從雲計算到大資料，從人工智慧到工業網際網絡，這些先進技術給工業製造帶來了前所未有的機遇和挑戰。 隨著技術的發展，許多工業裝置需要進行資料互動和實時控制，這也對控制裝置的算力提出了更高的要求。
中科時代作為一家在PC控制、雙域作業系統開發、運動控制演算法、人工智慧演算法等領域具有強大技術優勢的企業，致力於為工業場景提供高效、穩定、可靠的工業自動化和智慧型化解決方案。 中科時代嵌入式軟體與作業系統專家宋建偉在接受工控採訪時表示，中科時代自成立以來，始終致力於基於PC架構的集算控於一體的工業智慧型產品研發，不僅為使用者提供了多種功能選擇和擴充套件可能性， 同時也將PC控制效能提公升到乙個新的高度，實現系統資源的高效利用。
圖為：中科時代嵌入式軟體與作業系統專家宋建偉接受工控採訪。
在採訪中，宋建偉詳細分享了中科時代在工業智慧型產品創新突破方面的努力。 他指出，中科時代在工業智慧型產品的研發上始終堅持創新，不斷尋求突破。 這種創新和突破不僅體現在產品的硬體設計上，還體現在軟體的優化和功能的擴充套件上。
顛覆傳統控制架構，以算控一體化釋放產業潛能
在傳統的分體式架構中，控制系統分為上位機和下位機兩大部分，主要由工控機和各種PLC控制器組成，不僅體積龐大，而且難以以工控機的計算能力提高系統的實時性， 無法滿足大量實時資料的處理，且部署多個控制器導致系統複雜度呈幾何級數增加。與傳統的工控機和PLC組合相比，中科時代的工業智慧型機器產品將邊緣計算與控制相結合，通過一套控制器配一套軟體和一套程式，可以同時具備運動控制、邏輯控制、機器視覺、組態顯示等功能， 可以使工業控制裝置更好地適應複雜多變的生產環境，並具有更高的實時性和算力可擴充套件性。
圖：主要產品。
傳統架構在處理大量伺服電機涉及的實時性和穩定性要求時，難以實現有效突破。 當軸數超過 32 軸時，傳統架構的複雜度會翻倍。 通過簡化架構，該工具機可以輕鬆應對256軸的大場景。 宋建偉補充道。 此外，上下計算機之間的傳統通訊被工業智慧型機器的跨域共享記憶體所取代，資料吞吐量比傳統乙太網通訊快2-3個數量級。 與傳統架構相比，由於缺乏過多的通訊配置和線路維護，以及AI程式設計和IEC標準流程程式設計的整合，機器的應用還可以降低部署成本，降低人員需求和相應的成本。
在軟體方面，中科時代推出了基於異傲雙域作業系統的MetaOS和Metahypervisor虛擬化管理軟體，可實現高效的資源管理和精準的任務排程。 中科時代通過軟體定義，實現了硬體算力的擴縮容，通過作業系統實時域與非實時域的隔離，以及元管理程式的配置，根據客戶的現場需求合理分配和靈活擴充套件算力，從而通過軟體真正將算力應用到客戶現場工業需求的關鍵點上定義。此外，無縫整合Codesys PLC平台，中科時代還推出了Metafacture Mearte軟體，不僅支援IEC61131-3程式設計、編譯、下底、執行等功能，還支援Ethercat、Profinet、EthernetIP、DeviceNet、CanOpen、Modbus、OPC等常見工業通訊，還整合了中科院數百個自主研發的視覺演算法功能塊， 如形狀識別、顏色識別、測量、文字識別等。
借助 Xenomai 框架，在非實時域 CPU 和 GPU 滿載壓力的情況下，工業智慧型機實現了 EtherCAT 128 軸 1 毫秒直流同步的穩定輸出能力，抖動的高實時效能小於 30 微秒。 此外，工業智慧型整機產品還具有強大的計算能力。 這主要得益於與英特爾、海光、英偉達、寒武紀等硬體的緊密合作，這些合作夥伴強大的算力賦予了機器在人工智慧應用中的卓越效能，從而為使用者帶來全新的計算機化自動化體驗。
憑藉其穩定的效能，使用Xenomai框架的TechSmart在許多行業中發揮了關鍵作用。 例如，中科時代為多晶矽龍頭企業提供的控制和生產決策系統，已實現連續15個月的穩定執行。 通過部署多晶矽還原爐智慧型控制系統MESPV，可實現還原爐管理、批次管理、曲線檢視、控制引數和下達等功能，實時判斷爐內反應，識別爐內霧化狀態，同時降低單位用電量， 每批可節省26,000-52,000千瓦時的電力。in-robot的出色效能得益於中科院優秀的研發團隊和專業服務團隊的共同努力，以及採用經過IT和OT廣泛驗證和認可的開源Xenomai框架和開源Linux基礎，保證了inrobot產品在各種裝置中的穩定性和可靠性， 現場和其他環境。
圖：中科時代為多晶矽龍頭企業提供管控和生產決策系統。
雙域作業系統，打造高效穩定的系統環境
InnoMachine的推出不僅有效解決了OT與IT的整合問題，而且有能力解決算力需求大、相互干擾、成本高、可靠性不足等關鍵問題。 然而，在複雜的工業環境中，不同的控制需求需要一台機器同時處理，如何才能有效地分配和管理資源，並保證實時和非實時任務之間的隔離
在開發過程中，主要難點集中在如何在單個裝置上實現實時域和非實時域的分離。 宋建偉說。 實時域主要負責需要實時響應的任務，如運動控制演算法和與電機伺服的通訊，而操作控制插值演算法、電子凸輪等演算法的執行也需要大量的計算資源。 非實時域主要用於處理影象識別、流處理、人工智慧推理等任務，這些任務對實時性要求不高，但對資料吞吐量和計算資源有很大要求。
基於Xenomai+MetaHypervisor，MetaOS實現了實時域和非實時域的完全隔離，可以通過Metahypervisor分配桌面資源，即使桌面系統更新、重啟或藍屏，實時域的程序控制任務也不會受到影響。 就像手機的智慧型孿生功能一樣，使用元管理程式虛擬化資源管理可以靈活劃分物理資源，分別處理實時和非實時工作資源。 根據工作的性質，可以將時間敏感的任務放在實時域中進行處理對時間不太敏感的任務可以在非實時域中處理。 這樣，實時和非實時任務可以避免相互干擾。
持續優化軟體，深化行業需求探索
先進的軟體、可靠的硬體和強大的計算能力的結合正在開啟軟體定義的新篇章。 目前，公司正在不斷優化其雙域作業系統MetaOS，致力於提供更高效、更穩定的系統解決方案，以滿足工業控制不斷變化的需求。 宋建偉表示，中科時代在北京和上海擁有兩大研發中心。 北京團隊主要負責作業系統的改進，包括虛擬化相關的管理軟體和實時網域名稱執行軟體。 上海團隊主要負責與垂直行業客戶緊密合作，完成定製化專案，並根據定製化開發成果，總結提煉出適合各垂直行業的標準化產品。
未來，對於一些安全要求非常高的場合，中科時代將引入自己的執行時，並採用滿足記憶體安全要求的程式語言，如rust，以確保其安全效能達到與Linux核心相同的水平。 除了使用 Rust 提高安全性外，中科時代還計畫在傳統 IEC61131-3 程式語言的基礎上增加對人工智慧晶元製造商的支援。 通過融入中科時代的自我編譯器。 使用者不需要關心他們的應用是在海光CPU還是英偉達的推理晶元上執行，他們只需要關注自己的流程，可以大大簡化程式設計過程。
目前，以工業智慧型化為核心的工業裝備在越來越多的新興產業中發揮著重要作用。 中科時代加快布局半導體、光伏、新能源等新興產業。 在這些行業中，對EtherCAT軸的需求量很大，以及實時、影象識別、AI推理等高標準，而傳統的工業計算機和PLC組合已經無法滿足日益增長的效能和智慧型化需求。 宋建偉表示：“與傳統產業相比，新興產業具有更大的發展空間和更高的技術接受度，這將為產業智慧型化的技術創新和市場拓展提供良好的發展環境。 “未來，中科時代將繼續加強技術創新和產品研發能力，提公升工業智慧型化在複雜工業環境下的適應性和效能，著力解決關鍵領域核心技術的”瓶頸“問題，助力產業發展邁上新台階。