操作系統與工業軟件

操作系統與工業軟件是制造業數字化網絡化智能化的基石，是新一輪工業革命的核心要素。發展實時工業操作系統及高端制造業嵌入式系統、以工業大數據平臺與制造業核心軟件為代表的基礎工業軟件、面向先進軌道交通裝備、電力裝備、農業裝備、高檔數控機床與機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備與高技術船舶等重點領域的工業應用軟件，對我國工業領域安全可靠，具有重要意義。

需求

新一代科技革命與產業變革是以數字化網絡化智能化為特征，其核心是將以云計算、物聯網、大數據、人工智能為代表的新一代信息技術與現代制造業深度融合，以推動產業轉型升級。為提高我國操作系統和工業軟件核心技術水平，提升國際工業軟件生態話語權，依托我國作為“制造大國”的戰略必爭和優勢產業，利用中國互聯網生態與應用的全球領先者地位，緊緊抓住新科技革命與產業變革提供的歷史機遇，實現操作系統安全可靠，結合新一代信息技術推動工業軟件的重構與跨越發展。

目標

到2020年，突破部分關鍵核心技術，基本形成中國工業軟件技術標準與生態體系，中低端市場占有率超過30%。聚焦生產效率提升與服務型制造，自主“云端”+“終端”工業大數據系統在重點行業的應用普及率超過40%。

到2025年，絕大部分核心技術取得突破，形成安全可靠的操作系統與工業軟件及其標準體系，自主工業軟件市場占有率超過50%。形成3-5個達到國際水準的工業互聯網平臺。形成基于智能化互聯產品和自主工業軟件的工業互聯網。

■■ 發展重點

1．重點產品

? 工業操作系統及其應用軟件

銜接“核高基”等重大專項形成的成果，構建可裁剪的工業基礎軟件平臺。面向數字化產品與智能成套裝備需求，多種架構的底層芯片技術，重點研制高安全、高可信的實時工業操作系統，實現與主流控制設備、CPU與總線協議的適配，并在此基礎上研發出一套嵌入式軟件接口、組態語言與集成開發環境，形成嵌入式操作系統的安全性、可信性以及性能的測評標準和規范。研制高端制造業嵌入式系統以及智能化邊緣計算系統與應用，工業以太網等網絡連接層軟件，并在先進軌道交通裝備、電力裝備、農業裝備等重要關鍵領域推廣應用。

? “云端”+“終端”工業大數據系統

面向終端與云端數據的交換融合與智能協同，重點突破多源設備、異構系統、運營環境等海量工業數據的泛在采集、協議轉換、存儲轉發與邊緣計算技術，研制設備端的嵌入式數據管理平臺與實時數據智能處理系統，實現邊緣與云端的數據協同。開發云端具有海量處理能力的工業數據采集、存儲、查詢、分析、挖掘與應用的工業數據處理軟件棧，以及完整的工業數據安全管控體系。構建覆蓋產品全生命周期和制造全業務活動的工業大數據系統與應用，支持企業多源異構數據的整合集成與統一訪問，推進人工智能技術落地，實現“數據驅動”的智能化應用。

? 工業互聯網平臺

研發工業以太網等網絡連接層軟件，構建工業互聯網平臺體系架構與標準體系，搭建工業互聯網管理服務平臺（工業PaaS），開發一批多語言開發工具、工業機理模型、微服務功能組件及工業資源庫（包括知識庫、零件庫、工藝庫、標準庫等）。推動開發者圍繞特定行業、特定場景的云應用需求，面向工業設計、分析、仿真、測試、生產、服務、再制造等環節，開發工業APP，形成行業專用APP構件庫；面向“互聯網+”制造生態，推進產品生命周期管理（CAD/CAE/CAPP/CAM/PLM）、企業資源規劃（ERP）、制造執行系統（MES）、供應鏈管理（SCM）和客戶關系管理（CRM）等工業應用軟件的云化，形成新型云化工業軟件構件庫。打造平臺功能豐富與海量用戶使用的雙向迭代、互促共進的工業互聯網平臺生態體系。

2．關鍵技術

? “端到端”的工業軟件安全技術

研究從設備端到云端的控制系統安全、硬件安全、網絡通信安全、系統安全、數據安全、信息與系統安全本質安全等技術。研究開發安全、高可信工業軟件系統的安全標準、驗證技術與認證體系。

? 工業基礎資源庫與標準化技術

重點構建與自主工業軟件相配套的工業基礎資源庫接口標準化體系。研究工業基礎資源庫的分類標準，布局適應中國制造環境特點的工業基礎資源庫架構與生態體系。研究工業基礎資源庫的標準化評估與認證體系。

? 工業操作系統技術

面向不同的底層硬件和上層應用，研究可實現統一軟件包格式、硬件設備免驅動應用、可信計算應用、高可用集群應用、抽象內核驅動框架。研究硬件驅動的智能安裝維護、操作系統的模塊化、大規模安全可靠終端智能化管控、安全可靠終端的信息收集技術。研究操作系統對底層異構、復雜裝備及其現場總線協議的適配技術。研究模型驅動的控制程序統一設計、開發、測試與發布技術。

? 設備端智能化技術

研究小容量的嵌入式數據庫系統，以及數據緩存與數據同步、交換技術。加快研究終端的環境語義建模技術，以及實時數據動態采集、變頻傳輸、視覺理解、單機智能分析與控制、區域協同等終端智能化新技術。

? 工業大數據管理與分析技術

研發工業數據的實時采集、高吞吐量存儲、數據壓縮、數據索引、查詢優化、數據緩存等關鍵技術。研究時空關聯與機理模型下的數據質量檢查與修復關鍵技術。研究前端裝備實時數據與后臺信息系統關系型數據的集成技術。突破工業大數據并行分析處理技術、機理模型建模技術、知識推理技術與仿真模型。

? 數據驅動的構件組合技術

研究行業垂直應用軟件構件集開發和構件信息整合平臺關鍵技術。研究通過制造資源數據、企業數據、行業數據和互聯網數據等信息要素分析驅動的行業內、企業間快速反應，動態融合、優化資源利用效率。

? 工業互聯網平臺關鍵技術

研究工業互聯網平臺資源調度、多租戶管理、工業大數據處理、圖形化編程、工業微服務架構、API接口、平臺安全等技術，實現數據集成、分析與應用開發支撐。圍繞平臺功能、兼容性、可靠性、安全性、負載壓力等方面開展測試驗證關鍵技術研究，構建一批測試驗證工具，建立工業互聯網平臺測試驗證環境。

3．操作系統與工業軟件創新示范工程

? 面向智能制造新模式智能化工業軟件應用示范

對接“中國制造2025”部署的戰略必爭和優勢產業，研制面向智能制造新模式的智能化行業應用軟件，開展多層次全行業、跨行業應用示范。

? 面向重點領域的工業互聯網平臺應用示范

面向航天、船舶、裝備等重點行業，圍繞工業大數據、人工智能、CPS（信息物理系統）、開發者社區、邊緣計算等重點領域，組織開展工業互聯網平臺應用示范。

■■ 戰略支撐與保障

1．支持跨界產業聯盟

以制造業企業為主體，鼓勵相關企業等加入工業應用云平臺生態系統，開展跨領域資源和價值鏈整合，構建具有全球競爭力的工業生態系統。

2．構建標準體系

建立重點領域工業軟件體系與標準，加強操作系統與工業軟件標準的制修訂工作，鼓勵有實力的單位牽頭制定國際標準。鼓勵中國企業參與到國際主流開源社區，成為具有投票權的理事單位。建立操作系統與工業軟件的國家評測與認證標準體系。

■■ 操作系統與工業軟件發展技術路線圖

操作系統與工業軟件發展技術路線圖如圖1-3所示。