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資訊頻道近年來，隨著物聯網、工業互聯網、云計算、邊緣計算等技術的高速發展和應用，工業計算機應用早已不僅僅局限于工業自動化的領域，其扮演的角色越來越豐富多樣化，在零售業、醫療、交通、物流、家居等與我們日常生活密切相關的領域都能看到工業計算機的蹤跡。在自動化和信息化產業鏈中工業計算機占據著至關重要的地位，工業計算機不單是傳統行業升級改造的馬達，更是各領域走向數字化、智能化的主要硬件框架和基礎平臺。日益廣泛的應用領域和數字化應用需求也推動了工業計算機功能、架構等多方面的變革，本期專題特邀請來自工控機領域的資深專家和企業代表共同探討工業計算機的未來趨勢。
劉鑫：邊緣計算、5G技術推動工業計算機未來發展
中國計算機學會工業計算機專委會主任劉鑫
當前，隨著5G、工業互聯網、云計算、機器人以及人工智能（AI）等技術的推廣普及，工業自動化正站在新技術變革的風口浪尖上。工業互聯網作為新一代網絡信息技術與制造業深度融合的產物，也發展到了有潛力改變制造業面貌的程度，并將成為構建國內大循環為主體、國內國際雙循環相互促進新發展格局的有力支撐。
數字化是通向美好未來的橋梁。在過去的十年中，以數據為基礎的數字化轉型浪潮席卷了制造業。企業正在轉向智能制造技術和平臺，從橫向和縱向整合控制系統與現場的傳感和數據采集層以及企業管理系統，以提高生產效率和生產能力，實現全廠過程優化和增強客戶體驗的能力。
COVID-19大流行加速了對支持保持社交距離、遠程操作解決方案的需求，使企業能有手段在任何地點、任何時刻、通過任一設備遠程訪問和控制生產過程或業務活動。
ARC Advisory Group預測，工業自動化將向邊緣計算跨越，尤其是在人工智能、機器學習和數據分析方面。Gartner估計，到2022年，大約75％的數據將需要在邊緣進行分析和執行操作。
從更廣泛的視角來看，邊緣計算將硬件設備與5G、云計算和人工智能有機地連接在一起，使工業自動化系統的集中和分布真正統一起來。5G是無線通信的未來發展方向，是新基建的龍頭，將為生產、維護和物流中的無線網絡各種新應用全面打開大門。到2024年，5G網絡有望覆蓋全球40%的區域并處理25%的移動流量。
在新技術和新產品的推動下，預計在2020年全球工業自動化系統和產品的營業收入將達到接近2000億美元，相當于1.35萬億人民幣。
工業計算機作為實現邊緣計算的主要設備，為了滿足新一代數據驅動的分布式智能工業自動化系統、工業互聯網和5G技術的發展對邊緣設備的需要，其技術和產品發展趨勢將呈現如下特點：
（1）小型化和軟硬件的可配置性，以方便嵌入到現場生產設備內部，或者安裝在工業系統或網絡邊緣靠近現場設備的位置。
（2）智能化將占據主導地位。廣泛采用人工智能芯片，具有強大的數據分析和機器學習能力，能在沒有人工干預的情況下，監控和優化被控設備的工作狀態，提供預測性維護預警，并對現場突發事件進行實時或近實時決策和處理。
（3）支持5G移動互聯，為復雜環境下的無線聯網和遠程服務提供可靠的解決方案。
（4）更具個性化特點，訂單式生產，服務定制客戶，滿足特定工作環境條件需要。
（5）工業計算機生態建設完善，形成了芯片、制造商、基礎軟件和應用軟件開發企業、大專院所、用戶單位以及專家學者、研發工程師和應用工程師、專業學生深度協作互動的生態，工業計算機技術實現良性循環滾動式發展態勢。
總之，需求側的深刻變革和巨大需求給供給側工業計算機技術和產品的發展提供了強大驅動力。中美科技競爭引發的“自主創新、自主可控”浪潮也為本土工業計算機的廣泛應用鋪平了道路。我國工業計算機技術發展將跨入一個前景廣闊的新時代。
柴毅：工業計算機未來發展三大趨勢
重慶大學自動化學院院長柴毅
中國改革開放40年以來，各行業數字化、信息化快速推進，作為工業數字化、信息化支撐的工業計算機在形態與技術等方面也不斷快速發展，并越來越廣泛地應用于能源、冶金、化工、航空航天、交通運輸、建筑、食品、醫藥、環保等諸多領域。在未來，隨著新一代工業革命的到來以及人工智能技術、物聯網技術、5G、大數據、邊緣計算、量子計算、區塊鏈等顛覆性技術的發展和成熟，各行業對于數據計算、傳輸、存儲等將有更深層次的需求，驅使工業計算機在數據采集、存儲、處理、顯示、傳輸、交互等方面出現巨大變革，并且，其應用場景將得到極大擴展、應用環境將出現巨大變化、承擔的任務也將更加多元。結合現有工業技術特征與趨勢，工業計算機可能在以下幾個方面出現重大變革：
（1）專業化、微型化、模塊化和低功耗
伴隨人工智能、區塊鏈等新技術與工業生產的深度融合，以大數據為核心的各項服務、解決方案不斷推陳出新，工業計算機承擔的數據處理規模將成指數增長，執行的數據任務復雜性也將極大增加，為滿足工業大數據處理的需求，專業化、微型化是工業計算機發展的必然趨勢。并且隨著萬物互聯程度越來越高，尺寸小、功能強的微型化、模塊化的工業計算機將發揮越來越重要的作用，其市場將發生爆炸性的增長。另外，在新一輪制造范式升級過程中，在低功耗、高效益生產的驅動下，低功耗也將成為工業計算機發展的新趨勢。
（2）工業計算機組織方式的變革
隨著工業系統規模增加，工業系統部件分散性強，地理位置跨度大，并且系統動態性強，對工業計算機的性能和通信速率等提出了較高的要求，傳統集中式的工業計算機組織形式難以滿足大數據的快速采集、處理和存儲的要求。邊緣計算技術可將大數據采集、處理和分析任務分散至各終端，深度整合各運算終端算力和性能，極大減輕大數據處理壓力，實現事件的快速響應。在邊緣計算、霧計算、云計算等新計算方式的快速發展下，必將帶來工業計算機組織形式的變革。
（3）工業計算機架構的變革
以人工智能技術為代表的新一輪變革技術的出現，對計算機的算力提出了極高要求。傳統計算機架構發展已經遇到瓶頸，迫切需要新的計算機架構方式。當前，以量子計算機為代表的新計算機架構發展迅速，其關鍵技術不斷被突破。可以預見，量子計算機、超導計算機、納米計算機、光計算機、DNA計算機等新計算機架構的突破必將給工業計算機的發展帶來巨大的發展潛力。
在動態復雜系統故障診斷或安全性分析任務中，如何準確采集重要的數據以及如何快速高效地處理數據是其關鍵環節。傳統的集中式通用計算機靈活度低，可擴展性差，系統升級、維護困難。而專業化、模塊化的邊緣計算工業計算機可直接部署于復雜系統中的關鍵節點，通過傳感器采集關鍵數據，并利用設計的數據處理算法和診斷分析算法進行即時的數據處理和分析，使其具備自主感知和智能決策能力，從而實現該節點處信息的智能采集、分析和快速故障診斷、安全評估。此外，微型云技術的引入使得算法和數據可依據實際任務需要，將數據或算法點對點地傳輸至相應的終端工業計算機上。并且，每個邊緣計算工業計算機的處理結果也可上傳至微型云中，通過云計算整合各分布式工業計算機診斷分析結果，并最終給出整個系統最終的綜合分析結果。在這個過程中，算法、數據和結果以流的形式在分布式工業計算機系統中被訪問、讀取和操作。
馬國華：推動工業計算機體系架構標準化
北京力控元通科技有限公司董事長馬國華
工業計算機與非工業計算機相對而言，對可靠性、穩定性、抗惡劣環境有更高的要求，按照這一標準，今后工業計算機的應用場景將延伸到更多領域，包括工業領域和更大范圍的泛工業領域。在應用場景快速擴大的同時，市場對工業計算機也提出了更多的要求，對這些要求的滿足情況將決定工業計算機的市場成長。
首先，工業計算機作為上層應用的底座，如果在以下幾個方面有所作為，就會在更大程度上充分地滿足用戶的需求，縮短應用的研發和調試周期，從而促進工業計算機本身的發展：
（1）實時操作系統平臺支持，在實時多任務調度、I/O驅動如新一代網絡/視頻等驅動等支持上提供友好的用戶接口；
（2）主機板與I/O等外設板能夠進行快速定制、合成，具備模塊化的結構；
（3）在大型分布式應用、小型物聯網及嵌入式應用等不同的應用場景中，都需要這種成熟的平臺架構。
工業計算機的最終應用效果取決于應用軟件及系統架構，體現出來的效果是軟件武裝硬件、軟件驅動硬件，硬件平臺的競爭更多地表現在底層軟件支撐能力的競爭。但是光憑個別廠商單打獨斗難以達到軟硬件平臺標準化、模塊化的目標，造成硬件平臺競爭力不足，影響行業規模的發展，造成惡性循環。
如果通過學會、協會或者技術聯盟平臺，推動相關工業計算機體系架構的標準化，對共性技術開展聯合研發，成果共享，就可以大幅降低行業應用的共同成本，推動工業計算機全行業共同上規模，讓整個行業受益。
在工業計算機這條產業鏈上，整機廠商、主板及其他硬件供應商以及軟件廠商最大的困惑基本都來自定制能力不足，而很多基礎的定制需求屬于共性要求。定制能力不足的主要因素表現在客戶需求數量及單價與一次性投入成本的不匹配。
在有些領域，工業計算機與非工業計算機已經沒有明顯的界限，很多商用計算機也應用在工業領域。工業計算機只有發揮專長才能凸顯自己的優勢。實時性、抗惡劣環境、模塊化、定制靈活、I/O豐富等綜合特征是工業計算機的優勢，只有讓工業計算機的強項更強，才能讓工業計算機事業更好地發展。
向仁濤：工控機 “國產化”和 “自主可控”問題備受關注
深圳華北工控股份有限公司市場部經理向仁濤
工控機的產品及技術比較特殊，是為其他多行業領域提供可靠、嵌入式、智能化的工業計算機。近年來，在物聯網、計算機及網絡技術、人工智能等快速發展的背景下，關鍵性行業的關鍵任務越來越多地依靠工控機，工控機的產品和技術也迎來了變革與升級。
首先便是嵌入式工控機、工業平板電腦等工控機產品的多方衍生，使工控機的應用不再局限于早先的工業自動化領域，而是廣泛應用到軌道交通、醫療設備、電力、金融、網絡安全等新興領域，且正在向工業物聯網、網絡安全、新能源及智能機器人等領域不斷擴展。未來，工控機將更具交互性和操作性，或將成為一個開放、標準化的計算機平臺。
其次，隨著各行各業轉型升級建設的不斷加快，相關制造商對應用其中的工控機產品和技術也提出了智能化、數字化、信息化等方面的新要求。新時期下的工控機將不斷融合人工智能、物聯網、大數據、云計算等前沿技術，突破現有的技術架構，以更高集成度、模塊化的技術設計，擔當起不同行業領域智能系統的技術載體。工控機的服務對象不再只是單一的硬件產品，而是更復雜、功能集成需求更高的整體智能系統。
未來，定制化和專用化將是工控機產業重要的發展趨勢之一，當前，社會新技術及智能設備層出不窮，各行各業都在不斷加強自主創新力度，以推出更具差異化、競爭優勢的新產品及服務來搶占市場份額。工控機廠商為了更好地滿足不同行業領域的客戶需求，為客戶提供高度彈性且定制化的產品及服務，不斷推出能符合客戶實際應用需求的產品已經成為工控機行業發展新的潮流。
此外，工控機產品的“國產化”和高度“自主可控”問題也開始備受關注。特別是近兩年中外貿易形勢的日益嚴峻，國外對中國科技企業的持續打壓，以及中國“缺芯”問題給國內高新技術企業發展帶來了諸多不利影響。為了響應“核心技術國產化”和提高國內高新技術產品及服務自主可靠優勢的號召，國內工控機產業也開始大力采用國內高端芯片及原材料進行自主創新，力求打造出極具原創性和自主性優勢的工控機產品及服務，來滿足龐大的國內市場。
最后，工控機應用的信息安全問題也是目前工控機產業比較重視的問題。基于復雜的網絡環境，為了保證工業控制系統信息數據的安全傳輸與安全存儲，相關廠商也開始加大了對工控機信息安全保護方面的重視。
摘自《自動化博覽》2020年11月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號