飞腾、长城与天衡智造数字车间联合解决方案

智能制造技术背景与行业升级需求

自 2015 年智能制造被确立为国家战略以来，制造业数字化转型已进入深水区。《智能制造能力成熟度模型》（GBT/ 39116-2020）明确要求企业数字化车间需达到三级能力标准，其中数据采集、设备互联和边缘计算能力是核心考核指标。当前，我国制造业企业虽已完成 ERP、MES 等信息化系统建设，但在生产现场设备数据贯通、边缘智能分析等方面仍存在技术瓶颈，尤其是对国产化硬件平台的需求日益迫切。

1.1 现有技术架构的痛点

传统数字车间方案在硬件层面痛点：

• 兼容性不足：异构设备协议转换效率低，难以支持 Modbus、OPC UA 等多协议并发处理
• 算力瓶颈：边缘侧算力不足，无法满足实时数据采集（如振动、声纹等高频数据）与 AI 分析需求

 国产化联合解决方案架构

2.1 方案整体框架

本方案由飞腾、天衡智造、长城科技联合推出，基于 "国产硬件平台 + 智能软件工具" 的融合架构，构建全栈国产化数字车间解决方案：

• 硬件层：采用长城 GPC-FD243 4U 工控机作为核心边缘设备，搭载飞腾腾锐 D2000/8 八核处理器
• 软件层：部署天衡智造 IIOS 数字车间构建底座平台，包含数据采集、设备控制、AI 分析等模块
• 应用层：面向设备管理、工艺优化、数字孪生等场景提供一体化解决方案

2.2 国产化硬件平台：长城 GPC-FD243 工控机

2.2.1 基于飞腾处理器工控机技术规格

2.2.2 飞腾平台在方案中的核心作用

1. 算力支撑：8 核处理器提供强劲边缘算力，可同时处理 200 + 设备的实时数据采集（如 PLC、传感器、摄像头），相比传统 ARM 平台算力提升 300%
2. 协议兼容性：通过板载多网口和串口，原生支持 Modbus RTU/TCP、OPC UA、S7 协议等上百种工业协议，实现异构设备无缝接入
3. 自主安全：100% 国产化硬件架构（飞腾处理器 + X100 套件），搭配国产麒麟系统，从底层保障数据安全与合规性
4. 扩展能力：3 个 PCIe 插槽可灵活扩展 AI 加速卡、视频采集卡等，支持 PHM（设备健康管理）等高级应用

2.3 软件工具化封装：IIOS 数字车间底座平台

2.3.1 数据采集与边缘计算

基于飞腾平台的算力优势：

• 多协议并发采集：利用飞腾处理器的多核心特性，同时接入 200 + 台设备（如 PLC、传感器），支持 Modbus、EtherCAT 等协议并行处理
• 边缘智能处理：在 GPC-FD243 工控机上运行实时算法，实现设备异常告警（如振动超标）、能耗实时统计等边缘计算功能，减少云端数据压力

2.3.2 AI 分析与数字孪生

IIOS-CoCo 与 IIOS-Insight 模块深度集成飞腾平台能力：

• AI 模型快速部署：通过飞腾处理器的 NEON 指令集加速机器学习算法，实现工艺参数优化（如稀土冶炼温度预测）、质量缺陷检测等 AI 应用，模型推理速度提升 40%
• 三维数字孪生构建：利用飞腾平台的图形处理能力，支持基于 GIS 引擎的车间三维建模，实时映射设备状态（如电机转速、阀门开度）

软件方案及国产平台技术融合细节

IIOS-AIoT：可实现工业现场多种协议、多种类型、多种品牌的控制器、传感器、仪表、摄像头、工控机等设备联网和数据采集，解决生产现场基础数据建设的问题。

1 设备连接和数据采集工具

IIOS-Flock：这是一个设备间协同控制工具平台，借助该工具平台，可快速开发设备间的协同控制程序，实现设备间的自适应协同控制。

2 设备系统控制开发工具

IIOS-CoCo：这是一个集成了众多数据分析算法的开发工具，通过拖拽、连线即可定义数据挖掘过程，构建智能化分析应用，解决诸如PHM、质量控制、工艺优化等问题。

3 AI应用构建工具

IIOS-Insight：这是一个所见即所得的数字化车间可视化构建工具，支持使用看板模式构建车间数字化应用，更支持基于GIS引擎的三维数字孪生体构建，无需代码，所见即所得的画布开发方式。

4数字化车间构建工具

3.1 硬件与软件的协同优化

1. 算力资源调度：IIOS 平台针对飞腾 D2000/8 处理器的 8 核架构进行优化，采用任务分组调度策略：

   • 1-4 核负责实时数据采集（周期≤10ms）
   • 5-6 核运行 AI 推理模型（如 K-means 聚类分析）
   • 7-8 核处理人机交互与网络通信

2. 存储与数据处理：

   • 利用飞腾平台的 PCIe 3.0 接口实现高速数据读写，满足振动数据（采样率 10kHz）的实时存储需求
   • 通过麒麟系统的文件系统优化，实现工业数据的秒级检索（如历史故障数据查询）

 典型应用场景适配

1. 稀土金属制造数字车间：

   • 飞腾平台接入加料机、电解炉等设备，实时采集电流、温度等数据（采样频率 100Hz）
   • 利用 IIOS-CoCo 的 AI 算法分析电解槽电压波动，优化电解工艺参数，能耗降低 15%
   • 通过 GPC-FD243 的双 DP 接口驱动三维数字孪生系统，实时显示车间设备运行状态

2. 高端装备 PHM（预测性维护）：

   • 飞腾处理器处理振动传感器（采样率 10kHz）、声纹传感器等高频数据
   • IIOS 平台基于历史数据训练异常检测模型，提前 72 小时预测轴承磨损故障
   • 利用 GPC-FD243 的 4 个网口实现多设备状态数据的并发上传与分析

稀土金属制造数字化车间

实现车间内加料机、冷却池、动力设备、环保设备、安全设备等相关设备设施的数据采集。基于获得的数据，构建车间实景数字孪生，构建设备管理、能耗管理、工艺参数优化等应用。

数字孪生体

工艺参数监控和优化

某大型实验装备PHM

实现了该实验装备运行时各个环节的状态监控设备数据实时采集，包括震动、声纹、声发射、视频流等。

采用机器学习，对历史数据训练，得出设备工作状态异常判决模型，自动依据实时采集数据推理，预测设备异常工作状态。

设备PHM状态界面

PHM预测模型训练和参数调优开发

天衡智造： IIOS平台（含：IIOS-AIOT、IIOS-Flock、IIOS-Insight、IIOS-CoCo）

长城科技：GPC-FD243