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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、中國計算機學會工業控制計算機專委會主任 劉波

前景廣闊的中國工控機市場

對于中國的工控機市場，我認為前景非常廣闊，主要基于以下三點：

第一，有需求。隨著“中國制造2025”戰略的實施，對于工控機或嵌入式系統的依賴性越來越高，工控機市場需求旺盛，產品不斷創新優化，應用領域向多元化拓展，如工業自動化、智慧醫療、智慧城市、智能交通、環境監測、節能與新能源、物聯網等；特別是在新能源汽車、航空航天等高科技領域，對高性能工控機需求尤為迫切。這些領域對工控機提出了更高要求，為工控機行業提供了廣闊的發展空間。

第二，有政策。工控機是工業自動化系統的大腦，是實現工業自動化的關鍵組成部分。國內出臺多項政策，鼓勵工業自動化行業的自主發展與創新，進行智能制造和產業升級。近年，國家和各級政府高度重視工控機發展，提出推動制造業高端化、智能化和綠色化發展，同時強調推進產業數字化轉型。產業政策的陸續出臺，為國內工控機快速持續發展提供了明確導向支撐，為相關企業吃了定心丸。

第三，有挑戰。技術創新是工控機行業持續發展的關鍵驅動力。隨著國產芯片和基礎軟件的快速進步，人工智能、云計算等新技術的不斷成熟和應用，工控機的創新發展也將有更多的技術挑戰。如何通過引入新技術，提升工控機的數據處理能力、智能分析能力和遠程監控能力，滿足復雜工業現場的需求，同時推動工控機產業鏈的協同發展，實現資源共享和優勢互補，將是較長一段時間內工控行業的挑戰。

在復雜多變的國際大背景下，當前處于工控機發展的關鍵時期，也是自主發展國產工控機的機遇期。

今年國家對工控機有許多新的政策支持，譬如今年出臺《工業重點行業領域設備更新和技術改造指南》明確指出幾個工業重點行業領域設備更新目標：

在工業軟件領域，以提升產業鏈供應鏈韌性和安全水平為重點，圍繞石油、化工、航空、船舶、鋼鐵、汽車、醫藥、軌道交通等關系經濟命脈和國計民生的行業領域，推動基礎軟件、工業軟件和工業操作系統更新換代。2027年，完成約200萬套工業軟件和80萬臺套工業操作系統更新換代任務。

而在工業網絡設備領域，以構建安全可控新型工業網絡體系，加快工業互聯網規模化應用，促進制造業“智改數轉網聯”，推動汽車、鋼鐵、輕工、工程機械、建材、船舶、消費電子、航空、石油化工、消費品等行業的工業設備、工業網絡、工業算力、工控系統等網絡化改造升級。力爭到2027年，80%的規模以上制造業企業基本實現網絡化改造，邊緣網關、邊緣控制器等產品部署超過100萬臺，“5G+工業互聯網”項目數超過2萬個。

這些政策，將極大地提升我國工控機或嵌入式系統的發展水平。

可以說各行各業都離不開工控機或嵌入式系統的應用。在未來5年，我國有數萬家中小企業需要數智化改造升級，對工控機數量的需求是巨大的，推動了工控機市場的整體發展。而在石油、化工、航空、航天、船舶、鋼鐵、汽車、醫藥、軌道交通等關系經濟命脈和國計民生的行業領域，工控機的應用就更為廣泛；工業機器人也將是工控機應用迅速發展的行業。

數字化時代的機遇與挑戰

在數字技術驅動下，工控機在技術發展上將提升自動化、智能化和安全性水平。按照《工業重點行業領域設備更新和技術改造指南》，舉兩個例子：

在石化化工行業，到2027年，推動行業數字化轉型成熟度3級及以上企業比例達到15%以上，4級及以上企業比例達到7%以上，關鍵工序數控化率達到85%以上，數字化研發設計工具普及率達到75%以上，改造裝置能效達到《工業重點領域能效標桿水平和基準水平（2023年版）》標桿水平，本質安全水平大幅提升。

在鋼鐵行業，數字化轉型改造。推進企業在自動化、數據采集、過程控制、網絡架構等方面完善軟硬件設施建設，加裝傳感檢測、儀器儀表、無人運輸車輛等智能裝備，在測溫、取樣、扒渣、酸洗、巡檢、吊運等3D崗位引進工業機器人；礦山采選、煉鐵、煉鋼、軋鋼等操控集中化，設備監控、診斷、運維遠程化，銷售、采購等服務線上化；完善網絡基礎設施建設，擴大5G、Wi-Fi6、工業以太網等在鋼鐵企業的覆蓋；開展先進成熟的數字化應用改造、智能制造工廠建設和優秀應用場景推廣，支持建設鋼鐵行業數字化轉型關鍵共性技術創新平臺。

在航天領域，基于高可靠計算機和操作系統，首先是設備、系統性能和功能的突破，其次是航天器的穩定、可靠性運行，再者就是擁有自主發展的持續基礎，圍繞這三點在數字技術驅動下，找到契合的發展和創新點。

在萬物互聯時代，會涌現出海量的末端智能體和智能邊緣設備，這些智能體和邊緣設備的核心部件就是小型化或微型化工控機或嵌入式系統，并在算力、算法和操作系統層面能很好支持人工智能技術的應用。

工控機的產品及技術比較特殊，為其它行業領域提供可靠、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。物聯網可以看作嵌入式系統開發極好的機會。智能手機，平板電腦和可穿戴設備等移動設備已經變得無處不在。

個人認為未來主要有三大挑戰：

第一，自主可控技術的挑戰。如工業處理器作為工業強基工程中的核心關鍵基礎元器件，關系到涉及國計民生的重大工程任務。實現基于ARM、RISC-V、PowerPC架構的工業處理器的自主研發與設計能力，是中國制造2025重大強國戰略實施過程中核心關鍵基礎元器件“卡脖子”問題的有效解決途徑。

第二，信息安全性技術的挑戰。工控機信息安全問題倍受重視。工業互聯網在城市、交通、能源、水利、智能制造等關乎國計民生的領域廣泛應用，層出不窮的安全事件也為我們敲響了警鐘。例如，工控機系統逐漸走向開放，而工控機網絡環境的多樣性和復雜性給其帶來許多安全問題。

第三，智能化的挑戰。按照《國家智能制造標準體系建設指南》，將在幾乎全部工業重點行業推動智能化。譬如在工業機器人行業，面向高端化、智能化、綠色化發展方向，如何著力提升工業機器人生產過程的數字化網絡化智能化水平，是提升工業機器人產品競爭力的重要挑戰。

以創新和人才培養助力工控行業發展

國家工業控制機及系統工程技術研究中心主要圍繞航天領域開展控制計算機研發和創新，在研發和創新方面的最新成果，主要有：

（1）研制了分布式熱備份冗余控制計算機系統，解決了拜占庭實時容錯計算問題，使中國空間計算機容錯水平大幅提升。

（2）研制出基于RISC-V架構的新一代高可靠航天處理器，將有力地支撐航天控制計算機的持續發展。

（3）圍繞控制計算機和系統日益智能化的迫切需求，開展高可信智能化操作系統和數據庫的研究。

（4）持續開展高可信軟件構造技術（將人工智能方法引入到軟件工程領域，實現軟件開發過程的自動化、智能化操作，從而提升軟件研制質量和效率）、高可信軟件驗證技術（形成易用性強的自動化仿真測試平臺，為智能化、數字化、自動化快速測試和驗證方面奠定基礎）研究。

（5）實時控制網絡：針對以TTE技術與TSN技術為代表的確定性以太網技術，開展確定性業務時延服務質量保障研究、系統容錯方案研究（通過空間/時間冗余機制與錯誤數據隔離機制的結合，提升系統可靠性）、網絡協議標準化與設備兼容性設計研究、網絡動態調度等研究。

（6）基于大數據的健康管理技術：面向數字化裝備實時數據異常檢測、健康評估及預測性維護的分析需求，開展基于大數據的健康管理技術研究。

此外，研究中心希望做工控領域的沃土，培養未來發展需要的高層次人才同時，提供不同的崗位和職責，滿足各層次人才發展需求。

一方面，與清華大學、西電等國內多所高校聯合培養碩士、博士人才。建立了開放共享制度，針對大型儀器設備及科學數據、技術資料實現開放共享機制，提高工控中心人才培養平臺的屬性。

另一方面，楊孟飛院士是工控中心的首席科學家、“身邊的科學家”。中心努力成為航天精神的傳承者，建設守護航天精神家園，傳承發揚航天精神，為培養層次人才樹立楷模。

第三，中心從運行管理、設備設施建設和政策機制方面為人才培養和發展提供保障。

工控機行業未來發展重點

對于工控機和嵌入式系統行業的未來發展重點，我認為主要有三個方面：

其一，國產化的生態。基于國產化基礎軟硬件的工控生態才能穩定、持續和安全，我認為這是未來幾年內工控機行業最需要關注和解決的問題。

其二，智能化。隨著工控機向眾多領域拓展延伸，工控機或嵌入式系統如何更好地為客戶提供無人化、自動化和智能化的解決方案也將是需要關注和解決的問題。

其三，信息安全問題備受重視。工控機安全市場正在迎來需求的高增長期。企業開始加大對信息安全保護的重視，將成為推動我國工業信息安全的強大的積極力量。

摘自《自動化博覽》2024年11月刊