工業網際網路:嵌入式系統的機遇和挑戰

2020-12-19 電子工程專輯


從2020年第2期開始，《單片機與嵌入式系統應用》開始推出「卷首語」欄目，每期邀請一位業內專家圍繞嵌入式技術針對時下熱點分享自己的觀點，以饗廣大嵌入式技術從業者/愛好者。今天發表的這篇文章是2020年第8期的卷首語！


工業網際網路：嵌入式系統的機遇和挑戰

牛建偉 教授

北京航空航天大學


從20世紀60年代的「模擬儀表控制系統」，到20世紀80年代的「集散控制系統」，到21世紀初的「現場總線系統」，再到目前初露端倪的「工業網際網路」時代，人類工業技術經歷了60年天翻地覆的變革。另一維度，網際網路技術也逐漸從消費經濟和虛擬經濟（如電子商務）拓展到生產領域和實體經濟（即工業網際網路）。嵌入式技術在工業信息化時代發揮了不可替代的作用，那麼在工業網際網路時代嵌入式技術會不會退出歷史舞臺？答案是否定的，事實上，工業網際網路時代為嵌入式技術帶來了新的歷史機遇和挑戰。



一、機  遇

（1）工業網際網路依賴於嵌入式系統採集業務數據。無論是工具機、機器人等智能裝備，夾爪、噴槍等工藝設備，還是雷射雷達、紅外感應等傳感晶片，都是工業網際網路的數據來源，都是以嵌入式技術為基礎的。


（2）工業網際網路依賴於嵌入式系統實現網絡傳輸。無論是終端通信模塊、工廠內部網關，還是路由交換節點，都需要依賴專用的嵌入式系統保證可靠、穩定和高速的數據傳輸。


（3）工業網際網路依賴於嵌入式系統執行閉環控制。工業網際網路的目標不僅是工業製造數據的單向採集、傳輸、匯聚和分析應用，更智能化的方向是根據社會發展和經濟運行設定的目標，實現網上訂單、自主生產和製造、自動物流、運維等全要素一體化的協同優化和柔性製造，這些任務都離不開終端設備嵌入式系統的控制執行。


二、挑  戰

（1）嵌入式系統需要更加開放的體系架構來支撐「人-人」網際網路向「人-物」、「物-物」工業網際網路的拓展，從而實現「萬物互聯萬物生」。工業網際網路是工業數位化轉型浪潮下工業體系和網際網路體系深度融合的產物，萬物互聯、系統互通，需要嵌入式系統以更加開放的體系架構支撐各類終端設備或通信節點在工業網際網路總體架構下的有效運行。


（2）嵌入式系統需要可靠的運行環境支撐工業網際網路。運行在工業網際網路環境中的各類嵌入式系統，不再是獨立的個體，而是協同運作、有機融合的一個整體，其穩定可靠的運行是整個工業網際網路平臺的基礎。


（3）嵌入式系統需要更加安全的運行機制守衛工業網際網路。不同於普通的計算機網際網路應用，工業網際網路分析和控制的對象是各類高端裝備和智能產線，安全是工業網際網路的生命線，嵌入式系統必須提供更加可靠的安全機制來確保整個工業網際網路的安全。


機遇與挑戰並存，讓我們共同努力，實現人類工業技術邁向工業網際網路時代，創造嵌入式技術更加美好的未來！


牛建偉：北京航空航天大學教授，博士生導師，全國優秀科技教師，科技部重點研發計劃項目負責人。入選教育部2009年「新世紀優秀人才支持計劃」，獲得2013年教育部技術發明一等獎，2016年國家863科技創新之星榮譽稱號，2017年寶鋼優秀教師獎，2018年北京市教學成果一等獎。主要研究方向有：嵌入式與移動計算，跨媒體分析與處理以及機器人作業系統。

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