工控機(jī)，工業(yè)電腦，工業(yè)計(jì)算機(jī)
近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技發(fā)展迅猛，智慧電網(wǎng)、智能交通、智慧市政、智慧金融、智能制造等建設(shè)進(jìn)程加快，各行業(yè)對(duì)工業(yè)計(jì)算機(jī)的需求逐漸增大，中國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)張，行業(yè)內(nèi)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。下面分別簡(jiǎn)要闡述工業(yè)計(jì)算機(jī)的歷史、現(xiàn)狀、知名企業(yè)及未來(lái)趨勢(shì)
1 工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展歷史
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（Industrial Control Computers）的概念是上世紀(jì)80年代由“中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)專業(yè)委員會(huì)”的專家們提出來(lái)的。當(dāng)時(shí)Intel公司的8086/8088、Zilog公司的Z8000以及Motorola的68000等16位微處理器相繼問(wèn)世，并開(kāi)始流行。也就是在這個(gè)時(shí)候，IBM公司將8088應(yīng)用到PC機(jī)上，從此微型計(jì)算機(jī)開(kāi)始走入人們的工作和生活，開(kāi)啟了一個(gè)微機(jī)新時(shí)代。同期，Intel推出了以8051為核心的MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)（簡(jiǎn)稱單片機(jī)），并在工業(yè)自動(dòng)化及相關(guān)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為了提高微型計(jì)算機(jī)的可靠性和惡劣環(huán)境適應(yīng)性，將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量和控制領(lǐng)域，為非計(jì)算機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)和研發(fā)人員提供一套可靠、簡(jiǎn)單、易用的解決方案，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，業(yè)界也稱其為工業(yè)計(jì)算機(jī)（Industrial Computers）或嵌入式計(jì)算機(jī)（Embedded Computers）。根據(jù)《計(jì)算機(jī)科學(xué)百科全書(shū)》（第二版）的描述，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是具有“高可靠性、惡劣環(huán)境適應(yīng)性、易維護(hù)性、強(qiáng)實(shí)時(shí)性、易擴(kuò)展性”特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)，其范疇主要包括工業(yè)計(jì)算機(jī)（Industrial Computers），工業(yè)/嵌入式平板電腦（Industrial/Embedded Panel PCs），工業(yè)平板電腦（Industrial Panel Computers）、加固工業(yè)計(jì)算機(jī)（Rugged Industrial Computers），工業(yè)PC（Industrial PCs），單板機(jī)（Single Board Computers），模塊化計(jì)算機(jī)（Computer on Modules），加固計(jì)算機(jī)（Rugged Computers），加固便攜電腦（Rugged Laptops），嵌入式計(jì)算機(jī)（Embedded Computers），嵌入式PC（Embedded PCs），嵌入式系統(tǒng)（Embedded Systems）。其外延可以擴(kuò)展到PLC（Programmable Logic Controller）、PAC（Programmable Automation Controller）、DCS（Distributed Control Systems）等計(jì)算機(jī)控制平臺(tái)（Computer Control Platforms）。
主要特點(diǎn)：模塊化結(jié)構(gòu)、總線型以及惡劣環(huán)境適應(yīng)性和商業(yè)軟件兼容性。
發(fā)展脈絡(luò)：主要是基于并行總線技術(shù)，伴隨著并行總線技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，并逐漸向串行總線過(guò)度。
模板之間主要互聯(lián)總線：STD總線、VME總線、ISA總線（XT/AT總線）、AT96總線、PCI總線、CompactPCI總線、PXI總線、AdvancedTCA總線、mTCA總線、PC/104總線，PC104-plus總線、PCI/104總線、PCI/104-Express、PCIe/104總線以及VPX總線。
2 工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
伴隨著中國(guó)改革開(kāi)放40年的發(fā)展，工業(yè)計(jì)算機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在工業(yè)自動(dòng)化和控制（Industrial automation & control）、測(cè)試與測(cè)量（Test & Measurement）、儀器儀表（Instrumentation）、航空電子設(shè)備（Avionics）、航天設(shè)備（Aerospace）、國(guó)防裝備（Defense）、能源（Energy）、汽車（Automotive）、信息娛樂(lè)設(shè)備（Infotainment）、通信（Communications）、醫(yī)療器械（Medical）、交通運(yùn)輸（Transportation）、物流（Logistics）、信息安全（Security）、智能建筑（Intelligent Building）、環(huán)境保護(hù)（Environment protection）、數(shù)字標(biāo)簽（Digital signature）以及智能零售（iRetail）等。
雖然隨著技術(shù)的進(jìn)步，總線和接口標(biāo)準(zhǔn)不斷在變化，但有些事情是不變的。
2.1 模塊化結(jié)構(gòu)依然是工業(yè)計(jì)算機(jī)不變的主流架構(gòu)，新一代模塊化計(jì)算機(jī)興起
不同于所熟知的符合各種工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)模板，如CPU板，I/O模板，功能模板等，模塊化計(jì)算機(jī)是需要插在另一塊功能載板（Carrier Board）上工作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模塊，安裝結(jié)構(gòu)是層疊式而不是導(dǎo)軌式。傳統(tǒng)的模塊化計(jì)算機(jī)主要有1992年正式發(fā)布的PC/104標(biāo)準(zhǔn)模塊，及其升級(jí)型號(hào)PC/104-plus、PCI/104、PCIe/104等；以及1998年推出的ETX（Embedded Technology eXtended）模塊及其升級(jí)型號(hào)XTX（eXpress Technology for ETX）模塊。目前，采用超低功耗、低時(shí)延、基于ARM或x86 processor的片上系統(tǒng)（SoC: System on Chip）技術(shù)的、微型化的新一代模塊化計(jì)算機(jī)模塊（COM: Computer on Modules）開(kāi)始興起。在市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位的是COMe，Qseven，SMARC模塊[1]，新興的模塊化計(jì)算機(jī)模塊主要應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)（IoT: Internet of Things）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT: Industrial Internet of Things）、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、Industry 4.0、邊緣計(jì)算（Edge computing）以及工業(yè)自動(dòng)化和控制等嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域。
COM模塊全系列產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)主要是Kontron、Congatec、MSC Technologies和凌華科技。Versalogic、RTD Embedded Technologies和深圳盛博主要生產(chǎn)PC/104系列產(chǎn)品和COMe模塊；研華科技的主要產(chǎn)品是COMe和Qseven模塊。
2.2 高可靠、快修復(fù)、惡劣環(huán)境適應(yīng)性依舊是其代表特征，免維護(hù)設(shè)計(jì)開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位
有別于商用計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)是在室外等最苛刻的環(huán)境中（the most demanding applications）工作的，其重要特征是長(zhǎng)期可用性（long-term availability）、高可靠性（high reliability）和良好的可維護(hù)性（friendly serviceability）[2]。目前國(guó)際流行的免維護(hù)（maintenance-free）設(shè)計(jì)已經(jīng)在工業(yè)計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中占主導(dǎo)地位，由此將極大降低制造商和用戶的運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用，也減少了由于系統(tǒng)故障而造成的利潤(rùn)損失。免維護(hù)設(shè)計(jì)要采取一些嚴(yán)苛的措施來(lái)保證，如去掉運(yùn)動(dòng)部件、選用低功耗元器件、不采用電池供電、使用保持時(shí)間長(zhǎng)（holdup times）的電源供電以及采用長(zhǎng)壽命（long-life）元器件等[3]。
工業(yè)計(jì)算機(jī)的可靠性用MTBF（mean time between failures）來(lái)描述。一般商用計(jì)算機(jī)的MTBF大約是20000小時(shí)，也就是2年。但工業(yè)計(jì)算機(jī)的MTBF要求至少是50000小時(shí)以上，甚至達(dá)到100000小時(shí)，相當(dāng)于連續(xù)運(yùn)行5年以上而無(wú)故障?，F(xiàn)在主流設(shè)計(jì)是采用低功耗CPU或SoC，取消風(fēng)扇和硬盤等運(yùn)動(dòng)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠工作[3]?？删S護(hù)性是用MTTR（mean time to repair）來(lái)度量的，表示計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障后恢復(fù)正常工作的速度。商用計(jì)算機(jī)對(duì)MTTR無(wú)要求；工業(yè)計(jì)算機(jī)在出現(xiàn)故障情況下需要快速修復(fù)，其要求MTTR小于30分鐘，甚至可以達(dá)到5分鐘[4]。工業(yè)計(jì)算機(jī)的可用性是可靠性和可維護(hù)性的函數(shù)，即Availability=MTBF/(MTBF+MTTR)。工業(yè)計(jì)算機(jī)的可用性一般設(shè)計(jì)為5個(gè)9，即99.999%，連續(xù)工作一年的宕機(jī)時(shí)間（downtime）不超過(guò)5分鐘。為了保證已經(jīng)定型的工業(yè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品具有較長(zhǎng)的生命周期，如5-7年或者更長(zhǎng)時(shí)間，需要選用長(zhǎng)壽命（long-lifecycle）元器件，不僅可靠工作時(shí)間長(zhǎng)，還要具有長(zhǎng)期持續(xù)供貨能力。而商用計(jì)算機(jī)的淘汰速度比較快，一般為9-12個(gè)月[4]。除此之外，工業(yè)計(jì)算機(jī)對(duì)抗震動(dòng)（Vibration）、沖擊（Shock）能力、極限溫度條件（Extreme temperature）以及入口保護(hù)（Ingress protection）都有嚴(yán)格要求。這些指標(biāo)保證了工業(yè)計(jì)算機(jī)能在室外等嚴(yán)苛的環(huán)境條件中長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠工作。
2.3 串行總線已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位，并行總線還會(huì)存續(xù)一定時(shí)間
雖然支持并行總線的計(jì)算機(jī)模板或模塊還在一定范圍內(nèi)使用，可能還需要持續(xù)存在一定時(shí)間，如ISA總線、PC/104總線、PCI總線、PCI/104總線等，但采用串行互聯(lián)總線的模板或模塊已經(jīng)牢牢地占據(jù)了市場(chǎng)主導(dǎo)地位，如PCI Express、PCIe/104總線、VPX總線以及Industrial Ethernet等。同樣，串行接口總線，如SATA，USB等，也已經(jīng)逐漸取代了并行接口總線，如IDE、LPT等，業(yè)已成為主流接口總線。
2.4 顯示和控制一體化趨于流行，工業(yè)平板電腦被廣泛采用
長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)計(jì)算機(jī)的主機(jī)和顯示屏（器）是分離的。隨著多點(diǎn)觸控技術(shù)（Multi-touch technology）的成熟，工業(yè)多點(diǎn)觸控顯示面板（Industrial multi-touch Panels）市場(chǎng)占有率不斷提高，市場(chǎng)需求旺盛，推動(dòng)了工業(yè)計(jì)算機(jī)逐漸發(fā)展為主機(jī)和顯示一體化，即工業(yè)平板電腦，使顯示和控制一體化、個(gè)性化。工業(yè)平板電腦符合人機(jī)界面軟件和監(jiān)控操作走向網(wǎng)絡(luò)邊緣、走進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)前端的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。為了適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境，工業(yè)平板電腦一般都符合IP65標(biāo)準(zhǔn)。
目前市場(chǎng)上流行的工業(yè)平板電腦類型有Industrial Panel PCs、Panel Computers、Fanless Embedded Panel PCs以及All-in-One Panel PCs等。國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)有富士康工控（FOXKPC）、深圳英德斯、研祥智能、集智達(dá)智能、深圳昆侖通態(tài)、深圳科拉德計(jì)算機(jī)、北京啟陽(yáng)科技、南京研維、東方松柏、北京宇田信達(dá)、臺(tái)灣凌華科技、臺(tái)灣新漢、臺(tái)灣融程電訊以及臺(tái)灣研揚(yáng)等。國(guó)外企業(yè)主要有BCM Advanced Research 、Industrial Computers Limited、Caltron Technology、Impulse Embedded Limited、Beckhoff Automation以及Contec等。
2.5 低功耗、無(wú)風(fēng)扇、微小型化、個(gè)性化成為主要指標(biāo)特征
市場(chǎng)上的大多數(shù)工業(yè)計(jì)算機(jī)是滿足嵌入式應(yīng)用需求的計(jì)算機(jī)，即嵌入式計(jì)算機(jī)。絕大多數(shù)工業(yè)計(jì)算機(jī)并不是放在辦公桌上工作，能看得見(jiàn)、摸得著，而是嵌入到控制室里或者安裝在現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備當(dāng)中，以隱蔽的形式存在和運(yùn)行。為了適應(yīng)這種嵌入式應(yīng)用需求，工業(yè)計(jì)算機(jī)大多是低功耗、無(wú)風(fēng)扇工作的，以提高可靠性，減少故障率。體積微型化或小型化，以應(yīng)用在對(duì)空間限制比較嚴(yán)格的場(chǎng)合。功能和外形可以客戶定制，形態(tài)多樣，滿足個(gè)性化要求。
3.1 國(guó)內(nèi)主要企業(yè)
北京控制工程研究所，北京軒宇智能，北京軒宇空間，深圳研祥智能，北京集智達(dá)智能，北京康拓科技，深圳英德斯電子有限公司，北京力控元通科技有限公司，陜西威藍(lán)工業(yè)自動(dòng)化有限公司，北京立華萊康平臺(tái)科技有限公司，深圳昆侖通態(tài)、深圳德航智能技術(shù)有限公司，北京宇田科技有限公司，東方松柏科技（北京）有限公司，北京啟陽(yáng)科技有限公司，富士康科技集團(tuán)工控部（FOXKPC），臺(tái)灣研華（Advantech），臺(tái)灣凌華（ADLINK），臺(tái)灣新漢（NEXCOM），臺(tái)灣融程電訊，臺(tái)灣磐儀科技（Arbor），研揚(yáng)科技（蘇州）有限公司，艾訊科技，廣積科技，研強(qiáng)科技，北京阿爾泰科技發(fā)展有限公司，研為科技，摩莎（Moxa）科技（上海）有限公司，臺(tái)灣昭營(yíng)科技（ICOP），臺(tái)灣威盛科技（VIA Technologies），臺(tái)灣瀚達(dá)電子，深圳市佳維視(Jawest)電子科技有限公司, 天津市英貝特航天科技有限公司，北京方天長(zhǎng)久科技股份有限公司，上海鼎鈦克電子有限公司，北京新松佳和電子系統(tǒng)股份有限公司，北京凌天科技有限公司，北京研泓興業(yè)科技有限責(zé)任公司，深圳華北工控，以及深圳邦彥技術(shù)股份有限公司等。
3.2 國(guó)外主要企業(yè)
Versalogic，Kontron Compact Computers AG（德國(guó)控創(chuàng)）, National Instruments，Caltron Technology, Congatec AG（德國(guó)康佳特）, Industrial Computers（Kontron UK Limited） , Artesyn Embedded Technologies, Janam Technologies LLC., EG Electronics, Impulse Embedded Limited, Beckhoff Automation, BCM Advanced Research, Trenton Systems, Dataforth Corp., Arcobel Embedded Solutions (Netherlands), Contec Co., RTD Embedded Technologies Inc., MSC Technologies，以及JTL mobile computers等。
3.3 國(guó)內(nèi)外工業(yè)控制系統(tǒng)（DCS、 PLC、PAC）主要制造商
北京和利時(shí)集團(tuán)，中控科技集團(tuán)公司，中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，國(guó)電智深，ABB, Siemens（西門子）, Rockwell Automation（羅克韋爾自動(dòng)化）, Allen-Bradley, Honeywell（霍尼韋爾）, Schneider Electric（施耐德電氣）, OPTO22，以及Yokogawa Electric Corp.（橫河電機(jī)）等。
4 工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)未來(lái)主要趨勢(shì)
據(jù)專家預(yù)測(cè)，未來(lái)六種新技術(shù)將驅(qū)動(dòng)新一波創(chuàng)新浪潮，即人工智能（artificial intelligence）、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things ）、高級(jí)機(jī)器人技術(shù)（advanced robotics）、區(qū)塊鏈（blockchain）、新材料（new materials）以及自主設(shè)備（autonomous devices) [5]。隨著新一波創(chuàng)新浪潮涌來(lái)，新科技成果逐漸轉(zhuǎn)化、應(yīng)用，必將極大驅(qū)動(dòng)工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新步伐。
4.1 模塊化計(jì)算機(jī)將成為工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)普遍采用的系統(tǒng)模塊
未來(lái)，越來(lái)越多的工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師將采用模塊化設(shè)計(jì)方案，像搭積木一樣，用標(biāo)準(zhǔn)的、成熟的、開(kāi)箱即用的計(jì)算機(jī)模塊，來(lái)組裝滿足客戶特定應(yīng)用需要的工業(yè)和嵌入式產(chǎn)品。這種設(shè)計(jì)方式可以使設(shè)備制造商或客戶對(duì)市場(chǎng)需求做出快速響應(yīng)，顯著降低研制難度和研制費(fèi)用，降低研制風(fēng)險(xiǎn)，減少研制時(shí)間、提高工作效率，縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)時(shí)間，有利于在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)。
模塊化設(shè)計(jì)當(dāng)中一個(gè)最重要的模塊無(wú)疑是模塊化計(jì)算機(jī)模塊。從本質(zhì)上來(lái)講，模塊化計(jì)算機(jī)也是一種特殊的單板機(jī)（Single Board Computer）。制造商在提供模塊化計(jì)算機(jī)時(shí)會(huì)附帶一套免費(fèi)的底層支持軟件包BSP（Board Support Package）和嵌入式操作系統(tǒng)等軟件 [6]。有了模塊化計(jì)算機(jī)模塊，專用設(shè)備制造商就可以避免從事計(jì)算機(jī)主板設(shè)計(jì)中技術(shù)難度大、復(fù)雜程度高、風(fēng)險(xiǎn)也大的處理器、存儲(chǔ)器和高速接口部分設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)底層支持軟件（如驅(qū)動(dòng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和API）的編制[6]，而專心做面向特定應(yīng)用的專業(yè)性、知識(shí)性比較強(qiáng)的外部接口和功能設(shè)計(jì)，即載板（Carrier）設(shè)計(jì)。更重要的是，一旦應(yīng)用對(duì)象的技術(shù)要求變更或需要升級(jí)成性能更高、功能更強(qiáng)大的新型處理器，也無(wú)需從頭再來(lái)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)，只需簡(jiǎn)單地更換一塊模塊化計(jì)算機(jī)或基礎(chǔ)載板即可，省時(shí)、省事、省心、省費(fèi)用。因此，模塊化計(jì)算機(jī)將發(fā)展成為全球范圍工業(yè)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)普遍采用的、技術(shù)領(lǐng)先的系統(tǒng)模塊。
在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，模塊化計(jì)算機(jī)市場(chǎng)將主要由三種標(biāo)準(zhǔn)模塊主導(dǎo)，即COM express, Qseven和SMARC模塊。COM express模塊主要支持x86架構(gòu)SoC，采用可靠堅(jiān)固的連接器（reliable and rugged connector）與載板連接，抗震動(dòng)和沖擊能力強(qiáng)，適合應(yīng)用在嚴(yán)苛的工業(yè)環(huán)境。Qseven和SMARC模塊主要支持non-X86架構(gòu)的SoC，如ARM系列，同時(shí)也支持低功耗的x86架構(gòu)SoC。SMARC有豐富的視聽(tīng)接口信號(hào)，適合多媒體設(shè)備采用。Qseven具有豐富的I/O接口，更適合工業(yè)和嵌入式應(yīng)用。但Qseven和SMARC模塊與載板是通過(guò)金手指連接器（flat edge connector ）連接，可靠性比COMe要低[6]。模塊化計(jì)算機(jī)模塊主要供應(yīng)商是德國(guó)控創(chuàng)和德國(guó)康佳特。國(guó)內(nèi)工控廠家主要生產(chǎn)PC/104系列和COM express模塊，如盛博科技、研祥智能、深圳英德斯等。
COM express規(guī)范由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織PICMG制定，Qseven和SMARC規(guī)范由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織SGET（Standardization Group for Embedded Technologies）制定。
當(dāng)然，隨著AI和5G的快速發(fā)展，要求有性能更高的CPU、更高的帶寬以及大容量的存儲(chǔ)器，因此需要一個(gè)全新的Computer on Modules標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)世與之相對(duì)應(yīng)。從2018年開(kāi)始，PICMG就已經(jīng)著手組織制定兩款與之相關(guān)的規(guī)范，一是Server Type，另一個(gè)是Embedded Type[7]。Server Type支持性能達(dá)到125W TDP的CPU、更高帶寬的PCI Express Gen5、最大達(dá)100GB的LAN、USB3.2以及最多8個(gè)存儲(chǔ)器條。Embedded Type可以支持性能達(dá)到65W TD、PCI Express Gen5、USB 3.2、高分辨率圖像通道、支持TSN的Ethernet以及最多4個(gè)存儲(chǔ)器條。
4.2 隨著5G、AI、大數(shù)據(jù)和IIoT 的深度融合，工業(yè)計(jì)算機(jī)將進(jìn)入5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代
隨著5G移動(dòng)通信開(kāi)始試驗(yàn)部署并逐漸推廣，5G將對(duì)世界范圍內(nèi)的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式和消費(fèi)者的生活帶來(lái)深刻影響。預(yù)計(jì)到2020年，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)將拓展到迅速增長(zhǎng)的新興領(lǐng)域，如物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛汽車、智能家居等行業(yè)，也必將改變工業(yè)計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)連接方式。通過(guò)推動(dòng)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的急劇擴(kuò)張，以及為機(jī)器學(xué)習(xí)（machine learning）和深度學(xué)習(xí)（deep learning）獲取海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，5G將為未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)和人類生活提供所必需的智能連接（Intelligent Connectivity）能力。5G、AI、大數(shù)據(jù)、智能平臺(tái)（smart platform）和IIoT 的深度融合將改變世界，開(kāi)創(chuàng)一個(gè)智能連接時(shí)代[8]。
在邊緣計(jì)算（edge computing）和網(wǎng)絡(luò)切片（network slicing）技術(shù)的支撐下，5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在授權(quán)許可的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)高速（10 gigabit-per-second download speeds）、高帶寬、超可靠和低延時(shí)（1ms）聯(lián)通性[8]，減少對(duì)安裝和維護(hù)成本都昂貴的電纜線的依賴，實(shí)現(xiàn)按單元分組和空中（by the air）自由組網(wǎng)，使工廠生產(chǎn)過(guò)程具有更高的靈活性。5G網(wǎng)絡(luò)的1ms低延時(shí)，使基于工業(yè)計(jì)算機(jī)的工業(yè)智能設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速、實(shí)時(shí)傳輸以及事件的快速響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間具有可預(yù)測(cè)性和確定性，滿足工業(yè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和確定性要求，將驅(qū)動(dòng)眾多工廠、醫(yī)院、交通運(yùn)輸工具等進(jìn)行智能化改造。借助5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，工廠操作員可以方便地對(duì)智能設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)遙測(cè)和遙控，工業(yè)智能設(shè)備互聯(lián)將進(jìn)入5G時(shí)代。
目前，工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)正在聯(lián)合起來(lái)行動(dòng)，尋找一種專為工廠應(yīng)用設(shè)計(jì)的基于Ethernet的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以解決在工廠里同時(shí)存在多個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)碎片化的現(xiàn)狀[9]。IEC、IEEE、Industry4.0 以及Industrial Internet Consortium正在為此工作，而5G就是其中一種可行的選擇方案。
4.3 小型化、微型化是未來(lái)工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)
作為一種滿足嵌入式應(yīng)用要求的嵌入式計(jì)算機(jī)，工業(yè)計(jì)算機(jī)的外形尺寸會(huì)變得越來(lái)越小，但功能卻越來(lái)越強(qiáng)大。小型化甚至微型化是工業(yè)計(jì)算機(jī)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著邊緣計(jì)算和人工智能的發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣或者靠近數(shù)據(jù)源端，就地存儲(chǔ)和處理，實(shí)現(xiàn)事件的快速響應(yīng)。這必然帶來(lái)對(duì)滿足邊緣計(jì)算和智能信息采集、存儲(chǔ)、處理的嵌入式計(jì)算設(shè)備的需求劇增。據(jù)RTC Magazine預(yù)測(cè)，小型化系統(tǒng)在萬(wàn)物互聯(lián)的世界里將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用[10]。在IoT或IIoT的驅(qū)動(dòng)下，尺寸小、功能強(qiáng)的微小系統(tǒng)的市場(chǎng)將發(fā)生爆炸性的增長(zhǎng)，并得到廣泛的應(yīng)用和部署。
4.4 面向嵌入式應(yīng)用的客戶個(gè)性化定制（Customization）產(chǎn)品未來(lái)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)
21世紀(jì)工廠自動(dòng)化的未來(lái)不再是大規(guī)模生產(chǎn)（mass production），而是大規(guī)?？蛻舳ㄖ疲╩ass customization）。個(gè)性化需求、小批量定制生產(chǎn)將成為潮流，一款產(chǎn)品包打天下（One-size-fits-all products）將讓位于客戶定制化，以滿足不同客戶的特定要求和欲望[11]。因此，近年來(lái)工業(yè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品特性已經(jīng)趨向于專業(yè)化及多樣化，以滿足不同的顧客需求。同時(shí)市場(chǎng)需要穩(wěn)定和可靠的產(chǎn)品質(zhì)量，因此工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商需要不斷提高快速反應(yīng)客戶定制化需求的能力，及時(shí)提供面向特定應(yīng)用的高質(zhì)量產(chǎn)品。
相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化通用產(chǎn)品，面向嵌入式應(yīng)用的定制化工業(yè)計(jì)算機(jī)，要具有更低的成本、更小的尺寸、更低的功耗以及更高的性能，因此也更有吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力?？蛻舳ㄖ频漠a(chǎn)品多以單板計(jì)算機(jī)為主，即一塊計(jì)算機(jī)模板上集成了客戶特定應(yīng)用所必需的核心處理器單元和接口功能，刪除了通用產(chǎn)品中多余的功能和相應(yīng)電子元件，既降低了成本，也消除了無(wú)用功能或電子元件可能引起的故障隱患。這種定制單板機(jī)的設(shè)計(jì)可以從零開(kāi)始，也可以采用開(kāi)箱即用的模塊化計(jì)算機(jī)與I/O功能載板設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)復(fù)雜性，降低設(shè)計(jì)難度，節(jié)省設(shè)計(jì)費(fèi)用，縮短交付客戶時(shí)間，加快市場(chǎng)反應(yīng)能力。
近來(lái)風(fēng)起云涌的邊緣計(jì)算是5G網(wǎng)絡(luò)的核心特征，也是結(jié)合5G的智能物聯(lián)應(yīng)用的核心特征。針對(duì)智能物聯(lián)應(yīng)用場(chǎng)景的特異性，邊緣計(jì)算對(duì)計(jì)算能力需求將呈現(xiàn)定制化、個(gè)性化的特征，將驅(qū)動(dòng)計(jì)算能力領(lǐng)域FPGA產(chǎn)業(yè)迎來(lái)歷史性的機(jī)會(huì)，同時(shí)也將給具有強(qiáng)大計(jì)算能力的高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)歷史性機(jī)遇。
4.5 軟件和硬件一體化，提供一整套系統(tǒng)集成解決方案能力將成為主要競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)
多年以來(lái)，工業(yè)計(jì)算機(jī)行業(yè)由眾多的中小企業(yè)組成，其中硬件制造商提供OEM產(chǎn)品或ODM方案，軟件供應(yīng)商提供組態(tài)軟件以及管理和控制算法軟件模塊，由最終客戶進(jìn)行系統(tǒng)集成，編制應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)功能。未來(lái)，工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)將進(jìn)行大規(guī)模整合，將若干中小企業(yè)整合成大型企業(yè)，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件一體化，能夠根據(jù)客戶的應(yīng)用需求，進(jìn)行需求分析，提供一整套解決方案，實(shí)現(xiàn)客戶的應(yīng)用目標(biāo)。一站式服務(wù)極大縮短研發(fā)和系統(tǒng)集成時(shí)間，提高達(dá)成目標(biāo)的效率，也提高了最終系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，節(jié)約成本，有效降低了對(duì)客戶需要掌握復(fù)雜知識(shí)和專業(yè)技能的要求。
在未來(lái)工業(yè)4.0環(huán)境下的智能工廠里，要求能夠高效地采集、顯示和分析生產(chǎn)線上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以便能在技術(shù)上提高生產(chǎn)線的性能，改進(jìn)生產(chǎn)工藝。這就要求有更先進(jìn)的分析軟件，來(lái)對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和挖掘，找到需要改進(jìn)的參數(shù)。因此，需要工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)制造商能為智能工廠建設(shè)和生產(chǎn)提供這樣的服務(wù)能力。以后的競(jìng)爭(zhēng)核心就是服務(wù)能力的競(jìng)爭(zhēng)。
4.6 嵌入式HMI分布到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，并將逐漸進(jìn)入到移動(dòng)HMI時(shí)代
傳統(tǒng)上，人機(jī)界面軟件（HMI）安裝在控制室里的操作站和工程師站上，完成數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示，設(shè)備的控制組態(tài)，設(shè)置報(bào)警、日志以及顯示歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、控制和管理。為了適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境要求，安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)控制裝置或終端設(shè)備是“黑匣子”，沒(méi)有顯示屏。一般在前面板上嵌入控制按鈕、控制開(kāi)關(guān)、撥碼盤、數(shù)碼管、五顏六色的發(fā)光二極管以及各類模擬儀表，如電壓表、電流表、壓力表等，以發(fā)布控制命令，顯示重要控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)控制裝置將被廣泛分散到了工廠車間現(xiàn)場(chǎng)，越來(lái)越靠近被控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)就地測(cè)量和控制，做到快速響應(yīng)。因此，現(xiàn)代HMI也將伴隨著控制裝置走進(jìn)工廠的車間，走近被控設(shè)備。同時(shí)，HMI將虛擬儀表化，使在現(xiàn)場(chǎng)靠近被控設(shè)備安裝的控制裝置或終端可視化和圖形化，取代傳統(tǒng)模擬開(kāi)關(guān)和儀表，使用更簡(jiǎn)單、方便、直觀。操作員或者工程師可以實(shí)時(shí)了解設(shè)備或生產(chǎn)線的工作情況，以改進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程，診斷和維護(hù)設(shè)備，避免設(shè)備故障或宕機(jī)，減少損失。HMI還將打通邊緣設(shè)備與云計(jì)算之間的通信通道，實(shí)現(xiàn)與云平臺(tái)、工廠管理系統(tǒng)、歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以及各種控制設(shè)備之間直接的信息交流。
隨著移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)入5G時(shí)代，并在2020年將具備大規(guī)模商用能力，預(yù)計(jì)將HMI功能移植到移動(dòng)設(shè)備上，特別是5G折疊屏智能手機(jī)上，將成為潮流[12]。移動(dòng)設(shè)備可以通過(guò)無(wú)線接入方式，隨時(shí)隨地訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，及時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)。操作員、工程師或技術(shù)人員能夠技術(shù)快速拿到他們所關(guān)注的重要信息，及時(shí)了解設(shè)備或生產(chǎn)線的運(yùn)行狀況，并做出準(zhǔn)確的診斷和決策，預(yù)先采取有針對(duì)性的措施，使設(shè)備工作在最優(yōu)狀態(tài)。
目前比較流行的HMI軟件有Siemens的WinCC、GE-IP的iFIX、力控科技的eForceCon系列監(jiān)控組態(tài)軟件以及昆侖通態(tài)的MCGS等。
4.7 工業(yè)自動(dòng)化正走向智能化時(shí)代
以人工智能、高級(jí)機(jī)器人和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為代表的第四次工業(yè)革命正在以驚人的速度向我們走來(lái)，它將極大重塑我們的生產(chǎn)、制造、商業(yè)以及生活模式。就像工業(yè)4.0所構(gòu)想的那樣，傳統(tǒng)的制造業(yè)將邁入智能工廠時(shí)代，工業(yè)自動(dòng)化正在走向智能化。
在智能工廠里，將是一種全新的景象，機(jī)器人可以與機(jī)器、設(shè)備以及產(chǎn)品進(jìn)行交流，實(shí)時(shí)交換信息。人類將和高級(jí)機(jī)器人肩并肩地協(xié)同工作。智能機(jī)器（smart machine）具有極大的自主性（autonomous）、靈活性（flexibility）和自適應(yīng)性（adaptability）, 能夠?qū)崿F(xiàn)自主監(jiān)視（self-monitoring）和預(yù)報(bào)（prognostic）、自主進(jìn)行故障檢測(cè)和問(wèn)題診斷，減少能量消耗、減少浪費(fèi)、縮短宕機(jī)時(shí)間以及防止嚴(yán)重事故發(fā)生[13]。智能產(chǎn)品是唯一可識(shí)別的，知道自己的過(guò)去生產(chǎn)歷史、如今的現(xiàn)狀以及未來(lái)的目標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)路徑，而且能隨時(shí)定位自己。智能的、互聯(lián)的嵌入式設(shè)備在智能工廠里將隨處可見(jiàn)，工業(yè)計(jì)算機(jī)等嵌入式設(shè)備將在智能工廠里發(fā)揮極大的不可替代的作用。
4.8 邊緣計(jì)算和云計(jì)算有效結(jié)合，將打造真正意義上的分布式控制系統(tǒng)
不同于傳統(tǒng)的集中控制系統(tǒng)，分布式控制系統(tǒng)（distributed control systems），在國(guó)內(nèi)也叫集散控制系統(tǒng)（DCS），其主要理念就是“管理集中、控制分散”，即對(duì)工廠整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程按區(qū)域或功能分散進(jìn)行采集、監(jiān)視和控制，對(duì)過(guò)程的狀態(tài)信息進(jìn)行集中管理。但在實(shí)際操作過(guò)程中，監(jiān)視控制系統(tǒng)（控制站）和管理系統(tǒng)（工程師站、操作站）都是布置在控制室里，而不是靠近被監(jiān)控設(shè)備，沒(méi)有真正分散到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)控。因此，某種意義上說(shuō)，目前運(yùn)行的所謂分布式控制系統(tǒng)仍然是一種集中控制系統(tǒng)。
邊緣計(jì)算（edge computing）和云計(jì)算（cloud computing）相結(jié)合，并進(jìn)行平衡控制，將使DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生革命性的變化，形成全新的分布式智能控制系統(tǒng)，一種真正意義上的高級(jí)分布式控制系統(tǒng)[14]?？刂聘臃稚?，可以一直分散到網(wǎng)絡(luò)或者車間生產(chǎn)過(guò)程的邊緣，也就是設(shè)備信息數(shù)據(jù)產(chǎn)生和使用的地方，無(wú)限接近生產(chǎn)過(guò)程中的運(yùn)行設(shè)備；管理更加集中，從控制室走到整個(gè)工廠的私有云或更廣泛的公有云。
所謂的邊緣計(jì)算設(shè)備，是一種智能設(shè)備，指的是用在離散制造過(guò)程或連續(xù)過(guò)程控制的邊緣，包括IPCs、PLCs、PACs、industrial controllers、嵌入式計(jì)算機(jī)等工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)備[16]。邊緣設(shè)備（edge devices）或邊緣計(jì)算機(jī)（edge computers）實(shí)現(xiàn)就地監(jiān)視和控制功能，可以極大提高被監(jiān)控設(shè)備的工作效率。對(duì)于獨(dú)立設(shè)備而言，通過(guò)局部數(shù)據(jù)分析和計(jì)算及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題，迅速自主加以彌補(bǔ)或解決。遇到需要實(shí)時(shí)決策的關(guān)鍵性事件，邊緣設(shè)備可以做到毫秒級(jí)分析處理并即時(shí)做出處置反應(yīng)，有效避免由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)或者網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器故障而造成生產(chǎn)事故[14]。通過(guò)云計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜智能控制算法的計(jì)算和流程工藝優(yōu)化計(jì)算，并把結(jié)果傳到邊緣計(jì)算設(shè)備里改進(jìn)控制質(zhì)量和工藝流程，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，云計(jì)算掌管全局?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)處理和挖掘，以及模型比對(duì)、分析判斷等，可以對(duì)不同設(shè)備、不同生產(chǎn)線和不同的制造區(qū)域的工作情況進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備的異常狀態(tài)，做出準(zhǔn)確地故障診斷和定位，進(jìn)行預(yù)先維護(hù)或排除故障，最大限度地防止破壞性故障出現(xiàn)或止損。
4.9 工業(yè)控制系統(tǒng)將在自主可控基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)安全可靠
中興、華為和福建晉華集成電路公司事件，極大地震驚了中國(guó)政府和科技界。“核心技術(shù)買不來(lái)，也討不來(lái)”，只能自力更生、自主創(chuàng)新。從2018年開(kāi)始，我國(guó)技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)力已經(jīng)從應(yīng)用端拉動(dòng)的生產(chǎn)力推動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)關(guān)系推動(dòng)。關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)，政府將大力推動(dòng)基于自主可控基礎(chǔ)上的安全可靠技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用，主要包括CPU、OS（操作系統(tǒng)）和SI（系統(tǒng)集成）。工業(yè)計(jì)算機(jī)或嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，采用自主可控的CPU、操作系統(tǒng)和系統(tǒng)集成應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)安全可靠，為關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要行業(yè)提供基礎(chǔ)支撐，是國(guó)內(nèi)行業(yè)必然的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)將大有可為。
5 工業(yè)計(jì)算機(jī)的前景展望
根據(jù)美國(guó)MarketWatch發(fā)布的“Industry 4.0 Market & Technologies – 2019-2023” 報(bào)告預(yù)測(cè)，到2023年全球工業(yè)4.0市場(chǎng)將達(dá)到2140億美元。其中Asia-Pacific工業(yè)4.0市場(chǎng)將是全球增長(zhǎng)最快的，復(fù)合年均增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到23.7%[15]。
根據(jù)IHS Inc的預(yù)測(cè)，從2014年到2019年，全球industrial PCs 的銷售收入復(fù)合年均增長(zhǎng)率為6%，到2019年將達(dá)到43 億美元。根據(jù)TechNavio發(fā)布的"Industrial PC Market - Global Forecast to 2022" report預(yù)測(cè)，從2018年-2022年，由于IIoT對(duì)制造業(yè)的滲透和相關(guān)R&D投資的增加，將促進(jìn)工業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，工業(yè)計(jì)算機(jī)的復(fù)合年均增長(zhǎng)率將達(dá)到6.2%，到2022年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到47.3億美元。根據(jù)TechNavio發(fā)布的“Global Embedded Computer Market 2018-2022”報(bào)告預(yù)測(cè)，僅僅由于電信、銀行、金融服務(wù)、智能零售以及衛(wèi)生保健方面的應(yīng)用對(duì)IoT設(shè)備需求的增長(zhǎng)，將激發(fā)全球嵌入式計(jì)算機(jī)市場(chǎng)規(guī)模到2022年將擴(kuò)大到33億美元。
由于模塊化計(jì)算機(jī)（COM ）的出現(xiàn)，很好地解決了眾多工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)備廠商和自動(dòng)化設(shè)備制造商所困擾的“造或買”（build or buy）的問(wèn)題，應(yīng)用前景看好。VDC研究報(bào)告顯示，全球?qū)盈B式計(jì)算機(jī)模塊（Stackable Module）的出貨量的復(fù)合年均增長(zhǎng)率一直保持在9.3%以上。來(lái)自Research and Markets的研究也表明，在2016-2020年，全球模塊化計(jì)算機(jī)（Computer-on-Module）市場(chǎng)的復(fù)合年均增長(zhǎng)率將達(dá)到17.97%[14]。除了COM模塊，Mini-ITX和Pico-ITX也提供了小規(guī)格主板模塊，非常適合在空間受到極大限制的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用。VME/VPX架構(gòu)在軍事裝備中的應(yīng)用市場(chǎng)也呈現(xiàn)良好的增長(zhǎng)勢(shì)頭，當(dāng)然了在同樣領(lǐng)域，Compact PCI和xTCA技術(shù)的應(yīng)用卻有下降趨勢(shì)。
根據(jù)MarketsandMarkets最新的"Human Machine Interface Market (HMI) - Global Forecast to 2022"報(bào)告預(yù)測(cè)，到2022年，全球HMI將達(dá)到58.6億美元，復(fù)合年均增長(zhǎng)率為9.0%，發(fā)展前景看好。
在工業(yè)控制行業(yè)，工業(yè)自動(dòng)化（Industrial automation）、過(guò)程控制（Process control）、樓宇自動(dòng)化（Building automation）、工業(yè)制冷（Industrial refrigeration）、遠(yuǎn)程監(jiān)視（Remote monitoring）以及數(shù)據(jù)采集（Data acquisition）等領(lǐng)域?qū)I(yè)計(jì)算機(jī)也有著旺盛的需求。
因此，隨著工業(yè)4.0、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理、人工智能、機(jī)器人、5G移動(dòng)通信等技術(shù)的迅猛發(fā)展、商業(yè)化應(yīng)用的不斷深入推進(jìn)，必將帶動(dòng)接入設(shè)備和終端設(shè)備等載體需求量的爆發(fā)式增長(zhǎng)。作為這些新技術(shù)應(yīng)用的主要載體，工業(yè)計(jì)算機(jī)特別是層疊式單板計(jì)算機(jī)將迎來(lái)重大發(fā)展機(jī)遇。可以毫不夸張地說(shuō)，工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)展的又一個(gè)春天到來(lái)了。工業(yè)計(jì)算機(jī)必將在國(guó)家經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)、供給側(cè)改革和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展過(guò)程中繼續(xù)發(fā)揮不可替代的作用，應(yīng)用數(shù)量將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，應(yīng)用前景廣闊。
6 中國(guó)是全球工業(yè)計(jì)算機(jī)第一大技術(shù)來(lái)源國(guó)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2021年7月，中國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)專利申請(qǐng)量占全球工業(yè)計(jì)算機(jī)專利總申請(qǐng)量的78.6%，占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)；其次是美國(guó)，占全球工業(yè)計(jì)算機(jī)專利總申請(qǐng)量的14.69%，而排名第三和第四的日本和韓國(guó)與排名第一的中國(guó)專利申請(qǐng)量更是存在一定差距。
中國(guó)方面，廣東為當(dāng)前申請(qǐng)工業(yè)計(jì)算機(jī)專利數(shù)量最多的省份，申請(qǐng)累計(jì)高達(dá)36236項(xiàng)。除此之外，申請(qǐng)省(市、自治區(qū))工業(yè)計(jì)算機(jī)專利數(shù)量排名前十的省份（浙江、北京、山東、上海、安徽、湖北、河南和四川）的專利數(shù)量也非?？陀^。
由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)工業(yè)計(jì)算機(jī)行業(yè)以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)生態(tài)已然形成。作為市場(chǎng)主體的行業(yè)內(nèi)企業(yè)圍繞技術(shù)創(chuàng)新展開(kāi)的激烈競(jìng)爭(zhēng)更是趨勢(shì)所向。
7 結(jié)論
今天，世界面臨著百年未有之大變局，工業(yè)計(jì)算機(jī)及其系統(tǒng)也迎來(lái)了其幾十年發(fā)展史上的第二次大發(fā)展浪潮。機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。
特朗普減稅，激活了美國(guó)眾多中小企業(yè)，也因此激發(fā)了美國(guó)經(jīng)濟(jì)的活力。中國(guó)政府也意識(shí)到了中小微企業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性，出臺(tái)了一系列支持中小微企業(yè)創(chuàng)新和融資的政策，規(guī)模空前地大幅度減稅降費(fèi)，給廣大工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和制造企業(yè)的快速發(fā)展提供了政策上的利好。
“中國(guó)制造2025發(fā)展規(guī)劃”與工業(yè)4.0對(duì)接，以智能制造為核心，推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以提高制造能力，特別是創(chuàng)新能力（innovation ability）、能源效率（energy efficiency）和信息效率（information efficiency）。工業(yè) 4.0，也叫工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，代表著第四次工業(yè)革命。在垂直方向，用數(shù)字化（digitize）整合企業(yè)的所有管理和運(yùn)行過(guò)程，從產(chǎn)品研發(fā)，原材料采購(gòu)，到制造、物流和服務(wù)。橫向，將整合從內(nèi)部操作延伸到供應(yīng)商、客戶以及關(guān)鍵價(jià)值鏈上的所有合作伙伴。因此，在工業(yè) 4.0企業(yè)里，在生產(chǎn)過(guò)程的每個(gè)工段都安裝著大量的傳感器，每天都產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，累計(jì)起來(lái)的數(shù)據(jù)量更是驚人的。眾多的邊緣計(jì)算設(shè)備或工業(yè)控制設(shè)備廣泛分散部署，無(wú)限靠近機(jī)器設(shè)備，即時(shí)就地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，使生產(chǎn)過(guò)程更靈活、更高效、更精細(xì)。雖然數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)或數(shù)據(jù)就是生產(chǎn)力已經(jīng)深入人心，但如何讓巨量的數(shù)據(jù)變成對(duì)企業(yè)有用的信息，使數(shù)據(jù)產(chǎn)生價(jià)值，借此增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，給企業(yè)帶來(lái)巨大的效益就成為關(guān)鍵。隨著大數(shù)據(jù)分析與利用逐漸成為每個(gè)工業(yè)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)必將對(duì)工業(yè)計(jì)算機(jī)以及以工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的嵌入式計(jì)算設(shè)備產(chǎn)生巨大的需求。
唯有創(chuàng)新才能生存，也唯有創(chuàng)新才能發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)眾多從事工業(yè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制造企業(yè)絕大多數(shù)為中小微企業(yè)，還缺少世界級(jí)的大型工業(yè)計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)領(lǐng)軍企業(yè)。如何抓住機(jī)遇實(shí)現(xiàn)騰飛，把企業(yè)發(fā)展成能與國(guó)際自動(dòng)化巨頭并肩的企業(yè)，支撐起中國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的藍(lán)天，是所有工控企業(yè)需要認(rèn)真面對(duì)的挑戰(zhàn)。
文章關(guān)鍵詞：工業(yè)計(jì)算機(jī)技術(shù)