近期，在俄羅斯開設(shè)新公司并輻射東歐市場的中科時代，正是這樣一家“以中國技術(shù)服務(wù)全球”的先行者代表。近期，控制工程網(wǎng)專訪了中科時代俄羅斯辦事處主任Ivan Golubtsov，請這位深耕工業(yè)自動化領(lǐng)域多年的行業(yè)老將，暢談了對自動化發(fā)展革新趨勢的洞察與理解。
中科時代俄羅斯辦事處主任Ivan Golubtsov
挑戰(zhàn)傳統(tǒng)：PC-based自動化解決方案的崛起
談到中科時代聚焦的工業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展趨勢，Ivan Golubtsov談到，正如中科時代的英文名“SINSEGYE”寓意為“新世界”一樣，中科時代的目標(biāo)正是通過整合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)工業(yè)技術(shù)，為自動化控制系統(tǒng)開發(fā)創(chuàng)新的高科技產(chǎn)品，打造一個開放、現(xiàn)代、高效且具備智能管理能力的全新工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
Ivan Golubtsov非常看好中科時代的發(fā)展方向，作為一家年輕的中國創(chuàng)新型公司，中科時代的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同樣立足PC-based自動化技術(shù)領(lǐng)域的歐洲友商。究其原因，中科時代不僅可以充分運用來自中國投資者的豐厚投資，還在技術(shù)研發(fā)資源上得到了中科院計算所的大力支持，在供應(yīng)鏈方面則受益于聯(lián)想等合作伙伴的優(yōu)勢產(chǎn)能。這些得天獨厚的因素，共同驅(qū)動了中科時代的迅猛發(fā)展。
雄厚的人才實力，同樣是中科時代不可或缺的優(yōu)勢所在。在公司創(chuàng)始人兼CEO馬君博士的率領(lǐng)下，中科時代構(gòu)建了一個頗具規(guī)模且善于無縫協(xié)作的開發(fā)團(tuán)隊，并吸收了眾多來自歐洲業(yè)界知名公司的資深人才。這樣的技術(shù)底蘊，使得中科時代積累了出類拔萃的PC全棧技術(shù)研發(fā)實力，更推動了MetaOS雙域?qū)崟r工業(yè)操作系統(tǒng)等一系列創(chuàng)新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)。
當(dāng)前，中科時代正積極推動以PC開放架構(gòu)替代傳統(tǒng)PLC的技術(shù)革新，讓工業(yè)控制從“專用硬件”向“軟件定義控制”演進(jìn)，同時積極推進(jìn)硬件和軟件的自主化，開發(fā)全國產(chǎn)化的PC-based控制器與工業(yè)操作系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)工業(yè)自動化系統(tǒng)固有的封閉、低算力、高成本等痛點。
為何中科時代將PC-based自動化解決方案視為面向未來的發(fā)展方向？Ivan Golubtsov談到，傳統(tǒng)的工業(yè)控制方案依賴專用PLC、DCS等設(shè)備，這就不可避免地導(dǎo)致計算機(jī)數(shù)量多、種類雜、算力碎片化等局限性。
相比之下，PC-based自動化解決方案則具有靈活性高、開放性好、易于集成和高性能等優(yōu)點。特別是隨著PC性能的不斷提升，用戶可以實現(xiàn)更加復(fù)雜的運動控制算法和更高的控制精度，滿足智能制造、柔性生產(chǎn)線等新興場景的需求。例如，通過定義通用型工業(yè)控制架構(gòu)，同一硬件平臺可通過軟件配置而靈活適配不同行業(yè)，從而更好地支持新能源、半導(dǎo)體裝備、機(jī)器人等領(lǐng)域高速增長的彈性需求。
MetaOS：雙內(nèi)核系統(tǒng)架構(gòu)引領(lǐng)工業(yè)操作系統(tǒng)新紀(jì)元
為了適配工智機(jī)這樣的PC-based自動化控制器，中科時代基于雙內(nèi)核系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自主開發(fā)了創(chuàng)新的MetaOS雙域?qū)崟r工業(yè)操作系統(tǒng)。
對此，Ivan Golubtsov指出：“在當(dāng)前的智能化浪潮中，我們發(fā)現(xiàn) AI 的應(yīng)用在控制側(cè)推進(jìn)很緩慢，很大因素受制于傳統(tǒng)控制領(lǐng)域的算力不足，而PLC額外配置工控機(jī)等多設(shè)備方式，又增加了系統(tǒng)復(fù)雜度和通訊風(fēng)險，尤其是增加了企業(yè)的成本。正是在這樣的瓶頸面前，MetaOS這樣的雙內(nèi)核系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由此應(yīng)運而生。”
中科時代MetaOS支持x86架構(gòu)，其實時內(nèi)核負(fù)責(zé)中斷處理、實時線程調(diào)度和其他時間關(guān)鍵任務(wù)，具有較高的優(yōu)先級。中科時代開發(fā)的實時運行內(nèi)核MetaCore也在這個內(nèi)核上運行，其既可以在CODESYS中創(chuàng)建，也可以在中科時代專有的集成開發(fā)環(huán)境MetaFacture中創(chuàng)建。與此同時，另一個Linux內(nèi)核則負(fù)責(zé)處理CAM、HMI、Web等非實時任務(wù)。
通過虛擬化，MetaOS可以將這兩個獨立運行且互不干擾的域進(jìn)行隔離，并按需分配處理器、內(nèi)存、網(wǎng)卡和磁盤等硬件資源。根據(jù)具體設(shè)備和項目需要，中科時代可以提供MetaOS或Ubuntu 22.04這兩個操作系統(tǒng)選項，并提供了命令行界面、GUI桌面以及虛擬機(jī)等。
▲中科時代MetaOS雙域?qū)崟r工業(yè)操作系統(tǒng)的雙內(nèi)核架構(gòu)
Ivan Golubtsov尤其強(qiáng)調(diào)了中科時代MetaOS在實時和非實時兩個域之間靈活分配資源的能力，他介紹：“我們的系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求動態(tài)分配硬件資源，特別是算力。當(dāng)企業(yè)用戶場景要求控制優(yōu)先時，我們可以把大量算力分配給實時域，保障實時性；當(dāng)非實時域要求AI應(yīng)用優(yōu)先時，我們可以把主要算力分配給非實時域。這種靈活性使得用戶能夠根據(jù)不同場景的需求，靈活調(diào)整系統(tǒng)配置，實現(xiàn)一機(jī)多能、智能控制、降本增效。”
據(jù)測試，中科時代MetaOS在產(chǎn)品性能上體現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，其最高可以控制256個以上的軸，虛擬化開銷的成本低于7%，軸抖動則小于20微秒，從而為各種工業(yè)控制場景提供了更高性能、更低成本的上佳之選。
▲中科時代MetaOS雙域?qū)崟r工業(yè)操作系統(tǒng)的性能優(yōu)勢
基于這些優(yōu)勢，中科時代MetaOS除了傳統(tǒng)的工業(yè)總線帶軸控制、周期性控制等場景，還能同步支持控制之外的應(yīng)用執(zhí)行，如 AI 視覺，AI 算法，甚至部署 AI 大模型，也支持各類高速通訊的場景，和不同的設(shè)備之間通訊，和云端通訊，讓邊緣控制體系不再有利于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系之外，讓生產(chǎn)數(shù)據(jù)得到企業(yè)管理者的掌控。
厲兵秣馬，打造“軟硬結(jié)合”全面產(chǎn)品布局
除了引領(lǐng)工業(yè)操作系統(tǒng)新技術(shù)浪潮的MetaOS，Ivan Golubtsov還向我們介紹了中科時代專為工智機(jī)推出的集成開發(fā)環(huán)境MetaFacture，其核心亮點在于模塊化和算控一體。其中，模塊化設(shè)計更好地兼顧了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和功能豐富性，同時支持獨立發(fā)布更新和動態(tài)擴(kuò)展，為用戶提供了極大的便利。而且，用戶還可以通過MetaFacture的向?qū)Чδ軐崿F(xiàn)C++模塊的創(chuàng)建和編程，并實現(xiàn)語言無關(guān)的模塊構(gòu)建。如此一來，用戶可以使用ST編寫簡單的控制任務(wù)，用C++編寫復(fù)雜的計算任務(wù)，實現(xiàn)真正的算控一體。
Ivan Golubtsov強(qiáng)調(diào)：“用戶可以根據(jù)自己的需求，利用MetaFacture隨時修改和添加功能，甚至集成第三方組件或為現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)定制改造方案。這種開放性不僅保障了客戶的投資安全，還促進(jìn)了工業(yè)自動化領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展。”
與此同時，中科時代在硬件領(lǐng)域同樣展現(xiàn)出了強(qiáng)大的創(chuàng)新能力。當(dāng)前，中科時代正依托先進(jìn)的開放易用、算控一體架構(gòu)，通過“邊緣計算、硬件融合、AI 賦能”三個層面推動工業(yè)設(shè)備從“功能固化”向“軟件定義”演進(jìn)。
目前，中科時代的工智機(jī)在多個方面均占據(jù)優(yōu)勢，例如在開機(jī)啟動時間這一指標(biāo)上，中科時代的SX51系列工智機(jī)達(dá)到了21秒43，顯著優(yōu)于國內(nèi)外同類競品在同一指標(biāo)上介于30~47秒之間的表現(xiàn)，其強(qiáng)悍實力可見一斑。而在1ms DC同步帶軸能力的對比上，中科時代的SP5040工智機(jī)可以控制的軸數(shù)超過了256個，同樣顯著優(yōu)于同類競品。
▲中科時代工智機(jī)與同類競品的開機(jī)啟動時間對比
▲中科時代工智機(jī)與同類競品的1ms DC同步帶軸能力對比
再如，在EtherCAT 運動控制性能的系列測試中，中科時代的SP7022工智機(jī)在八軸凸輪EtherCAT任務(wù)執(zhí)行時間對比測試中，平均執(zhí)行時間僅為26微秒，抖動僅7微秒；在G代碼讀取任務(wù)性能測試中，則拿出了平均時間15微秒、抖動14微秒的優(yōu)勢表現(xiàn)。在兩次測試中，其性能表現(xiàn)均在同類競品中出類拔萃。
▲中科時代工智機(jī)與同類競品的八軸凸輪EtherCAT任務(wù)執(zhí)行時間對比（8個Sinsegye SV3伺服，多項式凸輪表,系統(tǒng)桌面加壓100%，同步周期1ms）
▲中科時代工智機(jī)與同類競品在G代碼讀取任務(wù)測試中的性能對比
Ivan Golubtsov談到：“我們的硬件PC工業(yè)智能計算機(jī)將大算力、硬實時控制整合在一起，能夠在邊緣側(cè)進(jìn)行更加復(fù)雜和高性能的計算。這種設(shè)計不僅滿足了邊緣側(cè)的AI賦能需求，還取代了傳統(tǒng)的工控機(jī)+PLC體系，促進(jìn)了硬件融合。”
在伺服系統(tǒng)方面，中科時代同樣實現(xiàn)了與時俱進(jìn)。據(jù)Ivan Golubtsov介紹，中科時代的伺服產(chǎn)品體系已經(jīng)覆蓋了中低性能和高性能伺服產(chǎn)品，即將推出的SV5系列更是能夠同時控制4個電機(jī)，進(jìn)一步幫助工業(yè)企業(yè)降本增效；而IO產(chǎn)品線也涵蓋了不同高速與低速傳輸效率的需求，支持多種傳輸協(xié)議，足以經(jīng)受工業(yè)現(xiàn)場嚴(yán)苛環(huán)境及復(fù)雜干擾場景的考驗。
關(guān)鍵指標(biāo)的提升
在采訪的最后，Ivan Golubtsov還展望了他對工業(yè)自動化領(lǐng)域未來發(fā)展趨勢的前瞻式洞察 。他預(yù)測道：“今后，隨著數(shù)字孿生、AI等技術(shù)的成熟，軟件定義的自動化將向‘自主化’演進(jìn)。短期內(nèi)，我們將聚焦設(shè)備級控制軟件化，將PLC功能遷移至邊緣側(cè)工業(yè)智能計算機(jī)；中期內(nèi)，實現(xiàn)跨產(chǎn)線、跨工廠的協(xié)同優(yōu)化；長期來看，我們將基于邊緣控制和計算，構(gòu)建‘自我感知-自主決策-自動執(zhí)行’的工業(yè)智能體，實現(xiàn)真正的‘無人工廠’。”
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