12月17日，“2021中國運動控制/直驅(qū)產(chǎn)業(yè)高峰論壇”在深圳坪山隆重召開，五百多位業(yè)內(nèi)人士匯聚一堂，共謀行業(yè)發(fā)展大計。在分論壇運動控制技術應用篇上，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：

感謝論壇給予的機會，首先做一個簡單的自我介紹，我是來自廣州科東軟件的，在自動控制領域是一個新兵，今天在這么大的場合，確實有一點緊張，有一個小請求，請大家給我一點掌聲鼓勵一下，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？為什么是我們做這個事情？回答大家這三個問題。

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

圖1

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

還是回到智能化時代，什么是智能化？就是從傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的基礎上，我們引入一些新的互聯(lián)網(wǎng)技術，形成新的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應用場景，比如說5G、人工智能、視覺系統(tǒng)和圖像識別，結(jié)合我們傳統(tǒng)的服務化應用發(fā)展的思路，軟件定義的技術發(fā)展趨勢，形成整個智能制造新的架構。在這個基礎上，我們需要一個功能更復雜、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)級網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。它具體怎么組成的呢？它具備什么特點呢？

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，不同的廠商，包括英特爾、AMD、恩智浦，還有國內(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SIL類安全功能認證，滿足一些高安全關鍵系統(tǒng)應用的需求，第三，它還能支持實時和非實時應用，同時在一個場景上，就像我們的大腦分左右半?yún)^(qū)，我們在這上面會分成視覺區(qū)、邏輯思維以及其他控制區(qū)，通過這種方式分成不同區(qū)來滿足不同類型的業(yè)務需要，這是我們操作系統(tǒng)的核心。

圖3

我們科東提供了一個智能化的基礎平臺，這個平臺助力工業(yè)控制系統(tǒng)打通任督二脈，用什么來打通呢？總線技術，符合IEC61158-28標準的AUTBUS總線技術，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)控制計算解決方案，這個方案具備融合、虛擬化、硬件支持廣泛等特性。

圖4主要強調(diào)幾個問題：第一個是支持的應用，從實時應用控制，包括運動控制、機器人控制、CNC數(shù)控系統(tǒng)、嵌入式計算等，都可以支撐；同時我們能夠提供小于50微秒的運動控制的精度支持。我們可以將機器視覺、數(shù)據(jù)庫、視頻、音頻、圖形仿真等等這樣的非實時應用也能在操作系統(tǒng)上面做一個融合。當然，這整個系統(tǒng)是在統(tǒng)一的架構上，可以根據(jù)我們應用的需求做不同的定義。所謂軟件定義，就是在標準化硬件之上，我們可以根據(jù)業(yè)務需求，支持實時或者非實時業(yè)務，或者支持兩者融合運行，這樣一個非常靈活的部署環(huán)境。

圖4

第二，我們的總線可以兼容或者接納其他的國際標準總線，如EtherCAT、Profinet、Canopen、Modbus等，這樣我們在與國際接軌的基礎上，發(fā)展出一套新的總線，形成一套符合工業(yè)現(xiàn)場控制場景的完整解決方案。

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

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)核的驗證，另外還有分區(qū)的時空隔離性，把不同的控制功能和非實時功能在不同的空間和時間運行，這樣做到任何一個區(qū)以在開發(fā)階段做到并行開發(fā)。

不同的應用可以并行開發(fā)，在運行階段分區(qū)內(nèi)的應用發(fā)生故障不會影響到操作內(nèi)核，以及其他的應用。這樣可以降低部分軟件、個體的問題，對整體系統(tǒng)的破壞或者影響。

圖5

圖6是針對控制系統(tǒng)要求比較高的操作系統(tǒng)實時性的一個概述，與工業(yè)領域應用比較多的Linux產(chǎn)品對比，我們可以看到紅色的數(shù)據(jù)點是INTEWELL系統(tǒng)響應數(shù)據(jù)點，綠色是Linux的數(shù)據(jù)點，紅色的數(shù)據(jù)點相對比較集中，而實時Linux相隔比較大，這是工信部電子五所權威測試的數(shù)據(jù)。同時我們也有跟國外的嵌入式操作系統(tǒng)Vxworks6.8版本也做了一個測試，具體參數(shù)性能如下圖所示。

圖6

內(nèi)核及部分關鍵模塊源碼自主率達到100%，我們能做到100%的覆蓋需求，100%MC的覆蓋，也能做到100%的二進制，這是國內(nèi)唯一能做到這兩點的嵌入式操作系統(tǒng)。我們通過了十多次全面測試和第三方機構的測試，這是我們操作系統(tǒng)的主要特性。

我們在操作系統(tǒng)之上提供了符合IEC61131-3標準的一套控制開發(fā)編程軟件，這個軟件也兼容相關的國際通用總線協(xié)議和AUTBUS總線。

再者，總線具備什么樣的特點呢？首先，這是一個符合國際標準的總線；其次我們正在把它變成國標；再次，這個協(xié)議和AUTBUS總線芯片，目前已經(jīng)成為中國石化領域的標準。在中俄的能源生命線上，我們的西部管道這個項目里面，所有的這種傳感控制通信的設備都要和接入總線去傳送和采集數(shù)據(jù)進行控制。

我們希望和更多的設備廠商、集成商大家一起來思考中國工業(yè)控制面臨的問題，大家共同努力來解決它。其實，我們現(xiàn)在做的東西是大家很多年前想做而沒做的，它受限于幾個因素，首先是CPU的性能問題，其次是行業(yè)的操作系統(tǒng)、芯片技術的發(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和條件，接下來需要我們大家一起共同打造這個生態(tài)圈，在這個核心基礎上發(fā)展。

在方案應用方面，我們有一些典型的應用案例。一個是宜昌東土工廠，因為東土科技原來是做交換機的，在交換機的裝配線上，我們在一臺工業(yè)電腦上面運行了13個PLC的控制軟件，實現(xiàn)了裝配線上的各種機械臂、傳動相關控制功能的實施，這是自身的應用，我們自己的產(chǎn)品，自己的生產(chǎn)基地在用這個東西，通過這個方案實現(xiàn)了OT、IT的打通，提高了效率，降低了庫存成本。

在石化方面，基于PC架構的服務器，上面運行了操作系統(tǒng)，實現(xiàn)了HMI和相關的控制，還有一些控制系統(tǒng)的整合，所有這些應用都是通過一臺機器實現(xiàn)的。

在工業(yè)機器人控制領域，科東和某機器人合作伙伴做了一個方案，兩個6軸機械臂，各加一個轉(zhuǎn)軸，一共14個軸，加上視覺識別系統(tǒng)。我們可以通過視覺識別去傳遞和控制一些指令，來控制機械臂的速度和運動的軌跡，這都是通過一臺英特爾i7CPU的PC實現(xiàn)的全部功能。

在這個基礎上，我們正在把自動駕駛的功能和算法放在操作系統(tǒng)上面，實現(xiàn)自動駕駛。目前在道路施工攤鋪工程車上實現(xiàn)了自動攤鋪操作，車上需要人，后面就不需要人了，它可以根據(jù)圖像識別實現(xiàn)自動駕駛，自動執(zhí)行攤鋪動作，這個預計在明年初會實現(xiàn)。

最后一個是打造芯片缺陷檢測顯微鏡的案例，通過邊緣控制器和操作系統(tǒng)，接入5G信號，芯片封裝后存在缺陷率，我們會導入圖像識別算法，部署工業(yè)相機抓拍，通過圖像識別去判斷缺陷，然后操縱產(chǎn)線去做一些記錄、分選相關的工作，把感知、決策、控制整合到一個PC架構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城集團共同注資成立的企業(yè)，注冊資金2.5億，核心的目標是實現(xiàn)中國網(wǎng)絡化控制現(xiàn)場層的自主創(chuàng)新、安全可控、全球領先的工業(yè)級網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。

我們的INTEWELL操作系統(tǒng)是什么時候產(chǎn)生的呢？我們的INTEWELL是經(jīng)過了30年的發(fā)展，但大家日常過程中只會聽說到WINDOWS、Linux，沒有聽說過我們，但其實國內(nèi)有一個操作系統(tǒng)名氣很大“道”，我們的系統(tǒng)就是源自于道系統(tǒng)，1990年電子科技大學的一個課題產(chǎn)生的操作系統(tǒng)的內(nèi)核，2000年到2005年，大家現(xiàn)在去首都機場的安檢門操作系統(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、瀏覽器賣給了瑞士公司，后來這個團隊被谷歌收購了。

谷歌、安卓初期版本里面有很多的產(chǎn)品是我們早先的構想，早期我們推國產(chǎn)化操作系統(tǒng)非常難，市場接受程度很低，不是行不行的問題，而是是否愿意用的問題，這個問題一直很難得到解決，在什么時候開始真正得到解決了呢？是在‘’十一五‘’和‘’十二五‘’期間，國家開始重視裝備的國產(chǎn)化問題，從那個時候開始，我們的操作系統(tǒng)在國產(chǎn)化裝備得到試點示范，逐步規(guī)模應用。2017年我們開始進入到東土科技，然后發(fā)布了工業(yè)級網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，可以做一些針對行業(yè)應用或者針對一些典型應用場景的東西，2019年成立了科東公司，目前在無人駕駛、工業(yè)機器人、視覺應用等等方面都有一些典型應用。

在軟件定義控制解決方案，2019年我們獲得了首界中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽的一等獎，當時有兩個一等獎，一個是我們，一個是工業(yè)富聯(lián)公司。今年4月份，我們又拿到了全球工業(yè)智能峰會的技術創(chuàng)新獎，獲得該獎項的有兩家單位，一家是我們，另外一家是西門子，我們相關的專利和軟著有多年的積累，讓我們能夠有信心在工業(yè)裝備領域作出自己的貢獻。

由于時間關系，我們就不過多展開分享。我們公司在成立的時候有一個夢想，要成為一個國際一流的操作系統(tǒng)的廠商，然后為振興中國民族軟件產(chǎn)業(yè)而努力，而過去二十年我實現(xiàn)了這個夢想的第一步，在防務裝備里實現(xiàn)了很多這樣的應用。我希望在接下來的20年中，我能夠和在座的各位，以及今天沒有到場的工業(yè)界的朋友們一起在智能制造這個領域共同打造出一片新的天空，讓我的夢想能夠繼續(xù)飛翔。