从云计算到大数据，从人工智能到工业互联网，这些先进技术给工业制造带来了前所未有的机遇和挑战。 随着技术的发展，许多工业设备需要进行数据交互和实时控制，这也对控制设备的算力提出了更高的要求。
中科时代作为一家在PC控制、双域操作系统开发、运动控制算法、人工智能算法等领域具有强大技术优势的企业，致力于为工业场景提供高效、稳定、可靠的工业自动化和智能化解决方案。 中科时代嵌入式软件与操作系统专家宋建伟在接受工控采访时表示，中科时代自成立以来，始终致力于基于PC架构的集算控于一体的工业智能产品研发，不仅为用户提供了多种功能选择和扩展可能性， 同时也将PC控制性能提升到一个新的高度，实现系统资源的高效利用。
图为：中科时代嵌入式软件与操作系统专家宋建伟接受工控采访。
在采访中，宋建伟详细分享了中科时代在工业智能产品创新突破方面的努力。 他指出，中科时代在工业智能产品的研发上始终坚持创新，不断寻求突破。 这种创新和突破不仅体现在产品的硬件设计上，还体现在软件的优化和功能的扩展上。
颠覆传统控制架构，以算控一体化释放产业潜能
在传统的分体式架构中，控制系统分为上位机和下位机两大部分，主要由工控机和各种PLC控制器组成，不仅体积庞大，而且难以以工控机的计算能力提高系统的实时性， 无法满足大量实时数据的处理，且部署多个控制器导致系统复杂度呈几何级数增加。与传统的工控机和PLC组合相比，中科时代的工业智能机器产品将边缘计算与控制相结合，通过一套控制器配一套软件和一套程序，可以同时具备运动控制、逻辑控制、机器视觉、组态显示等功能， 可以使工业控制设备更好地适应复杂多变的生产环境，并具有更高的实时性和算力可扩展性。
图：主要产品。
传统架构在处理大量伺服电机涉及的实时性和稳定性要求时，难以实现有效突破。 当轴数超过 32 轴时，传统架构的复杂度会翻倍。 通过简化架构，该机床可以轻松应对256轴的大场景。 宋建伟补充道。 此外，上下计算机之间的传统通信被工业智能机器的跨域共享内存所取代，数据吞吐量比传统以太网通信快2-3个数量级。 与传统架构相比，由于缺乏过多的通信配置和线路维护，以及AI编程和IEC标准流程编程的集成，机器的应用还可以降低部署成本，降低人员需求和相应的成本。
在软件方面，中科时代推出了基于异傲双域操作系统的MetaOS和Metahypervisor虚拟化管理软件，可实现高效的资源管理和精准的任务调度。 中科时代通过软件定义，实现了硬件算力的扩缩容，通过操作系统实时域与非实时域的隔离，以及元管理程序的配置，根据客户的现场需求合理分配和灵活扩展算力，从而通过软件真正将算力应用到客户现场工业需求的关键点上定义。此外，无缝集成Codesys PLC平台，中科时代还推出了Metafacture Mearte软件，不仅支持IEC61131-3编程、编译、下底、运行等功能，还支持Ethercat、Profinet、EthernetIP、DeviceNet、CanOpen、Modbus、OPC等常见工业通讯，还集成了中科院数百个自主研发的视觉算法功能块， 如形状识别、颜色识别、测量、文字识别等。
借助 Xenomai 框架，在非实时域 CPU 和 GPU 满载压力的情况下，工业智能机实现了 EtherCAT 128 轴 1 毫秒直流同步的稳定输出能力，抖动的高实时性能小于 30 微秒。 此外，工业智能整机产品还具有强大的计算能力。 这主要得益于与英特尔、海光、英伟达、寒武纪等硬件的紧密合作，这些合作伙伴强大的算力赋予了机器在人工智能应用中的卓越性能，从而为用户带来全新的计算机化自动化体验。
凭借其稳定的性能，使用Xenomai框架的TechSmart在许多行业中发挥了关键作用。 例如，中科时代为多晶硅龙头企业提供的控制和生产决策系统，已实现连续15个月的稳定运行。 通过部署多晶硅还原炉智能控制系统MESPV，可实现还原炉管理、批次管理、曲线查看、控制参数和下达等功能，实时判断炉内反应，识别炉内雾化状态，同时降低单位用电量， 每批可节省26,000-52,000千瓦时的电力。in-robot的出色性能得益于中科院优秀的研发团队和专业服务团队的共同努力，以及采用经过IT和OT广泛验证和认可的开源Xenomai框架和开源Linux基础，保证了inrobot产品在各种设备中的稳定性和可靠性， 现场和其他环境。
图：中科时代为多晶硅龙头企业提供管控和生产决策系统。
双域操作系统，打造高效稳定的系统环境
InnoMachine的推出不仅有效解决了OT与IT的集成问题，而且有能力解决算力需求大、相互干扰、成本高、可靠性不足等关键问题。 然而，在复杂的工业环境中，不同的控制需求需要一台机器同时处理，如何才能有效地分配和管理资源，并保证实时和非实时任务之间的隔离
在开发过程中，主要难点集中在如何在单个设备上实现实时域和非实时域的分离。 宋建伟说。 实时域主要负责需要实时响应的任务，如运动控制算法和与电机伺服的通信，而操作控制插值算法、电子凸轮等算法的执行也需要大量的计算资源。 非实时域主要用于处理图像识别、流处理、人工智能推理等任务，这些任务对实时性要求不高，但对数据吞吐量和计算资源有很大要求。
基于Xenomai+MetaHypervisor，MetaOS实现了实时域和非实时域的完全隔离，可以通过Metahypervisor分配桌面资源，即使桌面系统更新、重启或蓝屏，实时域的进程控制任务也不会受到影响。 就像手机的智能孪生功能一样，使用元管理程序虚拟化资源管理可以灵活划分物理资源，分别处理实时和非实时工作资源。 根据工作的性质，可以将时间敏感的任务放在实时域中进行处理对时间不太敏感的任务可以在非实时域中处理。 这样，实时和非实时任务可以避免相互干扰。
持续优化软件，深化行业需求探索
先进的软件、可靠的硬件和强大的计算能力的结合正在开启软件定义的新篇章。 目前，公司正在不断优化其双域操作系统MetaOS，致力于提供更高效、更稳定的系统解决方案，以满足工业控制不断变化的需求。 宋建伟表示，中科时代在北京和上海拥有两大研发中心。 北京团队主要负责操作系统的改进，包括虚拟化相关的管理软件和实时域名运行软件。 上海团队主要负责与垂直行业客户紧密合作，完成定制化项目，并根据定制化开发成果，总结提炼出适合各垂直行业的标准化产品。
未来，对于一些安全要求非常高的场合，中科时代将引入自己的运行时，并采用满足内存安全要求的编程语言，如rust，以确保其安全性能达到与Linux内核相同的水平。 除了使用 Rust 提高安全性外，中科时代还计划在传统 IEC61131-3 编程语言的基础上增加对人工智能芯片制造商的支持。 通过融入中科时代的自我编译器。 用户不需要关心他们的应用是在海光CPU还是英伟达的推理芯片上运行，他们只需要关注自己的流程，可以大大简化编程过程。
目前，以工业智能化为核心的工业装备在越来越多的新兴产业中发挥着重要作用。 中科时代加快布局半导体、光伏、新能源等新兴产业。 在这些行业中，对EtherCAT轴的需求量很大，以及实时、图像识别、AI推理等高标准，而传统的工业计算机和PLC组合已经无法满足日益增长的性能和智能化需求。 宋建伟表示：“与传统产业相比，新兴产业具有更大的发展空间和更高的技术接受度，这将为产业智能化的技术创新和市场拓展提供良好的发展环境。 “未来，中科时代将继续加强技术创新和产品研发能力，提升工业智能化在复杂工业环境下的适应性和性能，着力解决关键领域核心技术的”瓶颈“问题，助力产业发展迈上新台阶。