在工業(yè) 4.0 與智能制造蓬勃發(fā)展的浪潮下，國(guó)內(nèi)工控平板作為工業(yè)自動(dòng)化與智能化的關(guān)鍵設(shè)備，其技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)正經(jīng)歷著從嵌入式到模塊化的深刻變革。這一轉(zhuǎn)變旨在賦予工控平板更強(qiáng)的柔性，使其能夠更高效、靈活地應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景需求。

一、嵌入式技術(shù)架構(gòu)在工控平板中的應(yīng)用與局限

（一）嵌入式技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

嵌入式技術(shù)在工控平板發(fā)展初期占據(jù)重要地位。其高度集成的特性，將處理器、內(nèi)存、存儲(chǔ)及各類功能模塊緊密整合在一個(gè)緊湊的系統(tǒng)中。例如，華北工控早期的部分嵌入式工控平板產(chǎn)品，通過(guò)優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，將核心組件集成在一塊小型主板上，使得設(shè)備體積小巧，便于安裝在空間有限的工業(yè)設(shè)備內(nèi)部。這種集成化設(shè)計(jì)有效降低了功耗，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在一些對(duì)空間和功耗要求苛刻的工業(yè)場(chǎng)景，如小型自動(dòng)化生產(chǎn)線、智能儀表控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

嵌入式工控平板還具備出色的實(shí)時(shí)性。通過(guò)定制化的嵌入式操作系統(tǒng)，如 Linux 的工業(yè)定制版本，能夠精確響應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類信號(hào)。在工業(yè)自動(dòng)化流水線中，嵌入式工控平板可實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品尺寸檢測(cè)傳感器、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)傳感器等信息，并在極短時(shí)間內(nèi)做出分析和控制決策，確保生產(chǎn)流程的高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）嵌入式技術(shù)的局限

隨著工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景日益復(fù)雜多樣，嵌入式技術(shù)架構(gòu)的局限性逐漸顯現(xiàn)。其封閉性是一大突出問(wèn)題，嵌入式系統(tǒng)一旦設(shè)計(jì)完成，后期進(jìn)行硬件升級(jí)或功能擴(kuò)展極為困難。當(dāng)工業(yè)企業(yè)需要增加新的功能模塊，如在原有工控平板基礎(chǔ)上添加 5G 通信模塊以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)控時(shí)，由于嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，硬件接口和軟件驅(qū)動(dòng)缺乏靈活性，往往難以實(shí)現(xiàn)，企業(yè)可能不得不更換整臺(tái)設(shè)備，造成高昂的成本浪費(fèi)。

嵌入式工控平板在應(yīng)對(duì)不同工業(yè)場(chǎng)景的差異化需求時(shí)靈活性不足。不同行業(yè)，如化工、汽車制造、物流倉(cāng)儲(chǔ)等，對(duì)工控平板的功能需求差異巨大?；ば袠I(yè)需要工控平板具備更高的防爆、耐腐蝕性能；汽車制造行業(yè)則對(duì)設(shè)備的高精度數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制能力要求嚴(yán)苛；物流倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)更注重設(shè)備的移動(dòng)性和與各類物流設(shè)備的兼容性。而傳統(tǒng)嵌入式工控平板難以快速、低成本地進(jìn)行針對(duì)性定制，限制了其在更廣泛工業(yè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用。

二、模塊化技術(shù)架構(gòu)的興起與特點(diǎn)

（一）模塊化技術(shù)架構(gòu)的發(fā)展背景

為突破嵌入式技術(shù)的局限，模塊化技術(shù)架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的快速發(fā)展，使得工業(yè)設(shè)備之間的互聯(lián)互通需求呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。企業(yè)需要工控平板能夠便捷地接入各種網(wǎng)絡(luò)，支持多種通信協(xié)議，與不同品牌、不同類型的工業(yè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。同時(shí)，人工智能、大數(shù)據(jù)分析等新興技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深入，要求工控平板具備更強(qiáng)的計(jì)算能力和可擴(kuò)展性，以處理海量數(shù)據(jù)和運(yùn)行復(fù)雜算法。模塊化技術(shù)架構(gòu)正是順應(yīng)這些趨勢(shì)，為國(guó)內(nèi)工控平板的發(fā)展開(kāi)辟了新路徑。

（二）模塊化技術(shù)架構(gòu)的核心特點(diǎn)

硬件模塊化設(shè)計(jì)：國(guó)內(nèi)眾多工控平板廠商，如聚徽，采用了 “樂(lè)高式” 的硬件模塊化設(shè)計(jì)理念。將工控平板的硬件系統(tǒng)拆分為多個(gè)獨(dú)立的功能模塊，包括處理器模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊等。以處理器模塊為例，廠商提供多種不同性能級(jí)別的選擇，從低功耗的 ARM 架構(gòu)處理器模塊適用于對(duì)能耗敏感的移動(dòng)工業(yè)場(chǎng)景，到高性能的 Intel 酷睿處理器模塊滿足對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)處理需求較高的工業(yè)應(yīng)用，如工業(yè)圖像識(shí)別、智能倉(cāng)儲(chǔ)物流調(diào)度等。用戶可根據(jù)實(shí)際需求自由組合這些模塊，構(gòu)建最適合自身業(yè)務(wù)的工控平板系統(tǒng)。

在通信模塊方面，提供了豐富的接口選項(xiàng)，包括 RS232/485 串口模塊用于連接傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備，以太網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通信，以及支持 5G、Wi-Fi 6 等無(wú)線通信技術(shù)的模塊，滿足工業(yè)設(shè)備在不同環(huán)境下的聯(lián)網(wǎng)需求。這種硬件模塊化設(shè)計(jì)極大地提高了工控平板的可定制性和靈活性，企業(yè)可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展和技術(shù)升級(jí)隨時(shí)更換或添加模塊，降低了設(shè)備更新?lián)Q代的成本。

軟件模塊化與兼容性：模塊化技術(shù)架構(gòu)不僅體現(xiàn)在硬件層面，軟件方面同樣實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)。工控平板的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被拆分為多個(gè)功能模塊，各模塊之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口進(jìn)行通信。例如，在工業(yè)自動(dòng)化控制軟件中，數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、設(shè)備控制模塊等相互獨(dú)立又協(xié)同工作。當(dāng)企業(yè)需要升級(jí)數(shù)據(jù)分析功能時(shí)，只需更換對(duì)應(yīng)的軟件模塊，而無(wú)需對(duì)整個(gè)軟件系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模修改，大大提高了軟件的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

同時(shí)，模塊化軟件設(shè)計(jì)增強(qiáng)了系統(tǒng)的兼容性。不同廠商開(kāi)發(fā)的軟件模塊，只要遵循統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，就可以在同一臺(tái)工控平板上協(xié)同運(yùn)行。這使得工業(yè)企業(yè)能夠整合來(lái)自不同供應(yīng)商的優(yōu)質(zhì)軟件資源，打造個(gè)性化的工業(yè)應(yīng)用解決方案。例如，在一個(gè)智能工廠項(xiàng)目中，企業(yè)可以選用 A 廠商的設(shè)備監(jiān)控軟件模塊、B 廠商的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析軟件模塊，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化接口集成在同一臺(tái)模塊化工控平板上，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的全方位智能化管理。

三、模塊化技術(shù)架構(gòu)在不同工業(yè)場(chǎng)景中的應(yīng)用實(shí)例

（一）智能工廠中的應(yīng)用

在智能工廠環(huán)境下，模塊化工控平板發(fā)揮了重要作用。以汽車制造智能工廠為例，生產(chǎn)線上需要工控平板實(shí)現(xiàn)對(duì)各種自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與精準(zhǔn)控制，同時(shí)還要處理大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如車輛零部件的裝配數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等，并將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至工廠管理系統(tǒng)。模塊化工控平板通過(guò)搭載高性能的處理器模塊和大容量存儲(chǔ)模塊，能夠快速處理復(fù)雜的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，確保設(shè)備控制的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。其豐富的通信模塊，如千兆以太網(wǎng)模塊和 5G 模塊，實(shí)現(xiàn)了與工廠內(nèi)部局域網(wǎng)以及外部云平臺(tái)的高速穩(wěn)定連接，保障了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳與下載，為工廠的智能化管理提供了有力支持。

（二）工業(yè)物流中的應(yīng)用

在工業(yè)物流領(lǐng)域，尤其是自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)和智能分揀系統(tǒng)中，模塊化工控平板展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中，工控平板作為設(shè)備控制終端，需要具備良好的移動(dòng)性和與各類物流設(shè)備的兼容性。模塊化設(shè)計(jì)使得平板可以選擇輕便的手持式外殼模塊，方便操作人員攜帶。同時(shí)，通過(guò)搭配 RFID 讀卡器模塊和高精度定位模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)貨物的快速識(shí)別和精準(zhǔn)定位，提高倉(cāng)儲(chǔ)管理效率。在智能分揀系統(tǒng)中，工控平板利用其強(qiáng)大的圖像處理模塊和 AI 計(jì)算模塊，對(duì)傳送帶上的貨物進(jìn)行圖像識(shí)別和分類，配合高速通信模塊將分揀指令快速傳輸至分揀設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的貨物分揀，大大提升了物流作業(yè)的自動(dòng)化水平。

四、國(guó)內(nèi)工控平板模塊化技術(shù)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)與展望

（一）技術(shù)融合與創(chuàng)新

未來(lái)，國(guó)內(nèi)工控平板的模塊化技術(shù)架構(gòu)將不斷融合新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。隨著人工智能技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，模塊化工控平板將集成更強(qiáng)大的 AI 計(jì)算模塊，如具有更高算力的 NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元）模塊，以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的工業(yè)場(chǎng)景智能分析，如設(shè)備故障預(yù)測(cè)、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等。同時(shí)，量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展也可能為工控平板帶來(lái)新的機(jī)遇，未來(lái)有望出現(xiàn)集成量子計(jì)算加速模塊的工控平板，大幅提升數(shù)據(jù)處理速度和復(fù)雜算法的運(yùn)算能力。

（二）生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)

為推動(dòng)模塊化技術(shù)架構(gòu)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)工控平板廠商將加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)。一方面，與上下游企業(yè)建立更緊密的合作關(guān)系，共同制定模塊化硬件和軟件的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高不同廠商模塊之間的兼容性和互操作性。另一方面，通過(guò)搭建開(kāi)發(fā)者社區(qū)、提供豐富的開(kāi)發(fā)工具和資源，吸引更多的軟件開(kāi)發(fā)者基于模塊化工控平板開(kāi)發(fā)各類工業(yè)應(yīng)用，豐富工業(yè)應(yīng)用生態(tài)，為工業(yè)企業(yè)提供更多創(chuàng)新的解決方案，進(jìn)一步推動(dòng)工業(yè)智能化的發(fā)展進(jìn)程。

從嵌入式到模塊化的技術(shù)架構(gòu)轉(zhuǎn)變，為國(guó)內(nèi)工控平板帶來(lái)了前所未有的柔性和適應(yīng)性，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和生態(tài)系統(tǒng)的逐步完善，模塊化技術(shù)架構(gòu)將助力國(guó)內(nèi)工控平板在工業(yè) 4.0 的征程中發(fā)揮更為關(guān)鍵的作用，推動(dòng)工業(yè)智能化邁向新的高度。

審核編輯 黃宇