重型裝備數(shù)字化轉(zhuǎn)型中智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建方法分析

文/劉志華，馬增輝 山西太重數(shù)智科技股份有限公司

技術(shù)變革日新月異，世界局勢波云詭譎。隨著芯片設(shè)計與制造、航空發(fā)動機(jī)、高端醫(yī)療器械、育種技術(shù)等 “卡脖子”問題不斷顯現(xiàn)，針對依舊對國外有嚴(yán)重技術(shù)依賴的行業(yè)和產(chǎn)業(yè)，迫切需要進(jìn)行國產(chǎn)化、自主化變革與突破，以應(yīng)對未來可能出現(xiàn)的各類潛在危機(jī)。因此，我們針對重型裝備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)行深入研究，探索重型裝備智能操作系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)路線和開發(fā)方法，形成切實可行的重型裝備數(shù)字化轉(zhuǎn)型的解決方案，并對重型裝備智能操作系統(tǒng)的應(yīng)用生態(tài)的構(gòu)建進(jìn)行探討，以此拋磚引玉，為國內(nèi)重型裝備的數(shù)字化與智能化提供啟發(fā)，助力國內(nèi)形成自主知識產(chǎn)權(quán)的重型裝備智能操作系統(tǒng)。

傳統(tǒng)重型裝備存在的問題

（1）單機(jī)孤島化運(yùn)行

傳統(tǒng)重型裝備多為大型、單臺設(shè)備，生產(chǎn)方式多為手動與半自動，即便實現(xiàn)全自動運(yùn)行，也是單設(shè)備小批量的生產(chǎn)方式，無法與工廠設(shè)備管理體系有機(jī)的結(jié)合起來進(jìn)行統(tǒng)籌管理與生產(chǎn)優(yōu)化，這樣就會造成設(shè)備的單機(jī)孤島化運(yùn)行，無法與工廠進(jìn)行數(shù)據(jù)的流動與共享，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的管理、運(yùn)維、生產(chǎn)嚴(yán)重依賴于人工干預(yù)，把大批的操作、生產(chǎn)、運(yùn)維人員“綁”在設(shè)備上，造成人力與物力的浪費(fèi)，因此迫切需要把重型裝備打造成一個“能言善道”的有機(jī)體，讓重型裝備能夠有機(jī)地連通工廠與人員，變得輕輕簡適用。

（2）數(shù)字化、智能化程度低

數(shù)字化與智能化是實現(xiàn)智能制造的基石。雖然，在汽車制造、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域國內(nèi)已逐步邁入智能制造階段，但重型裝備領(lǐng)域的數(shù)字化、智能化處于初級階段，隨著《中國制造2025》戰(zhàn)略的發(fā)布，用新技術(shù)為重型裝備進(jìn)行數(shù)字化和智能化賦能逐漸成為主流觀念，企業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇，融合通信、采集、語音識別、傳感、物聯(lián)網(wǎng)等方面的新技術(shù)，為重型裝備的數(shù)字化與智能化賦能，為重型裝備開啟智能制造之路。

（3）國產(chǎn)化、自主化率低

目前，國內(nèi)重型裝備除了機(jī)械結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計方面實現(xiàn)自主化外，無論是在電液元器件的使用，還是在控制系統(tǒng)和操作系統(tǒng)上，實現(xiàn)自主替代的領(lǐng)域鳳毛麟角。重型裝備關(guān)鍵元器件和操作控制系統(tǒng)的對外依存度高，不僅讓重型裝備的制造和使用過程中處于被動的狀態(tài)，而且會無形中增加重型裝備數(shù)字化和智能化的難度，因此迫切需要進(jìn)行關(guān)鍵元器件、操作和控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化和自主化替代，以保障自身重型裝備的穩(wěn)定與安全。

（4） 標(biāo)準(zhǔn)雜亂、適配性差

重型裝備需要接入如傳感器、儀表、光電設(shè)備、微控制器等種類繁多的元器件或小微系統(tǒng)，由于缺乏統(tǒng)一的接入標(biāo)準(zhǔn)、接口，各硬件設(shè)備供應(yīng)商提供的開發(fā)接口、設(shè)備驅(qū)動也是千差萬別；因此就會出現(xiàn)接入同一類設(shè)備需要實現(xiàn)多種協(xié)議，安裝各類驅(qū)動，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)適配困難，設(shè)備穩(wěn)定性差，擴(kuò)展能力欠缺的問題。因此我們因針對重型裝備標(biāo)準(zhǔn)雜亂和適配性差的現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前桌面操作系統(tǒng)和車載控制系統(tǒng)等各類系統(tǒng)的人性化、簡易化特點(diǎn)，設(shè)計面向接入對象的操作系統(tǒng)，由系統(tǒng)層提供各類設(shè)備接入、管理、調(diào)度能力，并提供可根據(jù)接入對象特點(diǎn)拓展的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與接口，以讓重型裝備操作系統(tǒng)具備普適性。

（5）缺乏有效數(shù)據(jù)積累與挖掘

重型裝備在生產(chǎn)運(yùn)行中會產(chǎn)生大量的信息和數(shù)據(jù)，對設(shè)備的價值信息進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理和對設(shè)備核心數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和挖掘，不僅能對重型機(jī)械的生產(chǎn)、工藝、運(yùn)維等過程的優(yōu)化產(chǎn)生立竿見影的效果，更能通過后續(xù)對數(shù)據(jù)的整合、分析、研究、運(yùn)算等二次加工應(yīng)用等環(huán)節(jié)對重型裝備的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、人性化交互、智能化管理等方面產(chǎn)生不可估量的巨大作用。因此，重型裝備企業(yè)應(yīng)振裘持領(lǐng)、深耕數(shù)據(jù)，讓數(shù)字化轉(zhuǎn)型如虎添翼。

重型裝備自主化數(shù)字轉(zhuǎn)型的探索

為解決傳統(tǒng)重型裝備存在的各類問題，并應(yīng)對隨著國際競爭的加劇，國內(nèi)重型裝備所使用的由西門子、AB、ABB、Windows等公司提供的操作和控制系統(tǒng)可能淪為國外勢力打壓我國重型裝備行業(yè)發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)居安思危，開始重型裝備自主化數(shù)字轉(zhuǎn)型的探索。

在重型裝備控制系統(tǒng)自主化領(lǐng)域，已有和利時、匯川等企業(yè)在孜孜不倦地探索，但在重型裝備操作系統(tǒng)領(lǐng)域，依舊是國外企業(yè)占據(jù)市場的格局，因此迫切需要加快重型裝備操作系統(tǒng)的探索與研發(fā)，解決重型裝備的知識產(chǎn)權(quán)自主化和操作智能化的問題。

2021年下半年，國內(nèi)出現(xiàn)了第一個用于井下設(shè)備的智能操作系統(tǒng)“礦鴻操作系統(tǒng)”。該系統(tǒng)從設(shè)備互聯(lián)互通、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)協(xié)議、數(shù)據(jù)共享與網(wǎng)絡(luò)安全層面對井下設(shè)備智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行了獨(dú)樹一幟的探索，其不僅實現(xiàn)了井下設(shè)備操作系統(tǒng)的初步自主化與智能化，更為重型裝備的數(shù)字化轉(zhuǎn)型投石問路，為重型裝備智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建提供有價值的路線方向，探索啟迪應(yīng)用落地。

重型裝備數(shù)字化轉(zhuǎn)型的智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建

基于上述國內(nèi)的重型裝備的控制系統(tǒng)與操作系統(tǒng)的探索經(jīng)驗，我們博觀約取，探究一條切實可行的重型裝備智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建之路。

（1）集群發(fā)展、先兼容后替代的綱領(lǐng)

每一次行業(yè)變革都會出現(xiàn)偉大的公司，每個偉大的公司周圍，都環(huán)繞著無數(shù)同樣偉大的中小創(chuàng)新公司。首先，我們在宏觀方向上確定硬件先行，軟件同步迭代的總方向，并配合政策引導(dǎo)，對在軟硬件領(lǐng)域國產(chǎn)化自主化的探索者給予足夠的支持，讓其能后顧無憂地為國內(nèi)的科技自主化事業(yè)貢獻(xiàn)力量，進(jìn)而讓各類創(chuàng)新公司百花齊放，形成集群效應(yīng)。同時，基于國內(nèi)重型裝備領(lǐng)域系統(tǒng)硬件、控制系統(tǒng)、操作系統(tǒng)都是以國外大型公司產(chǎn)品為主的現(xiàn)狀，我們應(yīng)采取初期兼容使用并逐步拓展轉(zhuǎn)向后期軟硬件全面替代的路線，一是要鼓勵在現(xiàn)有條件下國內(nèi)重型裝備生產(chǎn)商對軟硬件系統(tǒng)的兼容性采購國產(chǎn)化替代，二是為技術(shù)過硬、領(lǐng)域?qū)Ｗ⒌闹行」緞?chuàng)造應(yīng)用場景，讓軟硬件在現(xiàn)實環(huán)境的考驗中逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化替代。

（2）繞不開的硬件根本

軟件的基礎(chǔ)是硬件，操作系統(tǒng)是基于硬件調(diào)度和管理各硬件資源，然后才有基于操作系統(tǒng)的具體應(yīng)用功能開發(fā)。而各類系統(tǒng)所使用的如PLC、CPU、內(nèi)存、顯卡等硬件多是國外的產(chǎn)品，這就會讓重型裝備智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建如芒在背，因此我們在PLC層進(jìn)行控制系統(tǒng)的國產(chǎn)替代探索，更應(yīng)在底層芯片、檢測元件、液壓元件、電氣元件、計算機(jī)硬件等方面進(jìn)行全面的研究與開發(fā)，尋求硬件的逐步國產(chǎn)替代。過程中我們借鑒先進(jìn)經(jīng)驗，對內(nèi)核、接口、外設(shè)等進(jìn)行兼容性、拓展性、連通性等的全面考量，不僅要兼容當(dāng)前主流軟硬件的交互、通信、連接等需求，更應(yīng)兼顧各類后續(xù)可能出現(xiàn)的智能軟硬件的集成和拓展連接，使其不僅兼容當(dāng)下，更能面向未來。

（3）兩條腿走路的必要性

基于目前重型裝備智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建如鯁在喉的現(xiàn)狀，操作系統(tǒng)國產(chǎn)化的道路上應(yīng)該兩條腿走路，一方面應(yīng)基于目前主流軟硬件環(huán)境，設(shè)計與Step7、Linux、WinCE、工程車載控制器等國內(nèi)重型裝備主要使用的系統(tǒng)兼容互通的操作系統(tǒng)以不影響現(xiàn)有設(shè)備使用；另一方面應(yīng)在此基礎(chǔ)上一邊加速國產(chǎn)硬件兼容替代，一邊開發(fā)與國內(nèi)逐步出現(xiàn)的控制系統(tǒng)、設(shè)備軟硬件相兼容的操作系統(tǒng)，并在底層硬件連接與識別接口功能上逐步進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與自主化替代，最終實現(xiàn)全面自主前提下的兼容并用。

（4）重型裝備智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建方法與思路

1）系統(tǒng)框架。重型裝備智能操作系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)是在充分考慮技術(shù)的可行性、可用性后由下至上進(jìn)行構(gòu)建。是基于當(dāng)前通用的硬件架構(gòu)、常見的操作系統(tǒng)架構(gòu)、各類特定的工業(yè)設(shè)備的接口而開發(fā)的資源管理、調(diào)度的軟件系統(tǒng)。因此我們從系統(tǒng)基礎(chǔ)、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議接口、活化界面、算法圈、硬件兼容、分權(quán)分布操作、數(shù)據(jù)共享體系、智能運(yùn)維、多媒體、工藝、安全等方面考慮進(jìn)行重型裝備智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建。

馬鞍山路高架橋連接合肥老城區(qū)與合肥濱湖新區(qū)，是合肥市內(nèi)南北向的主干道。高架橋主梁采用現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁為斜腹板形式；與地鐵車站重合段主梁采用連續(xù)鋼箱梁，其基礎(chǔ)直接坐落在車站頂板上，并通過車站立柱將荷載傳遞至立柱下樁基。車站兩端區(qū)間采用盾構(gòu)過站。

搭建系統(tǒng)時，基于豐富的開源資源（如傳統(tǒng)的Linux內(nèi)核），提供了基礎(chǔ)的內(nèi)存管理、資源調(diào)度、管理等功能，同時可借鑒Linux的功能特性和Windows的人性化特點(diǎn)，并進(jìn)行備用操作系統(tǒng)的搭建。前者主要用于兼容當(dāng)前重型裝備的各類系統(tǒng)與軟硬件，后者主要用于在前者的基礎(chǔ)上兼容國內(nèi)的控制系統(tǒng)、具備自主知識產(chǎn)權(quán)的軟硬件等。重型裝備智能操作系統(tǒng)的開發(fā)可通過基于該操作系統(tǒng)做向下（硬件層面）、自身（構(gòu)建兼具智能化和人性化的實用功能）、向上（內(nèi)部服務(wù)、人工智能算法）的延伸來實現(xiàn)。

2) 數(shù)據(jù)接口和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化。這是對應(yīng)硬件的兼容性與連通性考慮的。操作系統(tǒng)是集中調(diào)度底層各類軟硬件資源以實現(xiàn)重型裝備的手動、自動甚至智能操作。無論底層硬件是否實現(xiàn)自主替代，都應(yīng)全面考慮重型裝備目前使用的主流硬件和國內(nèi)硬件的自主化替代方向來進(jìn)行數(shù)據(jù)接口和通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)以面向市場，這樣建立的操作系統(tǒng)才能在競爭激烈的市場環(huán)境下生存和成長。首先，從底層數(shù)據(jù)接口方向應(yīng)全面兼容I/O、SPI、UART、網(wǎng)口、HDMI、VGA、CAN等多種多樣的硬件接口的數(shù)據(jù)和信號輸入，并針對其更上一層的如TCP/IP協(xié)議、CAN總線協(xié)議、ModBus、MPI、S7.Net等各類主流常用協(xié)議做標(biāo)準(zhǔn)化配置和選擇功能，使得操作系統(tǒng)在建設(shè)應(yīng)用功能之前，首先應(yīng)具備選擇適用于各類設(shè)備的通信協(xié)議功能，這樣可以讓智能操作系統(tǒng)適用于各品類的重型裝備。同時在協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化配置和選擇功能上預(yù)先設(shè)計好協(xié)議拓展功能，讓底層協(xié)議的配置保留拓展性，使操作系統(tǒng)更加兼容適用，可進(jìn)行更多種類設(shè)備的操作。

3) 有生命的操作界面。在底層數(shù)據(jù)接口和通訊協(xié)議實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化后，可以抽象通用的重型裝備模型，首先在設(shè)備層級對重型裝備進(jìn)行抽象，把重型裝備進(jìn)行類別的劃分；然后再抽象每一類重型裝備的通用組織結(jié)構(gòu)模型，重型裝備按自身的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行需要操作對象的劃分；然后對操作方式和操作對象的運(yùn)行特性等進(jìn)行抽象與系統(tǒng)化建模，然后針對各類操作對象的操作方式和運(yùn)行特性，進(jìn)行操作功能設(shè)計；同時進(jìn)行設(shè)計通用的業(yè)務(wù)模型，抽取如設(shè)備數(shù)據(jù)信息、壽命管理、報警和運(yùn)行信息、設(shè)備運(yùn)維、組織排班等的業(yè)務(wù)模型對象等，然后針對對象特性，進(jìn)行模塊化設(shè)計各項基本功能；上述的任一項模型和功能都提供拓展接口和該類模型的可編程接口，用于后續(xù)功能拓展和其他需要兼容性軟硬件的接入。

當(dāng)完成上述抽象和功能設(shè)計后，所有的重型裝備類型、組織機(jī)構(gòu)、操作方式、業(yè)務(wù)等都可以在操作系統(tǒng)里通過拖、拉、拽的方式進(jìn)行配置化部署，給操作界面賦予活性，讓用戶或技術(shù)人員可以根據(jù)自身需要靈活設(shè)置和部署操作界面。

4）算法圈的建立。無論是重型裝備還是其他類工業(yè)設(shè)備，隨著工業(yè)領(lǐng)域智能化進(jìn)程的推進(jìn)，設(shè)備的智能化程度也會越來越高，因此，讓重型裝備變得“有想法、有思維”也變得越來越現(xiàn)實。對操作系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動控制、軌跡控制、智能識別、性能優(yōu)化、設(shè)備分析、缺陷檢測、智慧決策等適用于重型裝備的各類算法的集成，不僅能針對特定的應(yīng)用場景進(jìn)行有效的運(yùn)算與決策支持，而且可以通過不斷產(chǎn)生的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)對算法模型進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，進(jìn)而形成有效且實用的重型裝備優(yōu)質(zhì)算法圈。

同時在操作系統(tǒng)中設(shè)計算法集成接口導(dǎo)入各類基礎(chǔ)算法、高級算法，以及開發(fā)多算法疊加應(yīng)用的功能模塊用于新增的業(yè)務(wù)場景需求和解決設(shè)備新增復(fù)雜問題，讓重型裝備操作系統(tǒng)更加足智多謀。

5）硬件的兼容接口。任何操作系統(tǒng)的運(yùn)行都離不開硬件的支持，除CPU、內(nèi)存、輸入、輸出等傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)硬件外，針對不同的工業(yè)場景，通常需要接入各類定制化的專用硬件設(shè)備，如：紅外設(shè)備、雷達(dá)、激光、工業(yè)相機(jī)等設(shè)備，對此類設(shè)備按功能特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)籌分類，然后抽象出統(tǒng)一分類接口模型，并在操作系統(tǒng)層面提供對該類接口模型的支持，然后由操作系統(tǒng)完成對各類硬件設(shè)備的管理、調(diào)度功能。而后對每一類功能提供標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口規(guī)范，整體形成硬件-應(yīng)用抽象隔離層，也是擴(kuò)寬重型裝備操作系統(tǒng)應(yīng)用范圍、提高操作系統(tǒng)適配能力的重要手段。

6）分權(quán)分布式操作功能。隨著重型裝備智能化的進(jìn)一步深入，設(shè)備的操作也會從固定操作臺固定人員的方式向智能操作、多點(diǎn)可接管的操作模式進(jìn)行。且隨著設(shè)備全自動及智能穩(wěn)定運(yùn)行的實現(xiàn)，操作多以檢修、測試、模擬運(yùn)行等為目的，且后續(xù)設(shè)備操作層也會出現(xiàn)移動式無線操作面板，面向這種未來，我們構(gòu)建分權(quán)分布式操作系統(tǒng)，在保持主操作臺的主導(dǎo)控制權(quán)的基礎(chǔ)上對設(shè)備的操作控制權(quán)限進(jìn)行下放，可通過移動操作面板進(jìn)行階段性設(shè)備操作權(quán)限的獲取，以進(jìn)行測試、運(yùn)維或局部操作等設(shè)備常見的日常操作，單重型裝備可同時擁有多個移動操作面板，可根據(jù)重型裝備的實際需要分布于設(shè)備相關(guān)的運(yùn)維、工藝、操作等人員組，相關(guān)人員可根據(jù)自身對重型裝備的關(guān)注點(diǎn)和實際需求使用搭載重型裝備智能操作系統(tǒng)的移動操作面板進(jìn)行測試、數(shù)據(jù)觀測或局部影像等各類工作。

7）數(shù)據(jù)共享體系。重型裝備數(shù)字化智能化程度的提高伴隨著是數(shù)據(jù)的越來越全面與系統(tǒng)。因此我們從底層對設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向和縱向的歸類、整理、加工、應(yīng)用，讓設(shè)備數(shù)據(jù)不僅能在設(shè)備與設(shè)備間實現(xiàn)橫向共享，而且使數(shù)據(jù)在設(shè)備與上層管理系統(tǒng)、工廠調(diào)度系統(tǒng)間實現(xiàn)共享與綜合利用，最大化重型裝備數(shù)據(jù)價值。

橫向根據(jù)重型裝備與其他類在線設(shè)備協(xié)同生產(chǎn)需求對重型裝備與其他設(shè)備之間需要交互的狀態(tài)、位置、軌跡、聯(lián)鎖、協(xié)同、傳感等數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)性梳理，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化功能設(shè)計與在操作系統(tǒng)的實時展示與同步記錄，并實現(xiàn)同類設(shè)備間集中調(diào)用共享以優(yōu)化生產(chǎn)過程?？v向根據(jù)重型裝備在工廠體系中的位置與重要性，對重型裝備需要處理的任務(wù)、調(diào)度、工藝、運(yùn)維、生產(chǎn)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分時分步收集與立體化、權(quán)限化展示，同時把相關(guān)數(shù)據(jù)傳入工廠管理系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)在設(shè)備不同層面的人員的共享，讓專業(yè)的人員通過自己的權(quán)限掌握和收集應(yīng)用自身相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)，達(dá)到根據(jù)自身專業(yè)方向優(yōu)化重型裝備功能和性能的目的。

8）智能運(yùn)維功能。將重型裝備需要運(yùn)維的部位進(jìn)行分類篩選，將運(yùn)維點(diǎn)劃分為必須人工、攝像頭智能輔助、智能自動巡檢三部分。對于必須人工巡檢的，建立分周期定時彈窗和語音提醒機(jī)制，并為其建立帶運(yùn)維點(diǎn)、運(yùn)維周期、運(yùn)維時間、是否彈窗、完成確認(rèn)的運(yùn)維表格，完成閉環(huán)的人工運(yùn)維和運(yùn)維記錄；對于需要攝像頭智能輔助的，通過周期性調(diào)度攝像頭實現(xiàn)高清與圖像識別，進(jìn)行溫度、電機(jī)、主管道、控制器等核心位置進(jìn)行監(jiān)測與比對，及時發(fā)現(xiàn)重型裝備核心位置出現(xiàn)的問題并以彈窗和語音模式通知設(shè)備相關(guān)人員進(jìn)行維護(hù)，同時生成帶問題攝像監(jiān)測點(diǎn)、運(yùn)維時間、是否彈窗、處理確認(rèn)的核心位置監(jiān)測比照結(jié)果表；對智能自動巡檢的設(shè)備核心信息，建立帶核心數(shù)據(jù)點(diǎn)、運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)范圍、運(yùn)維時間、是否彈窗、完成確認(rèn)的核心運(yùn)維數(shù)據(jù)表格，按固定周期按表格內(nèi)排序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)范圍進(jìn)行比對，對于沒有超出范圍的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并自動確認(rèn)正常，對于異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行彈窗和語音提醒，并由處理人員進(jìn)行完成確認(rèn)。上述三類表格自動在操作系統(tǒng)中生成實時記錄，為設(shè)備的精準(zhǔn)高效運(yùn)維服務(wù)，進(jìn)一步達(dá)到提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率的效果。

9）多媒體的集成與應(yīng)用。一個智能的操作系統(tǒng)必須是一個有感官的操作系統(tǒng)，而操作系統(tǒng)的感官，直接體現(xiàn)在對音視頻等多媒體介質(zhì)的集成與應(yīng)用，除了將視頻用于智能運(yùn)維的部分功能外，同樣可以在操作系統(tǒng)中將攝像頭用于人臉識別、安全區(qū)域防護(hù)、異常監(jiān)測、歷史影像記錄、定點(diǎn)查看等，將上述功能集成在操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)可以具備人員跟蹤、區(qū)域安全保護(hù)、設(shè)備異常處理、歷史追溯、設(shè)備跟蹤等多種可以有效提升設(shè)備運(yùn)行安全與穩(wěn)定性的能力,讓重型裝備具備“視覺”；同時將音頻集成應(yīng)用于重型裝備智能操作系統(tǒng)，進(jìn)行設(shè)備各類信息的語音實時播報、電機(jī)異常音頻監(jiān)測、運(yùn)維提醒、安全提示等，讓重型裝備具備“語言能力”。

10）工藝編制與優(yōu)化。工藝是重型裝備生產(chǎn)過程中至關(guān)重要的因素，為改善傳統(tǒng)的工藝流程紙片化、易丟失的現(xiàn)狀，可在智能操作系統(tǒng)中設(shè)計和開發(fā)工藝編制與優(yōu)化功能進(jìn)行工藝的數(shù)字化和長期積累。針對各類重型裝備特點(diǎn)對工藝流程的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行序列化處理，用戶可調(diào)用序列進(jìn)行工序編制形成單產(chǎn)品的工藝流程；編制工序時，可對產(chǎn)品的編號、材質(zhì)、溫度、成型時間、形狀、受力、成分等各類要素進(jìn)行編輯并形成對應(yīng)單工序的工藝表和工藝圖，多個工藝表和工藝圖按工序排列并結(jié)合熱處理等中間環(huán)節(jié)形成最終工藝流程，同時對實際成品的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行回收比對，形成對照表，相關(guān)表格以產(chǎn)品編號為依托進(jìn)行存儲以積累重型裝備工藝數(shù)據(jù)。后續(xù)可引入工藝相關(guān)的算法和自學(xué)習(xí)算法進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)分析和工藝流程的優(yōu)化。

11）安全操作與安全保障。安全是任何重型裝備不可逾越的底線，隨著重型裝備數(shù)字化、智能化程度的提高，其面臨的安全威脅也越來越多。除了需要構(gòu)建安全防火墻、安全網(wǎng)絡(luò)、急停系統(tǒng)等傳統(tǒng)設(shè)備安全保護(hù)機(jī)制外，我們還應(yīng)從人員安全、操作安全等角度去全面考慮，讓設(shè)備不僅具備智能屬性，更有安全保障。涉及到人員安全的可采用電子圍欄、UWB技術(shù)、人臉識別、視頻監(jiān)測等方式搭建安全網(wǎng)絡(luò)，并在操作系統(tǒng)上進(jìn)行跟蹤與展示；對于操作安全，我們不僅要從控制系統(tǒng)層完善報警體系并將相關(guān)信息傳入操作系統(tǒng)進(jìn)行語音和文本方式的安全提醒，并在操作系統(tǒng)中建立危險操作預(yù)警與干預(yù)體系以保障操作安全，同時對操作過程進(jìn)行先入先出存儲機(jī)制的全流程跟蹤記錄并觸發(fā)式轉(zhuǎn)存安全事件前后10min的操作數(shù)據(jù)和信息，以方便在智能操作系統(tǒng)中對操作進(jìn)行全面的操作安全分析。重型裝備智能操作系統(tǒng)，如圖1 所示。

圖1 重型裝備智能操作系統(tǒng)

（5）重型裝備操作生態(tài)系統(tǒng)的建立

操作系統(tǒng)生態(tài)建立主要依賴于商業(yè)應(yīng)用場景，自上而下由業(yè)務(wù)驅(qū)動生態(tài)，生態(tài)應(yīng)建立在業(yè)務(wù)的每個實現(xiàn)環(huán)節(jié)上。從頂層視角看，重型裝備智能操作系統(tǒng)主要對操作系統(tǒng)層面接入各類工業(yè)硬件、根據(jù)業(yè)務(wù)場景對各類工業(yè)硬件進(jìn)行組織而建立功能模塊、通過各類功能模塊提供對具體工業(yè)場景進(jìn)行集成與應(yīng)用。因此，我們應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)方向和應(yīng)用特點(diǎn)，從軟件、硬件兩方面進(jìn)行智能操作系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)的建立。

硬件方面，各廠商通過對各自硬件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化改造，提供對行業(yè)基礎(chǔ)能力的支持，并根據(jù)日漸增多的智能化和數(shù)字化業(yè)務(wù)需求進(jìn)行功能迭代，提升和完善硬件功能和性能，使同一類物理硬件盡可能的適用于各種不同的應(yīng)用場景。

軟件層面，各廠商基于統(tǒng)一硬件接口，對業(yè)務(wù)場景進(jìn)行深度研究，形成與業(yè)務(wù)深度綁定的工業(yè)軟件，通過對特重型裝備數(shù)據(jù)、流程的長期積累、分析，形成專業(yè)的重型裝備算法、模型等，進(jìn)一步形成軟件生態(tài)群和多種多樣的重型裝備智能化解決方案，服務(wù)各類裝備用戶?；诓僮飨到y(tǒng)建立重機(jī)裝備智能化應(yīng)用生態(tài)，更能吸引上下游企業(yè)在操作系統(tǒng)上研發(fā)各類智能應(yīng)用。

結(jié)束語

本文分析了重型裝備數(shù)字化轉(zhuǎn)型中智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建方法，針對傳統(tǒng)重型裝備存在的不足，研究和探索智能操作系統(tǒng)的構(gòu)建方法與思路，為重型裝備的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展提供一條切實可行的技術(shù)路線。