jī)上。并且，每個(gè)邊緣計(jì)算工業(yè)計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果也可上傳至微型云中，通過云計(jì)算整合各分布式工業(yè)計(jì)算機(jī)診斷分析結(jié)果，并最終給出整個(gè)系統(tǒng)最終的綜合分析結(jié)果。在這個(gè)過程中，算法、數(shù)據(jù)和結(jié)果以流的形式在分布式工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中被訪問、讀取和操作。

馬國華：推動工業(yè)計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化

北京力控元通科技有限公司董事長馬國華

工業(yè)計(jì)算機(jī)與非工業(yè)計(jì)算機(jī)相對而言，對可靠性、穩(wěn)定性、抗惡劣環(huán)境有更高的要求，按照這一標(biāo)準(zhǔn)，今后工業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用場景將延伸到更多領(lǐng)域，包括工業(yè)領(lǐng)域和更大范圍的泛工業(yè)領(lǐng)域。在應(yīng)用場景快速擴(kuò)大的同時(shí)，市場對工業(yè)計(jì)算機(jī)也提出了更多的要求，對這些要求的滿足情況將決定工業(yè)計(jì)算機(jī)的市場成長。

首先，工業(yè)計(jì)算機(jī)作為上層應(yīng)用的底座，如果在以下幾個(gè)方面有所作為，就會在更大程度上充分地滿足用戶的需求，縮短應(yīng)用的研發(fā)和調(diào)試周期，從而促進(jìn)工業(yè)計(jì)算機(jī)本身的發(fā)展：

（1）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺支持，在實(shí)時(shí)多任務(wù)調(diào)度、I/O驅(qū)動如新一代網(wǎng)絡(luò)/視頻等驅(qū)動等支持上提供友好的用戶接口；

（2）主機(jī)板與I/O等外設(shè)板能夠進(jìn)行快速定制、合成，具備模塊化的結(jié)構(gòu)；

（3）在大型分布式應(yīng)用、小型物聯(lián)網(wǎng)及嵌入式應(yīng)用等不同的應(yīng)用場景中，都需要這種成熟的平臺架構(gòu)。

工業(yè)計(jì)算機(jī)的最終應(yīng)用效果取決于應(yīng)用軟件及系統(tǒng)架構(gòu)，體現(xiàn)出來的效果是軟件武裝硬件、軟件驅(qū)動硬件，硬件平臺的競爭更多地表現(xiàn)在底層軟件支撐能力的競爭。但是光憑個(gè)別廠商單打獨(dú)斗難以達(dá)到軟硬件平臺標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的目標(biāo)，造成硬件平臺競爭力不足，影響行業(yè)規(guī)模的發(fā)展，造成惡性循環(huán)。

如果通過學(xué)會、協(xié)會或者技術(shù)聯(lián)盟平臺，推動相關(guān)工業(yè)計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，對共性技術(shù)開展聯(lián)合研發(fā)，成果共享，就可以大幅降低行業(yè)應(yīng)用的共同成本，推動工業(yè)計(jì)算機(jī)全行業(yè)共同上規(guī)模，讓整個(gè)行業(yè)受益。

在工業(yè)計(jì)算機(jī)這條產(chǎn)業(yè)鏈上，整機(jī)廠商、主板及其他硬件供應(yīng)商以及軟件廠商最大的困惑基本都來自定制能力不足，而很多基礎(chǔ)的定制需求屬于共性要求。定制能力不足的主要因素表現(xiàn)在客戶需求數(shù)量及單價(jià)與一次性投入成本的不匹配。

在有些領(lǐng)域，工業(yè)計(jì)算機(jī)與非工業(yè)計(jì)算機(jī)已經(jīng)沒有明顯的界限，很多商用計(jì)算機(jī)也應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)計(jì)算機(jī)只有發(fā)揮專長才能凸顯自己的優(yōu)勢。實(shí)時(shí)性、抗惡劣環(huán)境、模塊化、定制靈活、I/O豐富等綜合特征是工業(yè)計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，只有讓工業(yè)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)項(xiàng)更強(qiáng)，才能讓工業(yè)計(jì)算機(jī)事業(yè)更好地發(fā)展。

向仁濤：工控機(jī) “國產(chǎn)化”和 “自主可控”問題備受關(guān)注

深圳華北工控股份有限公司市場部經(jīng)理向仁濤

工控機(jī)的產(chǎn)品及技術(shù)比較特殊，是為其他多行業(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，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)越來越多地依靠工控機(jī)，工控機(jī)的產(chǎn)品和技術(shù)也迎來了變革與升級。

首先便是嵌入式工控機(jī)、工業(yè)平板電腦等工控機(jī)產(chǎn)品的多方衍生，使工控機(jī)的應(yīng)用不再局限于早先的工業(yè)自動化領(lǐng)域，而是廣泛應(yīng)用到軌道交通、醫(yī)療設(shè)備、電力、金融、網(wǎng)絡(luò)安全等新興領(lǐng)域，且正在向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)安全、新能源及智能機(jī)器人等領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。未來，工控機(jī)將更具交互性和操作性，或?qū)⒊蔀橐粋€(gè)開放、標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)平臺。

其次，隨著各行各業(yè)轉(zhuǎn)型升級建設(shè)的不斷加快，相關(guān)制造商對應(yīng)用其中的工控機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)也提出了智能化、數(shù)字化、信息化等方面的新要求。新時(shí)期下的工控機(jī)將不斷融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿技術(shù)，突破現(xiàn)有的技術(shù)架構(gòu)，以更高集成度、模塊化的技術(shù)設(shè)計(jì)，擔(dān)當(dāng)起不同行業(yè)領(lǐng)域智能系統(tǒng)的技術(shù)載體。工控機(jī)的服務(wù)對象不再只是單一的硬件產(chǎn)品，而是更復(fù)雜、功能集成需求更高的整體智能系統(tǒng)。

未來，定制化和專用化將是工控機(jī)產(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展趨勢之一，當(dāng)前，社會新技術(shù)及智能設(shè)備層出不窮，各行各業(yè)都在不斷加強(qiáng)自主創(chuàng)新力度，以推出更具差異化、競爭優(yōu)勢的新產(chǎn)品及服務(wù)來搶占市場份額。工控機(jī)廠商為了更好地滿足不同行業(yè)領(lǐng)域的客戶需求，為客戶提供高度彈性且定制化的產(chǎn)品及服務(wù)，不斷推出能符合客戶實(shí)際應(yīng)用需求的產(chǎn)品已經(jīng)成為工控機(jī)行業(yè)發(fā)展新的潮流。

此外，工控機(jī)產(chǎn)品的“國產(chǎn)化”和高度“自主可控”問題也開始備受關(guān)注。特別是近兩年中外貿(mào)易形勢的日益嚴(yán)峻，國外對中國科技企業(yè)的持續(xù)打壓，以及中國“缺芯”問題給國內(nèi)高新技術(shù)企業(yè)發(fā)展帶來了諸多不利影響。為了響應(yīng)“核心技術(shù)國產(chǎn)化”和提高國內(nèi)高新技術(shù)產(chǎn)品及服務(wù)自主可靠優(yōu)勢的號召，國內(nèi)工控機(jī)產(chǎn)業(yè)也開始大力采用國內(nèi)高端芯片及原材料進(jìn)行自主創(chuàng)新，力求打造出極具原創(chuàng)性和自主性優(yōu)勢的工控機(jī)產(chǎn)品及服務(wù)，來滿足龐大的國內(nèi)市場。

最后，工控機(jī)應(yīng)用的信息安全問題也是目前工控機(jī)產(chǎn)業(yè)比較重視的問題。基于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為了保證工業(yè)控制系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的安全傳輸與安全存儲，相關(guān)廠商也開始加大了對工控機(jī)信息安全保護(hù)方面的重視。

摘自《自動化博覽》2020年11月刊