CEO专访 | 算控一体:中国工业智能化升级的必然之路

2024-04-02 18:42:24     来源:

发展先进制造业,全方位推进工业智能化,是加快推进新型工业化的必然选择,是中国工业制造业迈向中高端的重要路径。

智能制造、工业互联网基于云计算、大数据、人工智能等技术栈,他们共同的底座是工业控制系统,如工控机、控制器、PLC(可编程逻辑控制器)等。但是,这些基于传统架构、广泛应用的控制设备在新的数字化转型需求下,已成为处理大量实时数据,实现设备与设备之间,设备和工厂之间的数据交换和实时控制的“堵点”。

不仅如此,中国工业制造业的“上游”,也就是工业通用自动化市场,长期以来国外品牌占据主导地位,国产化率较低。中国工业制造业要迈向新型工业化,需要从根本上“升维”,以自主技术“打穿”通用自动化市场,实现产业升级。

中科时代CEO马君

这是一条新路。中科时代(深圳)计算机系统有限公司(下称“中科时代”)CEO马君在接受中国工业报专访时说,(工业)自动化的未来就是计算机化,并且是IT与OT的深度融合,“算控一体”。

工业控制架构迭代呼之欲出

工业控制系统通常指上位机+下位机分体式架构,由工控机(工业电脑)、多种PLC控制器等共同组成。上位机(Host Computer)是指具有计算和数据处理能力的计算机,负责整个控制系统的监控、指令下发、数据采集、处理分析以及用户交互。下位机(Slave Device)则是在控制系统中直接与传感器、执行器等硬件相连的设备或控制器。

上位机的硬件通常包括个人电脑、工业PC或服务器,他们通过各种通信接口与下位机进行数据交换。下位机通常负责执行上位机的控制指令(任务),如开关信号的输出、模拟量的调节、数据的采集等。多年来,上位机+下位机架构支撑了现代工业的长足发展。

与此同时,一种新型架构也随着PC的问世而逐渐发展起来。1986年,工业控制领域知名企业德国倍福推出全球首个PC架构(一种计算机体系结构)的控制系统。倍福的理念就是“所有工作由一个平台上的软件完成”。沿着这一主线,倍福、奥地利贝利莱、巴赫曼公司等发展成为PC架构工业控制系统的领导者。

PC架构的工业控制系统,就是把工业现场上位机及其复杂应用,包括人机交互软件(HMI)、AI算法、上位机专用软件、数据库等,“搬”到算力更强的计算机里运行。同时,把下位机如PLC、运动控制器和运动控制卡里运行的控制程序,也“搬”到计算机里。通过软件控制,实现一个计算平台运行。

发展到今天,工业控制系统两种架构同时存在,但却形成传统分体式架构“一家独大”的格局。尽管如此,一方面,PC架构的工业控制系统已在新能源等部分行业和场景占据优势;另一方面,新的契机已经出现,这就是新技术的发展和应用。

当前,随着互联网、云计算、大数据、人工智能等新技术的发展,工业视觉、工业机器人等深入应用,人、机、料、法、环全面连接,工业现场越来越复杂,数据量急剧增加,对控制系统的算力与控制能力提出了更高的要求。传统架构已无法满足工业设备的数据交互和实时控制需求,即便提升工控机的算力,也无法解决系统复杂性与实时性难题。

在需求侧,工业控制系统的架构迭代开始走向转折点。

高端控制系统国产化迫在眉睫

工业控制系统通过综合运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术,实现对工业生产过程的检测、控制、优化、调度、管理和决策,以达到稳定、安全以及降本、提质、增效、降耗等目的,其实现需要软件、硬件、系统等协同运行。

从产业链的角度,工业制造业可以分为“上游”“中游”和下游。上游即工业控制系统,包括工业计算设备如工控机、PLC控制器、IO设备、伺服产品等,他们是工业体系的核心。中游即各种生产设备、装备,如通用机械、3C电子设备、光伏设备、锂电设备制造。下游就是工厂。

如果说工业自动化是现代工业的基石,那么工业控制系统就是现代工业的支柱。遗憾的是,中国连续11年成为全球制造业大国,但工业通用自动化产业自主能力欠佳,上游产业非常薄弱。特别是在中高端制造场景,工业控制系统国产化率较低。

根据《PC control》全球自动化公司排名,前50强中无中国企业身影。排名领先企业如西门子、艾默生、ABB、施耐德、罗克韦尔、霍尼韦尔等,基本分布在美国、德国、奥地利、日本、英国等欧美地区。

在国内,具有自主技术和产品的上游上市公司并不多见。汇川技术、浙大中控、柏楚电子,以及雷赛智能、东土科技、和利时、合川技术、信捷电气等,这些企业大部分行业垂直。在中高端制造场景,我国工业控制系统企业与国外品牌存在很大的差距。

此外,从技术路线和产品层面看,放眼国内,基于传统架构,提供通用工业自动化产品的厂商非常多,但基于PC和软件定义的工业控制系统却鲜有企业涉足。

中国航空工业集团信息技术中心原首席顾问宁振波多次指出中国智能制造“缺芯少魂”,这是指缺乏自主芯片与工业软件。而缺乏自主工业控制系统,工业就没有“大脑”。我国工业制造业要迈向中高端,工控尤其是高端工控系统的国产化已迫在眉睫。

算控一体:中科时代换道突围

2022年,中科时代推出首款工业智能计算机(“工智机”)产品,以算控一体的独有理念和技术路线,迅速获得市场认可。两年后,公司产品已扩展到机架式、嵌入式等多种类型。

据介绍,与传统的上位机+下位机组合相比,“工智机”将计算与控制相结合,通过一套控制器搭配一套软件和一套程序,可同时具备运动控制、逻辑控制、机器视觉、组态显示等功能,能够使工业控制设备更好地适应复杂和多变的生产环境,并具有更高的实时性和算力可伸缩性。

“工智机”不仅有效解决了OT与IT之间的融合难题,还具备解决传统工控存在的大算力需求无法满足、程序相互干扰,以及高成本和可靠性不足等关键问题的能力。

马君告诉中国工业报记者,算控一体带来了四大好处:一是使工业计算的硬件成本大幅下降;二是系统运行性能大幅提升;三是一个IDE环境(集成开发环境)实现混合编程,编程效率大幅提高;四是由于PC架构可以让控制程序运行速度更快、抖动更低,这使机械制造更稳定,有利于实现高端制造。

“工智机”技术源自中科院计算所,其基于国家重点行业、重大课题的研发,诞生了工业智能计算机+软件定义的技术体系,变革当前由传统PLC、运动控制器、工业电脑、边缘服务器主导的工业计算市场格局。

“换道超车”。这一技术体系也成为中科时代笃定的技术路线。得益于此前中科院计算所投入的多年心血,这份厚积薄发也给了中科时代将技术产业化的基础和底气。

据悉,中科时代第一款“工智机”,采用了同为中科院计算所孵化的海光x86 CPU以及寒武纪GPU。面向未来,公司将让全线产品走向100%国产化,打破长久以来高端工业计算设备的“卡脖子”困境。

“传统工业自动化的终局”

对企业而言,看清大势,选择赛道,有时并不难,难的在于如何建立自已的核心优势,将最好的产品、技术、服务真正落实,赢得客户,得到资本市场的认可。

中科时代位居工业制造业上游,是一个非常大的赛道,并且工业上游足够重要,是新型工业化的基础。工业控制系统迈向计算机化,更将是一次巨大的产业跃迁机会。例如云计算、智能手机、智能汽车,其计算机化就体现出产业跃迁的鲜明特征。

数据显示,在一个有关创业项目(公司)的热度排名中,中科时代公司位居前列。过去两年来,公司完成总计超3亿元A轮及A+轮融资,侧面说明资本市场对公司的发展方向和愿景的认可。

新架构的成长很强劲。马君指出,在新增市场,PC架构占有率大概是20%,而且还在不断上升。目前,中科时代的产品已经在先进制造(半导体、激光、3C电子)、新能源(光伏、风电)、流程工业(石油、钢铁)等行业拿到了标杆客户的批量订单。

当前,软件定义工业控制已成业界关键课题。传统架构的代表企业西门子公司全球CEO博乐仁(Roland Busch)曾说,工业制造转型升级有四大方向,首当其冲就是软件定义PLC。西门子已开启转型,方向之一就是软件化。

随着智能制造、工业互联网的推进,连接与融合正在重构工业数字化、智能化,业务重构、产业重构、价值重构接连不断。从上往下,从业务到管理到车间到产线,数据驱动工业制造业升级,必将面临工业控制层的转型。IT与OT融合,是工业迈向智能化的必然选择。

“这将是传统工业自动化的终局。”马君说。

 

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