近年來(lái)，隨著(zhù)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(dòng)化的領(lǐng)域，其扮演的角色越來(lái)越豐富多樣化，在零售業(yè)、醫療、交通、物流、家居等與我們日常生活密切相關(guān)的領(lǐng)域都能看到工業(yè)計算機的蹤跡。在自動(dòng)化和信息化產(chǎn)業(yè)鏈中工業(yè)計算機占據著(zhù)至關(guān)重要的地位，工業(yè)計算機不單是傳統行業(yè)升級改造的馬達，更是各領(lǐng)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(lǐng)域和數字化應用需求也推動(dòng)了工業(yè)計算機功能、架構等多方面的變革，本期專(zhuān)題特邀請來(lái)自工控機領(lǐng)域的資深專(zhuān)家和企業(yè)代表共同探討工業(yè)計算機的未來(lái)趨勢。 

劉鑫：邊緣計算、5G技術(shù)推動(dòng)工業(yè)計算機未來(lái)發(fā)展

中國計算機學(xué)會(huì )工業(yè)計算機專(zhuān)委會(huì )主任劉鑫

當前，隨著(zhù)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(dòng)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，并將成為構建國內大循環(huán)為主體、國內國際雙循環(huán)相互促進(jìn)新發(fā)展格局的有力支撐。

數字化是通向美好未來(lái)的橋梁。在過(guò)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(yè)。企業(yè)正在轉向智能制造技術(shù)和平臺，從橫向和縱向整合控制系統與現場(chǎng)的傳感和數據采集層以及企業(yè)管理系統，以提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力，實(shí)現全廠(chǎng)過(guò)程優(yōu)化和增強客戶(hù)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(diǎn)、任何時(shí)刻、通過(guò)任一設備遠程訪(fǎng)問(wèn)和控制生產(chǎn)過(guò)程或業(yè)務(wù)活動(dòng)。

ARC Advisory Group預測，工業(yè)自動(dòng)化將向邊緣計算跨越，尤其是在人工智能、機器學(xué)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(jìn)行分析和執行操作。

從更廣泛的視角來(lái)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(yè)自動(dòng)化系統的集中和分布真正統一起來(lái)。5G是無(wú)線(xiàn)通信的未來(lái)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )各種新應用全面打開(kāi)大門(mén)。到2024年，5G網(wǎng)絡(luò )有望覆蓋全球40%的區域并處理25%的移動(dòng)流量。

在新技術(shù)和新產(chǎn)品的推動(dòng)下，預計在2020年全球工業(yè)自動(dòng)化系統和產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)收入將達到接近2000億美元，相當于1.35萬(wàn)億人民幣。

工業(yè)計算機作為實(shí)現邊緣計算的主要設備，為了滿(mǎn)足新一代數據驅動(dòng)的分布式智能工業(yè)自動(dòng)化系統、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的發(fā)展對邊緣設備的需要，其技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展趨勢將呈現如下特點(diǎn)：

（1）小型化和軟硬件的可配置性，以方便嵌入到現場(chǎng)生產(chǎn)設備內部，或者安裝在工業(yè)系統或網(wǎng)絡(luò )邊緣靠近現場(chǎng)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(xué)習能力，能在沒(méi)有人工干預的情況下，監控和優(yōu)化被控設備的工作狀態(tài)，提供預測性維護預警，并對現場(chǎng)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(dòng)互聯(lián)，為復雜環(huán)境下的無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)和遠程服務(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(hù)，滿(mǎn)足特定工作環(huán)境條件需要。

（5）工業(yè)計算機生態(tài)建設完善，形成了芯片、制造商、基礎軟件和應用軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)、大專(zhuān)院所、用戶(hù)單位以及專(zhuān)家學(xué)者、研發(fā)工程師和應用工程師、專(zhuān)業(yè)學(xué)生深度協(xié)作互動(dòng)的生態(tài)，工業(yè)計算機技術(shù)實(shí)現良性循環(huán)滾動(dòng)式發(fā)展態(tài)勢。

總之，需求側的深刻變革和巨大需求給供給側工業(yè)計算機技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展提供了強大驅動(dòng)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(gè)前景廣闊的新時(shí)代。

柴毅：工業(yè)計算機未來(lái)發(fā)展三大趨勢

重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院院長(cháng)柴毅

中國改革開(kāi)放40年以來(lái)，各行業(yè)數字化、信息化快速推進(jìn)，作為工業(yè)數字化、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(lái)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(huán)保等諸多領(lǐng)域。在未來(lái)，隨著(zhù)新一代工業(yè)革命的到來(lái)以及人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G、大數據、邊緣計算、量子計算、區塊鏈等顛覆性技術(shù)的發(fā)展和成熟，各行業(yè)對于數據計算、傳輸、存儲等將有更深層次的需求，驅使工業(yè)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(chǎng)景將得到極大擴展、應用環(huán)境將出現巨大變化、承擔的任務(wù)也將更加多元。結合現有工業(yè)技術(shù)特征與趨勢，工業(yè)計算機可能在以下幾個(gè)方面出現重大變革：

（1）專(zhuān)業(yè)化、微型化、模塊化和低功耗

伴隨人工智能、區塊鏈等新技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的深度融合，以大數據為核心的各項服務(wù)、解決方案不斷推陳出新，工業(yè)計算機承擔的數據處理規模將成指數增長(cháng)，執行的數據任務(wù)復雜性也將極大增加，為滿(mǎn)足工業(yè)大數據處理的需求，專(zhuān)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(zhù)萬(wàn)物互聯(lián)程度越來(lái)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(lái)越重要的作用，其市場(chǎng)將發(fā)生爆炸性的增長(cháng)。另外，在新一輪制造范式升級過(guò)程中，在低功耗、高效益生產(chǎn)的驅動(dòng)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(zhù)工業(yè)系統規模增加，工業(yè)系統部件分散性強，地理位置跨度大，并且系統動(dòng)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，傳統集中式的工業(yè)計算機組織形式難以滿(mǎn)足大數據的快速采集、處理和存儲的要求。邊緣計算技術(shù)可將大數據采集、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，極大減輕大數據處理壓力，實(shí)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(fā)展下，必將帶來(lái)工業(yè)計算機組織形式的變革。

（3）工業(yè)計算機架構的變革

以人工智能技術(shù)為代表的新一輪變革技術(shù)的出現，對計算機的算力提出了極高要求。傳統計算機架構發(fā)展已經(jīng)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(fā)展迅速，其關(guān)鍵技術(shù)不斷被突破?？梢灶A見(jiàn)，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(yè)計算機的發(fā)展帶來(lái)巨大的發(fā)展潛力。

在動(dòng)態(tài)復雜系統故障診斷或安全性分析任務(wù)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(guān)鍵環(huán)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(zhuān)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中的關(guān)鍵節點(diǎn)，通過(guò)傳感器采集關(guān)鍵數據，并利用設計的數據處理算法和診斷分析算法進(jìn)行即時(shí)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(shí)現該節點(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據可依據實(shí)際任務(wù)需要，將數據或算法點(diǎn)對點(diǎn)地傳輸至相應的終端工業(yè)計算機上。并且，每個(gè)邊緣計算工業(yè)計算機的處理結果也可上傳至微型云中，通過(guò)云計算整合各分布式工業(yè)計算機診斷分析結果，并最終給出整個(gè)系統最終的綜合分析結果。在這個(gè)過(guò)程中，算法、數據和結果以流的形式在分布式工業(yè)計算機系統中被訪(fǎng)問(wèn)、讀取和操作。

馬國華：推動(dòng)工業(yè)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(cháng)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(chǎng)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(chǎng)景快速擴大的同時(shí)，市場(chǎng)對工業(yè)計算機也提出了更多的要求，對這些要求的滿(mǎn)足情況將決定工業(yè)計算機的市場(chǎng)成長(cháng)。

首先，工業(yè)計算機作為上層應用的底座，如果在以下幾個(gè)方面有所作為，就會(huì )在更大程度上充分地滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，縮短應用的研發(fā)和調試周期，從而促進(jìn)工業(yè)計算機本身的發(fā)展：

（1）實(shí)時(shí)操作系統平臺支持，在實(shí)時(shí)多任務(wù)調度、I/O驅動(dòng)如新一代網(wǎng)絡(luò )/視頻等驅動(dòng)等支持上提供友好的用戶(hù)接口；

（2）主機板與I/O等外設板能夠進(jìn)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(lián)網(wǎng)及嵌入式應用等不同的應用場(chǎng)景中，都需要這種成熟的平臺架構。

工業(yè)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(lái)的效果是軟件武裝硬件、軟件驅動(dòng)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(gè)別廠(chǎng)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)規模的發(fā)展，造成惡性循環(huán)。

如果通過(guò)學(xué)會(huì )、協(xié)會(huì )或者技術(shù)聯(lián)盟平臺，推動(dòng)相關(guān)工業(yè)計算機體系架構的標準化，對共性技術(shù)開(kāi)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(dòng)工業(yè)計算機全行業(yè)共同上規模，讓整個(gè)行業(yè)受益。

在工業(yè)計算機這條產(chǎn)業(yè)鏈上，整機廠(chǎng)商、主板及其他硬件供應商以及軟件廠(chǎng)商最大的困惑基本都來(lái)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(hù)需求數量及單價(jià)與一次性投入成本的不匹配。

在有些領(lǐng)域，工業(yè)計算機與非工業(yè)計算機已經(jīng)沒(méi)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(zhuān)長(cháng)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(wèn)題備受關(guān)注

深圳華北工控股份有限公司市場(chǎng)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(lái)，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(lái)越多地依靠工控機，工控機的產(chǎn)品和技術(shù)也迎來(lái)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(dòng)化領(lǐng)域，而是廣泛應用到軌道交通、醫療設備、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(lái)，工控機將更具交互性和操作性，或將成為一個(gè)開(kāi)放、標準化的計算機平臺。

其次，隨著(zhù)各行各業(yè)轉型升級建設的不斷加快，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、數字化、信息化等方面的新要求。新時(shí)期下的工控機將不斷融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等前沿技術(shù)，突破現有的技術(shù)架構，以更高集成度、模塊化的技術(shù)設計，擔當起不同行業(yè)領(lǐng)域智能系統的技術(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。

未來(lái)，定制化和專(zhuān)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(huì )新技術(shù)及智能設備層出不窮，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(lái)?yè)屨际袌?chǎng)份額。工控機廠(chǎng)商為了更好地滿(mǎn)足不同行業(yè)領(lǐng)域的客戶(hù)需求，為客戶(hù)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(hù)實(shí)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(wèn)題也開(kāi)始備受關(guān)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(yè)的持續打壓，以及中國“缺芯”問(wèn)題給國內高新技術(shù)企業(yè)發(fā)展帶來(lái)了諸多不利影響。為了響應“核心技術(shù)國產(chǎn)化”和提高國內高新技術(shù)產(chǎn)品及服務(wù)自主可靠?jì)?yōu)勢的號召，國內工控機產(chǎn)業(yè)也開(kāi)始大力采用國內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?xún)?yōu)勢的工控機產(chǎn)品及服務(wù)，來(lái)滿(mǎn)足龐大的國內市場(chǎng)。

最后，工控機應用的信息安全問(wèn)題也是目前工控機產(chǎn)業(yè)比較重視的問(wèn)題?；趶碗s的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，為了保證工業(yè)控制系統信息數據的安全傳輸與安全存儲，相關(guān)廠(chǎng)商也開(kāi)始加大了對工控機信息安全保護方面的重視。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年11月刊