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第490章 工業計算機

10月24日,星期一,霜降。

天高雲淡,紅星所裡的老槐樹,幾片黃葉掛在枝頭,風一吹,晃晃悠悠地飄下來。

呂辰支好車,拎著帆布包往裡走。

走廊裡,三三兩兩的人往會議室方向去,有人手裡拿著筆記本,有人夾著圖紙,腳步都不慢。

會議室裡已經坐了二十來個人。

長條桌擺成回字形,桌面上鋪著墨綠色的絨布,每個位置前放著一個搪瓷杯,杯子裡已經泡好了茶,茶葉梗浮在水面上,散發出一股茉莉花香。

劉星海坐在主位,面前攤著一個黑皮本子,本子旁邊擱著一副老花鏡。

李懷德坐在他右手邊,正跟旁邊的周主任低聲說著甚麼。

周主任今天穿了一身新軍裝,領口的風紀扣系得嚴嚴實實,肩章上的星星擦得鋥亮,面前的桌上一字排開幾個資料夾,每一個都貼著標籤,字跡工工整整。

宋顏教授靠窗坐著,手裡攥著一支鉛筆,眼睛看著窗外,不知道在想甚麼。

方教授坐在他對面,正跟湯渺教授小聲討論著甚麼,兩個腦袋湊在一起,聲音壓得很低。

趙老師坐在靠門的位置,面前攤著幾張圖紙,圖紙上用紅藍鉛筆標得密密麻麻,旁邊還放著一個搪瓷缸子,缸子裡的茶已經涼透了。

魏知遠教授坐在劉星海對面,面前放著一摞資料,最上面是一本藍色封皮的手冊,上面印著“數字孿生系統工藝引數彙編”幾個字。

謝凱坐在角落裡,手裡拿著一個筆記本,正在翻看甚麼。

吳國華坐在他旁邊,兩隻手擱在桌上,手指有一下沒一下地敲著桌面。

呂辰找了個靠邊的位置坐下,諸葛彪和錢蘭也跟了進來,三個人挨著坐成一排。

八點整,劉星海敲了敲桌子,會議室裡安靜下來。

“開會了。”他聲音不大,但很清楚,“大家把最近的工作情況過一遍,周主任先來。”

周主任站起來,把面前第一個資料夾開啟,清了清嗓子。

“我先彙報一下4+2人才培養方案的落實情況。”

他一開口,政工幹部的氣場就瀰漫開來。

“全所1580名研究員的個人技術檔案,已經全部建立完畢。檔案內容包括個人履歷、技術專長、專案經歷、論文報告、學生資訊、考核評價等六個大類、21個子項。檔案由各實驗室主任稽核,政治部備案,每半年更新一次。”

他翻開第二頁,繼續念。

“新招的300名新人,已經全部分配到導師名下。其中科班出身的110人,由高階工程師或研究員直接帶教;工人子弟一130人,由八級以上老技師帶教;軍隊轉隸的60人,由有軍工專案經驗的研究員帶教。導師帶教情況納入年度考核,帶出的學生能獨立承擔課題的,導師有額外獎勵。”

他頓了頓,翻到下一頁。

“新立項的課題中,有43個課題明確由新人牽頭承擔。”

周主任把資料夾翻到最後一頁。

“有17名去年進所的研究員,已經具備了獨立帶新人的能力。他們每人帶了一到兩名今年新進的人員,形成了初步的人才梯隊。”

他合上資料夾,看著劉星海。

“另外,理論研討工作和讀書班會議已經在全所開展,進入常態化階段。目前全所成立了11個讀書小組,每週活動一次,主要學習《實踐論》《矛盾論》以及各專業領域的基礎理論著作。政治部提供學習材料,各小組自行組織,每季度彙報一次學習成果。”

劉星海點點頭:“讀書班這個事,不要搞形式主義。讀甚麼、怎麼讀,各小組自己定。關鍵是結合工作實際,學以致用。”

周主任應了一聲,坐下。

劉星海看向其他幾個方向:“方教授,你們那邊怎麼樣?”

方教授把手裡的煙掐滅,走到發言席前:“微波探傷那邊,樣機已經完成了實驗室驗證,已經在厚板車間試用,效果不錯。”

他從桌上拿起一份報告,翻開第一頁。

“當前的試用的結果是:檢測靈敏度達到0.8毫米,誤報率3%,漏報率0.5%,達到設計要求。工人操作熟練以後,檢測一塊兩米見方的鋼板,大概需要十分鐘。以前用X光,同樣的鋼板,要搬進專門的鉛房,拍片子、洗片子、看片子,一套流程下來,至少兩個小時。”

他把報告放下,聲音提高了一些。

“關鍵是成本。一臺樣機的物料成本,420塊。如果批次生產,能降到300塊以內。X光探傷裝置,最便宜的也要上萬塊,還得配專門的鉛房和防護裝置。微波探傷不用,一個人拎著走就行。”

臺下有人小聲議論起來。

方教授繼續說:“所以,經過工業監測中心集中研討,提出一個建議。”

他看著李懷德和劉星海,停頓了一下。

“建立在紅星軋鋼廠旗下,成立一個專門的儀器分廠?主力生產三種裝置:電子耳朵、紅外測溫槍、微波探傷儀。這三種裝置,技術上有共通性,應用場景也大致相同,都是工業探測,都是面向全國工業戰線的兄弟單位。”

李懷德坐直了身子:“方教授,您詳細說說。”

方教授掰著手指頭算。

“第一,市場夠大。全國有多少家工廠?上萬家。每一家都需要裝置監測、溫度監測、缺陷檢測。現在這些裝置,要麼進口,要麼沒有。我們做出來,就是填補空白。”

“第二,技術夠成熟。電子耳朵、紅外測溫槍已經在全國推廣多年,反饋很好。微波探傷透過了試用驗證,隨時可以投產。”

“第三,效益夠好。一臺微波探傷儀賣2000塊,成本420塊。100臺就是16萬毛利臺就是160萬。這些錢,可以反哺研究所的研發。”

他說完,看著李懷德。

李懷德沉默了幾秒,然後點點頭:“這個建議好,現在我們已經有電子耳朵和紅外測溫兩個生產車間,產量也在一直擴大,再加上這個微波探傷儀產線,共同組建紅星工業探測儀器分廠是有基礎的。我會後就立即向工業部報告,批准的概論很大。”

方教授回到座位上。

接下來,陶瓷材料研究中心、數字孿生實驗室、積體電路實驗室、機床實驗室、次生能源實驗室……

最後到了自動化控制中心。

趙老師走到發言席前,從兜裡掏出幾張圖紙,攤在桌上。

“自動化控制中心這邊,最近遇到一個大問題。”

他開門見山,聲音裡帶著疲憊。

“產線的自動化改造,已經在兄弟單位全面鋪開。現在全國有130多條產線,用上了咱們的自動化方案。反饋很好,成本低、見效快、維修方便,特別適合在老產線上推廣。”

他頓了頓,話鋒一轉。

“但問題也來了。”

他拿起桌上的一張圖紙,展開,是一張控制櫃的電路圖,密密麻麻的繼電器、電阻、電容,看得人眼花繚亂。

“每一條產線,都要定製控制櫃。軋鋼線的控制邏輯,和熱處理線不一樣;熱處理線的控制邏輯,和鍛造線又不一樣。同一條軋鋼線,普碳鋼和合金鋼的工藝引數也不一樣。每個系統都是定製的,每套控制櫃都要重新設計電路、重新畫版圖、重新流片。”

他把圖紙放下,看著劉星海。

“積體電路實驗室那邊,已經被我們折騰得夠嗆了。宋教授說,這活幹不完。”

宋顏教授在旁邊哼了一聲,沒說話。

趙老師繼續說:“我在想,能不能換一個思路。”

他從兜裡掏出另一張圖紙,展開,鋪在桌上。

這張圖比剛才那張大了一倍,上面畫著一個方方正正的框圖,每個模組都用紅筆標著編號。

“咱們能不能做一臺通用的機器?一臺可以程式設計的機器,讓它跑不同的程式,就能控制不同的產線。不用每次換硬體,只要換一張二維卡。”

會議室裡安靜了一瞬。

趙老師指著那張圖,聲音越來越大。

“這臺機器,要能扛得住車間的溫度變化、電壓波動、電磁干擾,能一天24小時、一年365天不關機地跑。它的指令集不用太複雜,但要實時響應,要能在毫秒級的時間裡完成控制決策。”

他直起腰,看著劉星海:“劉教授,我建議立項,研發工業控制計算機。”

會議室裡安靜了幾秒。

宋顏教授第一個開口:“趙老師,你說得輕巧。”

他把手裡的鉛筆往桌上一放,靠在椅背上。

“你知道按你這個需求,晶片從哪兒來嗎?一臺機器,少說要用幾十塊晶片。你要做一百臺,就是幾千片。這個量,扛得住嗎?”

他頓了頓,又說:“再說架構。甚麼晶片?甚麼指令集?怎麼保證可靠性?怎麼保證實時性?這些你想過沒有?”

趙老師不慌不忙:“宋教授,你說的這些,是你們積體電路實驗室的事。我們只提需求。能做到甚麼程度,大家一起討論。”

他指了指桌上那些圖紙:“而且,我們不是光提需求。我們已經在收集所有生產一線的電路了。軋鋼線的、熱處理線的、鍛造線的、軸承線的。每一套控制櫃的電路圖,我們都收上來,分析它們的共性。哪些演算法是每個產線都要用的?哪些邏輯是每個產線都要跑的?順序控制、連鎖保護。把這些共性抽出來,就是工業控制計算機的指令集基礎。”

魏知遠教授開口了:“我支援趙老師的想法。”

他翻著面前那本藍色封皮的手冊。

“數字孿生系統,現在已經固定了17種特種鋼的工藝引數。但這些引數怎麼用?靠人工從二維卡里讀出來,再手動設定到控制櫃裡。這不是‘智慧’,這是‘人肉搬運’。真正的智慧化,應該是計算機自己讀引數、自己調模型、自己最佳化工藝。沒有計算機,數字孿生就是空中樓閣。”

方教授也點頭:“我同意。工業控制計算機如果做出來,我們的感測器就有了真正的用武之地。‘電子耳朵’、紅外測溫槍,這些裝置現在只能獨立報警,沒法跟整個控制系統聯動。如果有了計算機,感測器資料可以直接參與控制決策。”

湯渺教授在旁邊補充:“陶瓷刀具的切削引數,也需要計算機來最佳化。不同材料、不同硬度、不同切削速度,引數都不一樣。靠工人經驗,能用的只是少數幾個組合。如果計算機能自動匹配最優引數,刀具壽命還能再延長。”

劉星海聽了一會兒,忽然開口:“小呂。”

呂辰抬起頭。

“你說說,如果做這個工業控制計算機,架構怎麼設計?”

會議室裡所有人的目光都聚到呂辰身上。

對於工業控制計算機,呂辰還真的認真想過,甚至早在星河計劃成立之初,就開始琢磨了。

因此,聽見劉星海教授點名,他也不怯場。

他起身思考了一下,回答起來。

“我的想法是,技術上要把握三個原則。”

“第一,模組化。把計算機拆成五個獨立的模組,每個模組負責一件事。這樣做的好處是,哪個模組壞了換哪個,哪個模組需要升級就升級哪個,不影響其他部分。”

“第一個模組,中央處理模組。這是整臺機器的‘大腦’。簡化崑崙工程的控制核心就可以,不需要向量運算,不需要浮點單元,只要定點運算和邏輯控制就夠了。指令集要精簡,大概三四十條指令,專門為工業控制設計的。”

他補充道:“這個模組要雙冗餘。主核心跑程式,輔核心負責監控。主核心如果宕機,輔核心在幾毫秒內接管。控制生產線,不能停機。一秒鐘停機,可能就是幾噸廢鋼。”

與會眾人輕輕點頭。

“第二個模組,輸入輸出模組。這是機器的‘眼睛’和‘手’。所有的感測器訊號,都接到這個模組上。‘電子耳朵’、紅外測溫槍,輸出的是數字訊號還是模擬訊號?得統一介面標準。”

他看著方教授:“我建議做兩種I/O板。一種數字量I/O,開關量、脈衝量,用光電隔離,把車間裡的高壓和計算機隔開,保護機器也保護人。一種模擬量I/O,四到二十毫安電流訊號或者零到十伏電壓訊號,用高精度模數轉換器,把連續變化的物理量變成數字。”

“I/O模組也要模組化。一條生產線需要多少路輸入輸出,就插多少塊板子。不夠了再加,多了就減。標準化、積木化,但不再是每次重新設計電路,而是插拔板子。”

他豎起三根手指:“第三個模組,儲存模組。需要三類儲存器。”

“第一類,程式儲存器。用只讀儲存器,存作業系統和控制程式。寫進去就不改了,防止程式被意外破壞。第二類,資料儲存器。用正在研發的儲存晶片,存生產過程的實時資料。溫度、壓力、速度,每秒鐘記一次,記在迴圈緩衝區裡,滿了就寫到磁帶上。第三類,引數儲存器。用可擦寫儲存器,存工藝引數。不同的鋼材、不同的規格,引數不一樣。工人插一張二維卡,機器就把引數載入進來。”

他的聲音沉下來。

“第四個模組,電源模組。要單獨做。”

“車間裡的電壓波動大,還有大電機啟動時的浪湧。普通計算機的電源扛不住。我建議用冗餘電源設計,兩個電源模組並聯,壞了一個另一個繼續供電。再加一個後備電池,停電的時候能撐幾分鐘,讓程式正常退出、資料儲存好。”

趙老師點點頭。

“第五個模組,通訊模組。跟別的機器說話。”

“我建議做兩種通訊方式。一種是有線的,用二維卡系統,物理隔離,不怕干擾。另一種是無線的,用‘電子耳朵’的技術,但頻率要專門分配,防止跟別的裝置衝突。將來一個車間可能有十幾臺這樣的計算機,它們要能互相交換資料、協同工作。軋製線告訴熱處理線‘板子過來了,準備接收’,熱處理線告訴質檢線‘這批鋼材的工藝引數是這樣的’。這不是科幻,這是五年之內必須要實現的事。”

“五個模組,透過匯流排連線。匯流排協議用崑崙工程的標準,所有模組都遵循同一個規範。這樣,不管哪家單位做的模組,插上去就能用。”

呂辰說完,坐下。

會議室裡安靜了一會兒。

宋顏教授開口了,聲音比剛才緩和了一些。

“這個架構,技術上可行。但我還是那個問題,晶片從哪兒來?這一臺機器,少說要用幾十塊晶片。現在的產能,扛不住。”

趙老師立刻接話:“宋教授,你要換一個思路想。”

他講起了道理:“現在一條自動化產線,要用多少塊‘掐絲琺琅’電路板?少說二三十塊,多的上百塊。每塊電路板上焊著幾十個電晶體、電阻、電容。一臺工業控制計算機,可能也就幾十塊晶片。但這一臺機器,能管一條產線。”

他說了幾個數字。

“130條產線,每條產線二三十塊板子,就是兩三千塊板子。每塊板子上幾十個電晶體,就是幾萬、幾十萬個管子。但如果用工業控制計算機,130條產線,只需要130臺機器。每臺機器幾十塊晶片,總共也就幾千塊晶片。”

他看著宋顏:“而且,這種晶片不是定製晶片,他能上6305廠的生產線批次生產,不佔用積體電路實驗室的中試線。6305廠的生產線,良率已經上來了,一個月能出1000多片晶片。一臺機器用幾十片,一年也才幾百臺。這個量,扛得住。”

宋顏教授沒有再反駁,靠在椅背上,手指轉著鉛筆,若有所思。

劉星海開口了,聲音很慢,但每個字都很清楚。

“趙老師這個想法,我想了很久了,甚至從星河計劃成立那天,就開始想。”

會議室裡安靜下來。

他摘下眼鏡,放在桌上,揉了揉眉心:“大家認真思考一下,如果這臺計算機做出來,意味著甚麼?”

他看著在座的人,目光從一張張臉上掃過去。

“意味著,我們用積體電路,重新定義了工業。以前是‘機器代替體力’,現在是‘計算機代替腦力’。這不是技術進步,這是工業革命。”

他停了幾秒,讓這句話在會議室裡迴盪。

“小呂提出的模組化、冗餘化、實時化架構,方向是對的。這本質上是在定義一套‘中國自己的工業控制標準’。以後全國所有的自動化產線,都按這個標準來設計。這意味著我們的星河計劃在工業領域找到了自己的道路。”

他重新戴上眼鏡,翻開面前的黑皮本子。

“我批准立項。”

他寫下幾行字,然後抬起頭。

“趙老師,你負責組織學生,編一套工業控制專用語言。讓工程師用起來順手,不要搞那些晦澀的指令,要讓工人插上二維卡就能跑。PID演算法、自適應控制、資料採集與記錄,這些都要做成標準模組。程式設計機那邊已經做出來了,正好用上。”

趙老師點頭:“好。”

“積體電路實驗室負責晶片設計,以及最後的系統整合。做出一套‘晶片、I/O、軟體、通訊、標準’整個工業控制的體系,把五個模組拼起來,搭出原理樣機,跑通整個流程。”

他看著宋顏:“宋教授,這個事,跟崑崙工程一樣,是‘種子工程’。種下去,長出來的是一片森林。”

宋顏點點頭,沒說話。

“工業監測中心配合I/O模組的設計。‘電子耳朵’、紅外測溫槍,都要跟I/O模組對接。要設計一套標準的I/O介面規範,定義清楚訊號型別、電平標準、通訊協議。以後所有感測器和執行機構,都按這個規範做。”

方教授應了一聲。

劉星海合上本子,看著在座的人。

“行了,散會。各中心把具體方案報上來,下週一再議。”

人們開始收拾東西,搪瓷杯碰撞的聲音、椅子挪動的聲音、說話的聲音混在一起,會議室裡重新熱鬧起來。

呂辰站起來,把筆記本揣進兜裡,跟著人群往外走。

走到門口的時候,劉星海叫住了他。

“宋教授、小呂,你們來一下。”

呂辰和宋顏走跟著劉星海教授進了辦公室。

劉星海招呼二人坐下,沉默了幾秒:“宋教授,小呂,你們知道我為甚麼會推這個事?”

宋顏和呂辰沒說話。

劉星海看著窗外,聲音很低:“現在全國有130多條產線在用我們的自動化方案。明年呢?後年呢?這個數字會翻幾倍。如果每條產線都要定製控制櫃,積體電路實驗室就是累死也做不完。”

他轉過身,看著二人:“但如果我們有一臺通用的工業控制計算機,情況就完全不一樣了。一條產線,一臺機器,一張二維卡。硬體是標準的,軟體是定製的。工廠自己插卡,自己跑程式,不需要我們派人去除錯。這才是真正的‘自動化’。”

他走回桌前坐下,聲音更低了:“有些事,我們要想在前面。技術這條路,不會總是一帆風順。趁著現在還能集中力量,把骨架搭起來,將來不管怎麼變,這套體系在,火種就在。”

宋顏一臉悲傷道:“劉教授,王教授他真的……?”

劉星海教授擺手制止了:“去吧。”

呂辰二人轉身往外走,走到門口,呂辰回過頭。

劉星海已經戴上老花鏡,翻開那個黑皮本子,開始寫甚麼。

陽光從窗戶照進來,照在他花白的頭髮上,照在他握筆的手上,那隻手已經有些老了,青筋凸起,但握筆的姿勢依然很穩。

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