操作系统与工业软件

操作系统与工业软件是制造业数字化网络化智能化的基石，是新一轮工业革命的核心要素。发展实时工业操作系统及高端制造业嵌入式系统、以工业大数据平台与制造业核心软件为代表的基础工业软件、面向先进轨道交通装备、电力装备、农业装备、高档数控机床与机器人、航空航天装备、海洋工程装备与高技术船舶等重点领域的工业应用软件，对我国工业领域安全可靠，具有重要意义。

需求

新一代科技革命与产业变革是以数字化网络化智能化为特征，其核心是将以云计算、物联网、大数据、人工智能为代表的新一代信息技术与现代制造业深度融合，以推动产业转型升级。为提高我国操作系统和工业软件核心技术水平，提升国际工业软件生态话语权，依托我国作为“制造大国”的战略必争和优势产业，利用中国互联网生态与应用的全球领先者地位，紧紧抓住新科技革命与产业变革提供的历史机遇，实现操作系统安全可靠，结合新一代信息技术推动工业软件的重构与跨越发展。

目标

到2020年，突破部分关键核心技术，基本形成中国工业软件技术标准与生态体系，中低端市场占有率超过30%。聚焦生产效率提升与服务型制造，自主“云端”+“终端”工业大数据系统在重点行业的应用普及率超过40%。

到2025年，绝大部分核心技术取得突破，形成安全可靠的操作系统与工业软件及其标准体系，自主工业软件市场占有率超过50%。形成3-5个达到国际水准的工业互联网平台。形成基于智能化互联产品和自主工业软件的工业互联网。

■■ 发展重点

1．重点产品

▶ 工业操作系统及其应用软件

衔接“核高基”等重大专项形成的成果，构建可裁剪的工业基础软件平台。面向数字化产品与智能成套装备需求，多种架构的底层芯片技术，重点研制高安全、高可信的实时工业操作系统，实现与主流控制设备、CPU与总线协议的适配，并在此基础上研发出一套嵌入式软件接口、组态语言与集成开发环境，形成嵌入式操作系统的安全性、可信性以及性能的测评标准和规范。研制高端制造业嵌入式系统以及智能化边缘计算系统与应用，工业以太网等网络连接层软件，并在先进轨道交通装备、电力装备、农业装备等重要关键领域推广应用。

▶ “云端”+“终端”工业大数据系统

面向终端与云端数据的交换融合与智能协同，重点突破多源设备、异构系统、运营环境等海量工业数据的泛在采集、协议转换、存储转发与边缘计算技术，研制设备端的嵌入式数据管理平台与实时数据智能处理系统，实现边缘与云端的数据协同。开发云端具有海量处理能力的工业数据采集、存储、查询、分析、挖掘与应用的工业数据处理软件栈，以及完整的工业数据安全管控体系。构建覆盖产品全生命周期和制造全业务活动的工业大数据系统与应用，支持企业多源异构数据的整合集成与统一访问，推进人工智能技术落地，实现“数据驱动”的智能化应用。

▶ 工业互联网平台

研发工业以太网等网络连接层软件，构建工业互联网平台体系架构与标准体系，搭建工业互联网管理服务平台（工业PaaS），开发一批多语言开发工具、工业机理模型、微服务功能组件及工业资源库（包括知识库、零件库、工艺库、标准库等）。推动开发者围绕特定行业、特定场景的云应用需求，面向工业设计、分析、仿真、测试、生产、服务、再制造等环节，开发工业APP，形成行业专用APP构件库；面向“互联网+”制造生态，推进产品生命周期管理（CAD/CAE/CAPP/CAM/PLM）、企业资源规划（ERP）、制造执行系统（MES）、供应链管理（SCM）和客户关系管理（CRM）等工业应用软件的云化，形成新型云化工业软件构件库。打造平台功能丰富与海量用户使用的双向迭代、互促共进的工业互联网平台生态体系。

2．关键技术

▶ “端到端”的工业软件安全技术

研究从设备端到云端的控制系统安全、硬件安全、网络通信安全、系统安全、数据安全、信息与系统安全本质安全等技术。研究开发安全、高可信工业软件系统的安全标准、验证技术与认证体系。

▶ 工业基础资源库与标准化技术

重点构建与自主工业软件相配套的工业基础资源库接口标准化体系。研究工业基础资源库的分类标准，布局适应中国制造环境特点的工业基础资源库架构与生态体系。研究工业基础资源库的标准化评估与认证体系。

▶ 工业操作系统技术

面向不同的底层硬件和上层应用，研究可实现统一软件包格式、硬件设备免驱动应用、可信计算应用、高可用集群应用、抽象内核驱动框架。研究硬件驱动的智能安装维护、操作系统的模块化、大规模安全可靠终端智能化管控、安全可靠终端的信息收集技术。研究操作系统对底层异构、复杂装备及其现场总线协议的适配技术。研究模型驱动的控制程序统一设计、开发、测试与发布技术。

▶ 设备端智能化技术

研究小容量的嵌入式数据库系统，以及数据缓存与数据同步、交换技术。加快研究终端的环境语义建模技术，以及实时数据动态采集、变频传输、视觉理解、单机智能分析与控制、区域协同等终端智能化新技术。

▶ 工业大数据管理与分析技术

研发工业数据的实时采集、高吞吐量存储、数据压缩、数据索引、查询优化、数据缓存等关键技术。研究时空关联与机理模型下的数据质量检查与修复关键技术。研究前端装备实时数据与后台信息系统关系型数据的集成技术。突破工业大数据并行分析处理技术、机理模型建模技术、知识推理技术与仿真模型。

▶ 数据驱动的构件组合技术

研究行业垂直应用软件构件集开发和构件信息整合平台关键技术。研究通过制造资源数据、企业数据、行业数据和互联网数据等信息要素分析驱动的行业内、企业间快速反应，动态融合、优化资源利用效率。

▶ 工业互联网平台关键技术

研究工业互联网平台资源调度、多租户管理、工业大数据处理、图形化编程、工业微服务架构、API接口、平台安全等技术，实现数据集成、分析与应用开发支撑。围绕平台功能、兼容性、可靠性、安全性、负载压力等方面开展测试验证关键技术研究，构建一批测试验证工具，建立工业互联网平台测试验证环境。

3．操作系统与工业软件创新示范工程

▶ 面向智能制造新模式智能化工业软件应用示范

对接“中国制造2025”部署的战略必争和优势产业，研制面向智能制造新模式的智能化行业应用软件，开展多层次全行业、跨行业应用示范。

▶ 面向重点领域的工业互联网平台应用示范

面向航天、船舶、装备等重点行业，围绕工业大数据、人工智能、CPS（信息物理系统）、开发者社区、边缘计算等重点领域，组织开展工业互联网平台应用示范。

■■ 战略支撑与保障

1．支持跨界产业联盟

以制造业企业为主体，鼓励相关企业等加入工业应用云平台生态系统，开展跨领域资源和价值链整合，构建具有全球竞争力的工业生态系统。

2．构建标准体系

建立重点领域工业软件体系与标准，加强操作系统与工业软件标准的制修订工作，鼓励有实力的单位牵头制定国际标准。鼓励中国企业参与到国际主流开源社区，成为具有投票权的理事单位。建立操作系统与工业软件的国家评测与认证标准体系。

■■ 操作系统与工业软件发展技术路线图

操作系统与工业软件发展技术路线图如图1-3所示。