★北京控制工程研究所 刘波

北京控制工程研究所研究员、中国计算机学会工业控制计算机专委会主任 刘波

前景广阔的中国工控机市场

对于中国的工控机市场，我认为前景非常广阔，主要基于以下三点：

第一，有需求。随着“中国制造2025”战略的实施，对于工控机或嵌入式系统的依赖性越来越高，工控机市场需求旺盛，产品不断创新优化，应用领域向多元化拓展，如工业自动化、智慧医疗、智慧城市、智能交通、环境监测、节能与新能源、物联网等；特别是在新能源汽车、航空航天等高科技领域，对高性能工控机需求尤为迫切。这些领域对工控机提出了更高要求，为工控机行业提供了广阔的发展空间。

第二，有政策。工控机是工业自动化系统的大脑，是实现工业自动化的关键组成部分。国内出台多项政策，鼓励工业自动化行业的自主发展与创新，进行智能制造和产业升级。近年，国家和各级政府高度重视工控机发展，提出推动制造业高端化、智能化和绿色化发展，同时强调推进产业数字化转型。产业政策的陆续出台，为国内工控机快速持续发展提供了明确导向支撑，为相关企业吃了定心丸。

第三，有挑战。技术创新是工控机行业持续发展的关键驱动力。随着国产芯片和基础软件的快速进步，人工智能、云计算等新技术的不断成熟和应用，工控机的创新发展也将有更多的技术挑战。如何通过引入新技术，提升工控机的数据处理能力、智能分析能力和远程监控能力，满足复杂工业现场的需求，同时推动工控机产业链的协同发展，实现资源共享和优势互补，将是较长一段时间内工控行业的挑战。

在复杂多变的国际大背景下，当前处于工控机发展的关键时期，也是自主发展国产工控机的机遇期。

今年国家对工控机有许多新的政策支持，譬如今年出台《工业重点行业领域设备更新和技术改造指南》明确指出几个工业重点行业领域设备更新目标：

在工业软件领域，以提升产业链供应链韧性和安全水平为重点，围绕石油、化工、航空、船舶、钢铁、汽车、医药、轨道交通等关系经济命脉和国计民生的行业领域，推动基础软件、工业软件和工业操作系统更新换代。2027年，完成约200万套工业软件和80万台套工业操作系统更新换代任务。

而在工业网络设备领域，以构建安全可控新型工业网络体系，加快工业互联网规模化应用，促进制造业“智改数转网联”，推动汽车、钢铁、轻工、工程机械、建材、船舶、消费电子、航空、石油化工、消费品等行业的工业设备、工业网络、工业算力、工控系统等网络化改造升级。力争到2027年，80%的规模以上制造业企业基本实现网络化改造，边缘网关、边缘控制器等产品部署超过100万台，“5G+工业互联网”项目数超过2万个。

这些政策，将极大地提升我国工控机或嵌入式系统的发展水平。

可以说各行各业都离不开工控机或嵌入式系统的应用。在未来5年，我国有数万家中小企业需要数智化改造升级，对工控机数量的需求是巨大的，推动了工控机市场的整体发展。而在石油、化工、航空、航天、船舶、钢铁、汽车、医药、轨道交通等关系经济命脉和国计民生的行业领域，工控机的应用就更为广泛；工业机器人也将是工控机应用迅速发展的行业。

数字化时代的机遇与挑战

在数字技术驱动下，工控机在技术发展上将提升自动化、智能化和安全性水平。按照《工业重点行业领域设备更新和技术改造指南》，举两个例子：

在石化化工行业，到2027年，推动行业数字化转型成熟度3级及以上企业比例达到15%以上，4级及以上企业比例达到7%以上，关键工序数控化率达到85%以上，数字化研发设计工具普及率达到75%以上，改造装置能效达到《工业重点领域能效标杆水平和基准水平（2023年版）》标杆水平，本质安全水平大幅提升。

在钢铁行业，数字化转型改造。推进企业在自动化、数据采集、过程控制、网络架构等方面完善软硬件设施建设，加装传感检测、仪器仪表、无人运输车辆等智能装备，在测温、取样、扒渣、酸洗、巡检、吊运等3D岗位引进工业机器人；矿山采选、炼铁、炼钢、轧钢等操控集中化，设备监控、诊断、运维远程化，销售、采购等服务线上化；完善网络基础设施建设，扩大5G、Wi-Fi6、工业以太网等在钢铁企业的覆盖；开展先进成熟的数字化应用改造、智能制造工厂建设和优秀应用场景推广，支持建设钢铁行业数字化转型关键共性技术创新平台。

在航天领域，基于高可靠计算机和操作系统，首先是设备、系统性能和功能的突破，其次是航天器的稳定、可靠性运行，再者就是拥有自主发展的持续基础，围绕这三点在数字技术驱动下，找到契合的发展和创新点。

在万物互联时代，会涌现出海量的末端智能体和智能边缘设备，这些智能体和边缘设备的核心部件就是小型化或微型化工控机或嵌入式系统，并在算力、算法和操作系统层面能很好支持人工智能技术的应用。

工控机的产品及技术比较特殊，为其它行业领域提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。近年来，在物联网、计算机及网络技术、人工智能等快速发展的背景下，关键性行业的关键任务越来越多地依靠工控机，工控机的产品和技术也迎来了变革与升级。物联网可以看作嵌入式系统开发极好的机会。智能手机，平板电脑和可穿戴设备等移动设备已经变得无处不在。

个人认为未来主要有三大挑战：

第一，自主可控技术的挑战。如工业处理器作为工业强基工程中的核心关键基础元器件，关系到涉及国计民生的重大工程任务。实现基于ARM、RISC-V、PowerPC架构的工业处理器的自主研发与设计能力，是中国制造2025重大强国战略实施过程中核心关键基础元器件“卡脖子”问题的有效解决途径。

第二，信息安全性技术的挑战。工控机信息安全问题倍受重视。工业互联网在城市、交通、能源、水利、智能制造等关乎国计民生的领域广泛应用，层出不穷的安全事件也为我们敲响了警钟。例如，工控机系统逐渐走向开放，而工控机网络环境的多样性和复杂性给其带来许多安全问题。

第三，智能化的挑战。按照《国家智能制造标准体系建设指南》，将在几乎全部工业重点行业推动智能化。譬如在工业机器人行业，面向高端化、智能化、绿色化发展方向，如何着力提升工业机器人生产过程的数字化网络化智能化水平，是提升工业机器人产品竞争力的重要挑战。

以创新和人才培养助力工控行业发展

国家工业控制机及系统工程技术研究中心主要围绕航天领域开展控制计算机研发和创新，在研发和创新方面的最新成果，主要有：

（1）研制了分布式热备份冗余控制计算机系统，解决了拜占庭实时容错计算问题，使中国空间计算机容错水平大幅提升。

（2）研制出基于RISC-V架构的新一代高可靠航天处理器，将有力地支撑航天控制计算机的持续发展。

（3）围绕控制计算机和系统日益智能化的迫切需求，开展高可信智能化操作系统和数据库的研究。

（4）持续开展高可信软件构造技术（将人工智能方法引入到软件工程领域，实现软件开发过程的自动化、智能化操作，从而提升软件研制质量和效率）、高可信软件验证技术（形成易用性强的自动化仿真测试平台，为智能化、数字化、自动化快速测试和验证方面奠定基础）研究。

（5）实时控制网络：针对以TTE技术与TSN技术为代表的确定性以太网技术，开展确定性业务时延服务质量保障研究、系统容错方案研究（通过空间/时间冗余机制与错误数据隔离机制的结合，提升系统可靠性）、网络协议标准化与设备兼容性设计研究、网络动态调度等研究。

（6）基于大数据的健康管理技术：面向数字化装备实时数据异常检测、健康评估及预测性维护的分析需求，开展基于大数据的健康管理技术研究。

此外，研究中心希望做工控领域的沃土，培养未来发展需要的高层次人才同时，提供不同的岗位和职责，满足各层次人才发展需求。

一方面，与清华大学、西电等国内多所高校联合培养硕士、博士人才。建立了开放共享制度，针对大型仪器设备及科学数据、技术资料实现开放共享机制，提高工控中心人才培养平台的属性。

另一方面，杨孟飞院士是工控中心的首席科学家、“身边的科学家”。中心努力成为航天精神的传承者，建设守护航天精神家园，传承发扬航天精神，为培养层次人才树立楷模。

第三，中心从运行管理、设备设施建设和政策机制方面为人才培养和发展提供保障。

工控机行业未来发展重点

对于工控机和嵌入式系统行业的未来发展重点，我认为主要有三个方面：

其一，国产化的生态。基于国产化基础软硬件的工控生态才能稳定、持续和安全，我认为这是未来几年内工控机行业最需要关注和解决的问题。

其二，智能化。随着工控机向众多领域拓展延伸，工控机或嵌入式系统如何更好地为客户提供无人化、自动化和智能化的解决方案也将是需要关注和解决的问题。

其三，信息安全问题备受重视。工控机安全市场正在迎来需求的高增长期。企业开始加大对信息安全保护的重视，将成为推动我国工业信息安全的强大的积极力量。

摘自《自动化博览》2024年11月刊