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近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、邊緣計算等技術(shù)的高速發(fā)展和應用，工業(yè)計算機應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)計算機的蹤跡。在自動化和信息化產(chǎn)業(yè)鏈中工業(yè)計算機占據(jù)著至關(guān)重要的地位，工業(yè)計算機不單是傳統(tǒng)行業(yè)升級改造的馬達，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。日益廣泛的應用領(lǐng)域和數(shù)字化應用需求也推動了工業(yè)計算機功能、架構(gòu)等多方面的變革，本期專題特邀請來自工控機領(lǐng)域的資深專家和企業(yè)代表共同探討工業(yè)計算機的未來趨勢。 

劉鑫：邊緣計算、5G技術(shù)推動工業(yè)計算機未來發(fā)展

中國計算機學會工業(yè)計算機專委會主任劉鑫

當前，隨著5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、機器人以及人工智能（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，實現(xiàn)全廠過程優(yōu)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(yè)能有手段在任何地點、任何時刻、通過任一設(shè)備遠程訪問和控制生產(chǎn)過程或業(yè)務(wù)活動。

ARC Advisory Group預測，工業(yè)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(shù)據(jù)分析方面。Gartner估計，到2022年，大約75％的數(shù)據(jù)將需要在邊緣進行分析和執(zhí)行操作。

從更廣泛的視角來看，邊緣計算將硬件設(shè)備與5G、云計算和人工智能有機地連接在一起，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)、維護和物流中的無線網(wǎng)絡(luò)各種新應用全面打開大門。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，預計在2020年全球工業(yè)自動化系統(tǒng)和產(chǎn)品的營業(yè)收入將達到接近2000億美元，相當于1.35萬億人民幣。

工業(yè)計算機作為實現(xiàn)邊緣計算的主要設(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：

（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)主導地位。廣泛采用人工智能芯片，具有強大的數(shù)據(jù)分析和機器學習能力，能在沒有人工干預的情況下，監(jiān)控和優(yōu)化被控設(shè)備的工作狀態(tài)，提供預測性維護預警，并對現(xiàn)場突發(fā)事件進行實時或近實時決策和處理。

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

（4）更具個性化特點，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)計算機生態(tài)建設(shè)完善，形成了芯片、制造商、基礎(chǔ)軟件和應用軟件開發(fā)企業(yè)、大專院所、用戶單位以及專家學者、研發(fā)工程師和應用工程師、專業(yè)學生深度協(xié)作互動的生態(tài)，工業(yè)計算機技術(shù)實現(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)計算機技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展提供了強大驅(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)計算機的廣泛應用鋪平了道路。我國工業(yè)計算機技術(shù)發(fā)展將跨入一個前景廣闊的新時代。

柴毅：工業(yè)計算機未來發(fā)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(yè)數(shù)字化、信息化快速推進，作為工業(yè)數(shù)字化、信息化支撐的工業(yè)計算機在形態(tài)與技術(shù)等方面也不斷快速發(fā)展，并越來越廣泛地應用于能源、冶金、化工、航空航天、交通運輸、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)、邊緣計算、量子計算、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)計算、傳輸、存儲等將有更深層次的需求，驅(qū)使工業(yè)計算機在數(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，其應用場景將得到極大擴展、應用環(huán)境將出現(xiàn)巨大變化、承擔的任務(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)計算機可能在以下幾個方面出現(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)為核心的各項服務(wù)、解決方案不斷推陳出新，工業(yè)計算機承擔的數(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)計算機發(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、功能強的微型化、模塊化的工業(yè)計算機將發(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)計算機發(fā)展的新趨勢。

（2）工業(yè)計算機組織方式的變革

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，地理位置跨度大，并且系統(tǒng)動態(tài)性強，對工業(yè)計算機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)計算機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，深度整合各運算終端算力和性能，極大減輕大數(shù)據(jù)處理壓力，實現(xiàn)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(fā)展下，必將帶來工業(yè)計算機組織形式的變革。

（3）工業(yè)計算機架構(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)，對計算機的算力提出了極高要求。傳統(tǒng)計算機架構(gòu)發(fā)展已經(jīng)遇到瓶頸，迫切需要新的計算機架構(gòu)方式。當前，以量子計算機為代表的新計算機架構(gòu)發(fā)展迅速，其關(guān)鍵技術(shù)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(gòu)的突破必將給工業(yè)計算機的發(fā)展帶來巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在動態(tài)復雜系統(tǒng)故障診斷或安全性分析任務(wù)中，如何準確采集重要的數(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)的集中式通用計算機靈活度低，可擴展性差，系統(tǒng)升級、維護困難。而專業(yè)化、模塊化的邊緣計算工業(yè)計算機可直接部署于復雜系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點，通過傳感器采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并利用設(shè)計的數(shù)據(jù)處理算法和診斷分析算法進行即時的數(shù)據(jù)處理和分析，使其具備自主感知和智能決策能力，從而實現(xiàn)該節(jié)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(shù)的引入使得算法和數(shù)據(jù)可依據(jù)實際任務(wù)需要，將數(shù)據(jù)或算法點對點地傳輸至相應的終端工業(yè)計算機上。并且，每個邊緣計算工業(yè)計算機的處理結(jié)果也可上傳至微型云中，通過云計算整合各分布式工業(yè)計算機診斷分析結(jié)果，并最終給出整個系統(tǒng)最終的綜合分析結(jié)果。在這個過程中，算法、數(shù)據(jù)和結(jié)果以流的形式在分布式工業(yè)計算機系統(tǒng)中被訪問、讀取和操作。

馬國華：推動工業(yè)計算機體系架構(gòu)標準化

北京力控元通科技有限公司董事長馬國華

工業(yè)計算機與非工業(yè)計算機相對而言，對可靠性、穩(wěn)定性、抗惡劣環(huán)境有更高的要求，按照這一標準，今后工業(yè)計算機的應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。在應用場景快速擴大的同時，市場對工業(yè)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(yè)計算機的市場成長。

首先，工業(yè)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(fā)和調(diào)試周期，從而促進工業(yè)計算機本身的發(fā)展：

（1）實時操作系統(tǒng)平臺支持，在實時多任務(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）主機板與I/O等外設(shè)板能夠進行快速定制、合成，具備模塊化的結(jié)構(gòu)；

（3）在大型分布式應用、小型物聯(lián)網(wǎng)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(gòu)。

工業(yè)計算機的最終應用效果取決于應用軟件及系統(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(yè)規(guī)模的發(fā)展，造成惡性循環(huán)。

如果通過學會、協(xié)會或者技術(shù)聯(lián)盟平臺，推動相關(guān)工業(yè)計算機體系架構(gòu)的標準化，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)應用的共同成本，推動工業(yè)計算機全行業(yè)共同上規(guī)模，讓整個行業(yè)受益。

在工業(yè)計算機這條產(chǎn)業(yè)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(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)量及單價與一次性投入成本的不匹配。

在有些領(lǐng)域，工業(yè)計算機與非工業(yè)計算機已經(jīng)沒有明顯的界限，很多商用計算機也應用在工業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)計算機只有發(fā)揮專長才能凸顯自己的優(yōu)勢。實時性、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)計算機的優(yōu)勢，只有讓工業(yè)計算機的強項更強，才能讓工業(yè)計算機事業(yè)更好地發(fā)展。

向仁濤：工控機 “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)計算機。近年來，在物聯(lián)網(wǎng)、計算機及網(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，工控機的產(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、工業(yè)平板電腦等工控機產(chǎn)品的多方衍生，使工控機的應用不再局限于早先的工業(yè)自動化領(lǐng)域，而是廣泛應用到軌道交通、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、新能源及智能機器人等領(lǐng)域不斷擴展。未來，工控機將更具交互性和操作性，或?qū)⒊蔀橐粋€開放、標準化的計算機平臺。

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)制造商對應用其中的工控機產(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。新時期下的工控機將不斷融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等前沿技術(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，擔當起不同行業(yè)領(lǐng)域智能系統(tǒng)的技術(shù)載體。工控機的服務(wù)對象不再只是單一的硬件產(chǎn)品，而是更復雜、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產(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展趨勢之一，當前，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際應用需求的產(chǎn)品已經(jīng)成為工控機行業(yè)發(fā)展新的潮流。

此外，工控機產(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“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)工控機產(chǎn)業(yè)也開始大力采用國內(nèi)高端芯片及原材料進行自主創(chuàng)新，力求打造出極具原創(chuàng)性和自主性優(yōu)勢的工控機產(chǎn)品及服務(wù)，來滿足龐大的國內(nèi)市場。

最后，工控機應用的信息安全問題也是目前工控機產(chǎn)業(yè)比較重視的問題。基于復雜的網(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信息安全保護方面的重視。

摘自《自動化博覽》2020年11月刊