12月17日，“2021中國(guó)運(yùn)動(dòng)控制/直驅(qū)產(chǎn)業(yè)高峰論壇”在深圳坪山隆重召開(kāi)，五百多位業(yè)內(nèi)人士匯聚一堂，共謀行業(yè)發(fā)展大計(jì)。在分論壇運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用篇上，科東（廣州）軟件科技有限公司總經(jīng)理龔鵬程就《基于軟件定義的控制解決方案》內(nèi)容進(jìn)行主題分享。

以下內(nèi)容根據(jù)演講整理：

感謝論壇給予的機(jī)會(huì)，首先做一個(gè)簡(jiǎn)單的自我介紹，我是來(lái)自廣州科東軟件的，在自動(dòng)控制領(lǐng)域是一個(gè)新兵，今天在這么大的場(chǎng)合，確實(shí)有一點(diǎn)緊張，有一個(gè)小請(qǐng)求，請(qǐng)大家給我一點(diǎn)掌聲鼓勵(lì)一下，讓我更有信心把后面的內(nèi)容介紹完。

今天主要是軟件定義控制方案的介紹，我們做什么？我們從哪里來(lái)？為什么是我們做這個(gè)事情？回答大家這三個(gè)問(wèn)題。

從工業(yè)發(fā)展的歷程來(lái)看，蒸汽、電力、信息技術(shù)、智能化完整的四代演進(jìn)，到第四代，最核心的是智能化。什么是智能化？簡(jiǎn)單來(lái)講，一個(gè)是智慧，一個(gè)是能力，中間還需要一個(gè)“+”，綜合起來(lái)就是“智慧+能力”。傳統(tǒng)的IT更多是解決智慧的問(wèn)題，大數(shù)據(jù)分析、人工智能這些內(nèi)容解決的是計(jì)算的方法、算力，或者是智慧的問(wèn)題；而傳統(tǒng)的OT部分，現(xiàn)場(chǎng)的控制，就像人一樣，肌肉端的能力問(wèn)題，從我們科東軟件來(lái)講，我們重點(diǎn)解決的是中間“+”的問(wèn)題。

圖1

在解決技術(shù)智能化的需求上，我們根據(jù)國(guó)家的戰(zhàn)略，解決大家剛剛提到的卡脖子問(wèn)題，卡在哪里呢？卡在三個(gè)事情上，芯片、操作系統(tǒng)、協(xié)議。

還是回到智能化時(shí)代，什么是智能化？就是從傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，我們引入一些新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，形成新的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景，比如說(shuō)5G、人工智能、視覺(jué)系統(tǒng)和圖像識(shí)別，結(jié)合我們傳統(tǒng)的服務(wù)化應(yīng)用發(fā)展的思路，軟件定義的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，形成整個(gè)智能制造新的架構(gòu)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們需要一個(gè)功能更復(fù)雜、適用范圍更廣、安全可靠性更高的操作系統(tǒng)，我們叫工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。它具體怎么組成的呢？它具備什么特點(diǎn)呢？

圖2

首先，它是基于通用的工業(yè)PC或者嵌入式板卡的操作系統(tǒng)，從主流的X86、ARM、MIPS架構(gòu)，不同的廠商，包括英特爾、AMD、恩智浦，還有國(guó)內(nèi)的龍芯、飛騰、海光、兆芯等，從低功耗到高性能、大算力都能支持；其次是微內(nèi)核，確保操作系統(tǒng)內(nèi)核能夠通過(guò)SIL類安全功能認(rèn)證，滿足一些高安全關(guān)鍵系統(tǒng)應(yīng)用的需求，第三，它還能支持實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)應(yīng)用，同時(shí)在一個(gè)場(chǎng)景上，就像我們的大腦分左右半?yún)^(qū)，我們?cè)谶@上面會(huì)分成視覺(jué)區(qū)、邏輯思維以及其他控制區(qū)，通過(guò)這種方式分成不同區(qū)來(lái)滿足不同類型的業(yè)務(wù)需要，這是我們操作系統(tǒng)的核心。

圖3

我們科東提供了一個(gè)智能化的基礎(chǔ)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)助力工業(yè)控制系統(tǒng)打通任督二脈，用什么來(lái)打通呢？總線技術(shù)，符合IEC61158-28標(biāo)準(zhǔn)的AUTBUS總線技術(shù)，幫助我們的大腦和肌肉系統(tǒng)打通筋脈，形成完整的工業(yè)控制計(jì)算解決方案，這個(gè)方案具備融合、虛擬化、硬件支持廣泛等特性。

圖4主要強(qiáng)調(diào)幾個(gè)問(wèn)題：第一個(gè)是支持的應(yīng)用，從實(shí)時(shí)應(yīng)用控制，包括運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人控制、CNC數(shù)控系統(tǒng)、嵌入式計(jì)算等，都可以支撐；同時(shí)我們能夠提供小于50微秒的運(yùn)動(dòng)控制的精度支持。我們可以將機(jī)器視覺(jué)、數(shù)據(jù)庫(kù)、視頻、音頻、圖形仿真等等這樣的非實(shí)時(shí)應(yīng)用也能在操作系統(tǒng)上面做一個(gè)融合。當(dāng)然，這整個(gè)系統(tǒng)是在統(tǒng)一的架構(gòu)上，可以根據(jù)我們應(yīng)用的需求做不同的定義。所謂軟件定義，就是在標(biāo)準(zhǔn)化硬件之上，我們可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，支持實(shí)時(shí)或者非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，或者支持兩者融合運(yùn)行，這樣一個(gè)非常靈活的部署環(huán)境。

圖4

第二，我們的總線可以兼容或者接納其他的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線，如EtherCAT、Profinet、Canopen、Modbus等，這樣我們?cè)谂c國(guó)際接軌的基礎(chǔ)上，發(fā)展出一套新的總線，形成一套符合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制場(chǎng)景的完整解決方案。

第三，通過(guò)操作系統(tǒng)，可以非常靈活地和云端的各種應(yīng)用做銜接，和傳統(tǒng)的，大家聽(tīng)得比較多的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案提供商，比如說(shuō)騰訊云、阿里云等，我們可以很方便靈活地提供對(duì)接的機(jī)制來(lái)為用戶解決數(shù)字化生產(chǎn)問(wèn)題。

圖5是操作系統(tǒng)基本的特性，提供的功能比較豐富，包括故障記錄、文件系統(tǒng)、協(xié)議等。最典型的是微內(nèi)核的驗(yàn)證，另外還有分區(qū)的時(shí)空隔離性，把不同的控制功能和非實(shí)時(shí)功能在不同的空間和時(shí)間運(yùn)行，這樣做到任何一個(gè)區(qū)以在開(kāi)發(fā)階段做到并行開(kāi)發(fā)。

不同的應(yīng)用可以并行開(kāi)發(fā)，在運(yùn)行階段分區(qū)內(nèi)的應(yīng)用發(fā)生故障不會(huì)影響到操作內(nèi)核，以及其他的應(yīng)用。這樣可以降低部分軟件、個(gè)體的問(wèn)題，對(duì)整體系統(tǒng)的破壞或者影響。

圖5

圖6是針對(duì)控制系統(tǒng)要求比較高的操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的一個(gè)概述，與工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用比較多的Linux產(chǎn)品對(duì)比，我們可以看到紅色的數(shù)據(jù)點(diǎn)是INTEWELL系統(tǒng)響應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)，綠色是Linux的數(shù)據(jù)點(diǎn)，紅色的數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)比較集中，而實(shí)時(shí)Linux相隔比較大，這是工信部電子五所權(quán)威測(cè)試的數(shù)據(jù)。同時(shí)我們也有跟國(guó)外的嵌入式操作系統(tǒng)Vxworks6.8版本也做了一個(gè)測(cè)試，具體參數(shù)性能如下圖所示。

圖6

內(nèi)核及部分關(guān)鍵模塊源碼自主率達(dá)到100%，我們能做到100%的覆蓋需求，100%MC的覆蓋，也能做到100%的二進(jìn)制，這是國(guó)內(nèi)唯一能做到這兩點(diǎn)的嵌入式操作系統(tǒng)。我們通過(guò)了十多次全面測(cè)試和第三方機(jī)構(gòu)的測(cè)試，這是我們操作系統(tǒng)的主要特性。

我們?cè)诓僮飨到y(tǒng)之上提供了符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的一套控制開(kāi)發(fā)編程軟件，這個(gè)軟件也兼容相關(guān)的國(guó)際通用總線協(xié)議和AUTBUS總線。

再者，總線具備什么樣的特點(diǎn)呢？首先，這是一個(gè)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的總線；其次我們正在把它變成國(guó)標(biāo)；再次，這個(gè)協(xié)議和AUTBUS總線芯片，目前已經(jīng)成為中國(guó)石化領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。在中俄的能源生命線上，我們的西部管道這個(gè)項(xiàng)目里面，所有的這種傳感控制通信的設(shè)備都要和接入總線去傳送和采集數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。

我們希望和更多的設(shè)備廠商、集成商大家一起來(lái)思考中國(guó)工業(yè)控制面臨的問(wèn)題，大家共同努力來(lái)解決它。其實(shí)，我們現(xiàn)在做的東西是大家很多年前想做而沒(méi)做的，它受限于幾個(gè)因素，首先是CPU的性能問(wèn)題，其次是行業(yè)的操作系統(tǒng)、芯片技術(shù)的發(fā)展。隨著這么多年的發(fā)展，我們現(xiàn)在已經(jīng)具備了這樣一些基礎(chǔ)和條件，接下來(lái)需要我們大家一起共同打造這個(gè)生態(tài)圈，在這個(gè)核心基礎(chǔ)上發(fā)展。

在方案應(yīng)用方面，我們有一些典型的應(yīng)用案例。一個(gè)是宜昌東土工廠，因?yàn)闁|土科技原來(lái)是做交換機(jī)的，在交換機(jī)的裝配線上，我們?cè)谝慌_(tái)工業(yè)電腦上面運(yùn)行了13個(gè)PLC的控制軟件，實(shí)現(xiàn)了裝配線上的各種機(jī)械臂、傳動(dòng)相關(guān)控制功能的實(shí)施，這是自身的應(yīng)用，我們自己的產(chǎn)品，自己的生產(chǎn)基地在用這個(gè)東西，通過(guò)這個(gè)方案實(shí)現(xiàn)了OT、IT的打通，提高了效率，降低了庫(kù)存成本。

在石化方面，基于PC架構(gòu)的服務(wù)器，上面運(yùn)行了操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了HMI和相關(guān)的控制，還有一些控制系統(tǒng)的整合，所有這些應(yīng)用都是通過(guò)一臺(tái)機(jī)器實(shí)現(xiàn)的。

在工業(yè)機(jī)器人控制領(lǐng)域，科東和某機(jī)器人合作伙伴做了一個(gè)方案，兩個(gè)6軸機(jī)械臂，各加一個(gè)轉(zhuǎn)軸，一共14個(gè)軸，加上視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)。我們可以通過(guò)視覺(jué)識(shí)別去傳遞和控制一些指令，來(lái)控制機(jī)械臂的速度和運(yùn)動(dòng)的軌跡，這都是通過(guò)一臺(tái)英特爾i7CPU的PC實(shí)現(xiàn)的全部功能。

在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們正在把自動(dòng)駕駛的功能和算法放在操作系統(tǒng)上面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛。目前在道路施工攤鋪工程車上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)攤鋪操作，車上需要人，后面就不需要人了，它可以根據(jù)圖像識(shí)別實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，自動(dòng)執(zhí)行攤鋪動(dòng)作，這個(gè)預(yù)計(jì)在明年初會(huì)實(shí)現(xiàn)。

最后一個(gè)是打造芯片缺陷檢測(cè)顯微鏡的案例，通過(guò)邊緣控制器和操作系統(tǒng)，接入5G信號(hào)，芯片封裝后存在缺陷率，我們會(huì)導(dǎo)入圖像識(shí)別算法，部署工業(yè)相機(jī)抓拍，通過(guò)圖像識(shí)別去判斷缺陷，然后操縱產(chǎn)線去做一些記錄、分選相關(guān)的工作，把感知、決策、控制整合到一個(gè)PC架構(gòu)上去完成所有的工作。

為什么我們的操作系統(tǒng)可以支撐這些？首先，我們科東是北京東土科技和廣州科學(xué)城集團(tuán)共同注資成立的企業(yè)，注冊(cè)資金2.5億，核心的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)中國(guó)網(wǎng)絡(luò)化控制現(xiàn)場(chǎng)層的自主創(chuàng)新、安全可控、全球領(lǐng)先的工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

我們的INTEWELL操作系統(tǒng)是什么時(shí)候產(chǎn)生的呢？我們的INTEWELL是經(jīng)過(guò)了30年的發(fā)展，但大家日常過(guò)程中只會(huì)聽(tīng)說(shuō)到WINDOWS、Linux，沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)我們，但其實(shí)國(guó)內(nèi)有一個(gè)操作系統(tǒng)名氣很大“道”，我們的系統(tǒng)就是源自于道系統(tǒng)，1990年電子科技大學(xué)的一個(gè)課題產(chǎn)生的操作系統(tǒng)的內(nèi)核，2000年到2005年，大家現(xiàn)在去首都機(jī)場(chǎng)的安檢門操作系統(tǒng)是用的道系統(tǒng)的產(chǎn)品，這是2001、2002年做的，2005年把我們的虛擬機(jī)、瀏覽器賣給了瑞士公司，后來(lái)這個(gè)團(tuán)隊(duì)被谷歌收購(gòu)了。

谷歌、安卓初期版本里面有很多的產(chǎn)品是我們?cè)缦鹊臉?gòu)想，早期我們推國(guó)產(chǎn)化操作系統(tǒng)非常難，市場(chǎng)接受程度很低，不是行不行的問(wèn)題，而是是否愿意用的問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題一直很難得到解決，在什么時(shí)候開(kāi)始真正得到解決了呢？是在‘’十一五‘’和‘’十二五‘’期間，國(guó)家開(kāi)始重視裝備的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，從那個(gè)時(shí)候開(kāi)始，我們的操作系統(tǒng)在國(guó)產(chǎn)化裝備得到試點(diǎn)示范，逐步規(guī)模應(yīng)用。2017年我們開(kāi)始進(jìn)入到東土科技，然后發(fā)布了工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可以做一些針對(duì)行業(yè)應(yīng)用或者針對(duì)一些典型應(yīng)用場(chǎng)景的東西，2019年成立了科東公司，目前在無(wú)人駕駛、工業(yè)機(jī)器人、視覺(jué)應(yīng)用等等方面都有一些典型應(yīng)用。

在軟件定義控制解決方案，2019年我們獲得了首界中國(guó)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽的一等獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)有兩個(gè)一等獎(jiǎng)，一個(gè)是我們，一個(gè)是工業(yè)富聯(lián)公司。今年4月份，我們又拿到了全球工業(yè)智能峰會(huì)的技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)，獲得該獎(jiǎng)項(xiàng)的有兩家單位，一家是我們，另外一家是西門子，我們相關(guān)的專利和軟著有多年的積累，讓我們能夠有信心在工業(yè)裝備領(lǐng)域作出自己的貢獻(xiàn)。

由于時(shí)間關(guān)系，我們就不過(guò)多展開(kāi)分享。我們公司在成立的時(shí)候有一個(gè)夢(mèng)想，要成為一個(gè)國(guó)際一流的操作系統(tǒng)的廠商，然后為振興中國(guó)民族軟件產(chǎn)業(yè)而努力，而過(guò)去二十年我實(shí)現(xiàn)了這個(gè)夢(mèng)想的第一步，在防務(wù)裝備里實(shí)現(xiàn)了很多這樣的應(yīng)用。我希望在接下來(lái)的20年中，我能夠和在座的各位，以及今天沒(méi)有到場(chǎng)的工業(yè)界的朋友們一起在智能制造這個(gè)領(lǐng)域共同打造出一片新的天空，讓我的夢(mèng)想能夠繼續(xù)飛翔。