顯示控制晶片的設計剛告一段落，宋顏教授就把一沓資料放在呂辰桌上。
“工業計算機的總體架構你來定。”
呂辰翻開資料，第一頁就是趙老師寫的需求報告，標題用紅筆打了三個感嘆號，字跡潦草但力道很重。
往下翻，是趙老師手繪的一張表格，列著這130多條產線的型別。
軋鋼線、熱處理線、鍛造線、軸承線、管材線……
每一條的控制邏輯都不一樣，每一條都要重新設計電路、重新畫版圖、重新流片。
130條產線，都需要定製控制櫃，積體電路實驗室壓力很大！！！
需要最後得出結論：工業計算機設計，迫在眉眉睫！
呂辰把資料合上，靠在椅背上。
這不是130條產線的問題，這是工業化的根本矛盾，生產的需求是無限的，但定製的能力是有限的。
如果不解決這個矛盾，積體電路實驗室就算再擴大十倍，也永遠追不上。
他拿起筆，在稿紙上寫下第一行字：我們到底要解決甚麼問題？
寫了一天，又改了一天，查缺補漏又一天。
第四天早上，他拿著寫好的方案，來到大會議室。
方案論證在這裡進行。
長條桌擺成教室狀，桌上放著一個個搪瓷缸和菸灰缸，缸子裡泡著茶，茶葉梗浮在水面上，散發出一股茉莉花香。
來的人不少，林林總總六七十人。
劉星海教授等各中心、實驗室負責人坐在前排，前面或攤著圖紙，或擺著筆記本。
李懷德也來了，坐在劉星海旁邊，手裡夾著一支菸，正跟旁邊的周主任低聲說話。
呂辰拿出幾張手繪的圖紙，磁鐵吸在黑板上。
他敲了敲黑板，會議室裡安靜下來。
“今天要討論的，是工業控制計算機的總體架構。”
他轉過身，在黑板上寫了幾個大字：我們到底要解決甚麼問題？
“在講架構之前，我想先把這個根本問題說清楚。架構是手段，解決問題才是目的。如果我們連問題都沒想清楚，架構設計得再漂亮，也是空中樓閣。”
他看向趙老師：“趙老師，您那份需求報告，我看了三遍。您說‘130條產線，每一條都要定製控制櫃，積體電路實驗室累死也做不完’。”
趙老師點點頭，沒說話。
“所以，我們要做的，是一臺通用的機器。插不同的卡、跑不同的程式，就能控制不同的產線。不需要每次重新設計電路、重新畫版圖、重新流片。硬體是標準的，軟體是定製的。”
他在黑板上畫了一個簡單的框圖，一個方方正正的機櫃，旁邊畫了幾張卡片，卡片上寫著“軋鋼線”“熱處理線”“鍛造線”。
“這就是工業控制計算機的核心價值。”
他頓了頓，轉過身，在黑板上寫了三個詞：眼前、中期、長期。
“但我把這個問題拆成了三層。光解決眼前的問題，不夠。”
他指著“眼前”兩個字。
“眼前的問題是甚麼？積體電路實驗室產能不夠，定製週期太長。一條產線等幾個月，工人等不起，生產等不起。這是火燒眉毛的事，必須解決。”
他的手指移到“中期”。
“中期的問題是甚麼？產線還在增加。今年130條，明年可能是200條，後年可能是300條。靠手工定製，永遠跟不上。不是我們不夠努力，是這個模式本身就有上限。一個人一天畫24小時的圖，也就畫那麼多。一千個人畫圖，管理成本就上來了。這條路，走到頭也追不上工業化的需求。”
他放下手，轉過身看著所有人。
“長期的問題呢？”
他在黑板上寫下四個字：工業控制。
“工業控制的本質是甚麼？不是做一臺機器，不是寫一段程式。是建立一套體系，一套讓全國工廠都能自己解決問題、不用依賴少數專家的體系。”
他轉過身：“如果我們只做一臺機器，那這臺機器再好，也只能管一條線。如果我們做一套體系，那這套體系就能管一千條線、一萬條線。這才是工業控制計算機真正的價值。”
會議室裡安靜了幾秒。
劉星海摘下眼鏡擦了擦，又戴上，沒說話，但嘴角微微動了一下。
李懷德把煙掐滅，靠在椅背上，若有所思。
趙老師開口了：“呂辰，你說的這些，我同意。但體系不是喊出來的，是設計出來的。你的架構，到底怎麼支撐這個體系？”
呂辰點點頭，轉身在黑板上畫了一個更大的圖。
“好，那我來講架構。”
他在黑板上畫了五個方塊，從上到下排列，每個方塊旁邊寫著名字。
“我的設計思路，延續了之前程式設計機的模組化、匯流排化、標準化思路。但工業控制計算機和程式設計機不一樣。程式設計機是給工程師用的，工業控制計算機是給生產線用的。所以，要在之前的基礎上，做針對性強化。”
他在第一個方塊旁邊寫下‘模組化’三字。
“模組化要做到骨頭裡。不是‘分幾個模組’就完了，而是每一塊板卡都能獨立更換、獨立升級。中央處理器板壞了，換中央處理器板；I/O板壞了，換I/O板。不用整機拆下來，不用等廠家派人來修。廠裡的電工就能幹。”
他又寫下兩個字：冗餘。
“冗餘是必須要做的。生產線不能停機。停一分鐘，可能就是幾噸廢鋼。所以電源要冗餘，一個壞了另一個無縫切換。控制核心要冗餘，主核宕機，輔核在毫秒級接管。甚至I/O模組都要冗餘，關鍵的感測器，接兩個模組，一個壞了另一個頂上。”
他頓了頓，寫下三個字：實時性。
“工業控制不是科學計算。科學計算等幾分鐘出結果沒關係，但生產線等不了。飛剪的控制指令，必須在毫秒級內發出。晚了，鋼板就切廢了。所以必須用硬中斷、優先順序搶佔。控制程式永遠排在最高優先順序，其他任務靠邊站。”
他又寫下三個字：抗干擾。
“車間的電磁環境有多惡劣，在座的各位比我清楚。大電機啟動的瞬間，電壓能掉下去幾十伏。電焊機工作時，電磁干擾能把收音機變成噪音源。普通計算機扛不住，但我們的工業計算機必須扛住。這是生存底線。”
最後，他寫下四個字：可擴充套件性。
“現在可能只控制一條線，但三年後呢？五年後呢？可能要控制十條線聯動的車間。所以架構要留足餘量。匯流排頻寬、CPU算力、I/O通道數，都要有升級空間。不能做出來就用死了。”
他放下粉筆，轉過身。
“這五個原則，是工業控制計算機的骨架。下面我來講具體模組。”
他在黑板上畫了一張新的圖，這次是五個方塊排成一排，每個方塊下面畫了幾條線，連到底下的一根匯流排上。
“工業控制計算機，我把它拆成五個核心模組。”
他指著第一個方塊。
“第一，中央處理模組。這是機器的‘大腦’。它執行控制程式，做邏輯判斷和算術運算。雙核心冗餘，主核跑程式，輔核負責監控。主核宕機，輔核在幾毫秒內接管，生產線不會停。”
他頓了頓，補充道：“指令集要精簡。只保留工業控制需要的指令，如順序控制、連鎖保護、PID調節、定時器、計數器。不需要浮點運算，不需要向量指令。精簡了，晶片面積就小了，成本就低了，可靠性就高了。”
他的手指移到第二個方塊。
“第二，I/O模組。這是機器的‘眼睛’和‘手’。它連線所有感測器和執行機構。”
他在方塊下面畫了兩條分支。
“數字量I/O，用光電隔離。車間裡的高壓和計算機隔開，保護機器也保護人。開關量、脈衝量，都走這條路。模擬量I/O，用高精度ADC。溫度、壓力、流量這些連續變化的物理量，變成數字訊號給CPU處理。”
他抬起頭，看著趙老師。
“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。”
他又補充了一句：“I/O模組要支援熱插拔。壞了不停機就能換。生產線在跑，電工把壞板子拔下來，插上新板子，系統自動識別、自動恢復。這叫不停機維修。”
趙老師在筆記本上飛快地記著，點了點頭。
呂辰的手指移到第三個方塊。
“第三，儲存模組分三類儲存器。”
他在方塊下面畫了三個小方塊。
“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或者被人篡改。”
“資料儲存器。用儲存晶片，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。出了事故，翻資料就知道當時發生了甚麼。”
“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。”
他頓了頓，看著在座的人。
“三類儲存分離，各司其職。程式是固化的，資料是臨時的，引數是可變的。這種架構，比混在一起可靠得多。”
他的手指移到第四個方塊。
“第四，電源模組單單獨做。”
他在方塊下面畫了兩條線。
“雙電源冗餘，一個壞了另一個無縫切換。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。寬電壓設計，車間裡的電壓波動，從180V到250V，機器都能正常工作。不用穩壓器，不用UPS，插上就能用。”
他又補充了一句：“電源模組也要能熱插拔。壞了一個，電工拔下來換新的，機器不會停機。”
他的手指移到第五個方塊。
“第五，通訊模組負責機器和人說話、和別的機器說話。”
他在方塊下面畫了兩條分支。
“有線通訊，用二維卡系統。物理隔離，抗干擾。工藝引數、控制程式，都透過二維卡載入。這是最可靠的通訊方式，不怕電磁干擾。”
“無線通訊，用‘電子耳朵’的技術。未來車間裡可能有幾十臺機器，它們要互相交換資料、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’。無線通訊，就是為這個準備的。”
他放下粉筆，轉過身。
“這五個模組，透過標準匯流排連線。匯流排協議和介面定義必須公開，任何廠家，不管是大廠還是小作坊，只要按照這個規範生產模組，插上去就能用。”
他在黑板上畫了一條橫線，把五個方塊串在一起。
“匯流排是這套體系的核心。匯流排定了，整個架構就定了。匯流排是開放的，整個體系就是開放的。匯流排是封閉的，整個體系就是封閉的。”
他轉過身，看著所有人。
“我選擇開放。”
會議室裡安靜了幾秒。
宋顏教授第一個開口：“呂辰，你說說電路設計怎麼做？ ”
呂辰點點頭：“宋教授，我的想法是兩條腿走路。”
他轉過身，在黑板上畫了一個簡圖，左邊是一個大腦，右邊是一雙手腳。
他的繪畫水平是真的慘不忍睹，引來臺下一陣陣輕笑。
“積體電路負責‘大腦’，中央處理模組、儲存模組、通訊模組的核心部分。這些需要高速運算、高密度整合，必須用積體電路。”
他在右邊畫了幾條線。
“‘掐絲琺琅’負責‘手腳’，I/O模組裡那些和強電打交道的部分，如繼電器驅動、電機控制、電源管理。這些需要扛大電流、抗強幹擾，用‘掐絲琺琅’電路板做。這種板子，我們熟，工藝成熟，成本低，可靠性高。”
他放下粉筆，看著宋顏。
“各司其職，各取所長。積體電路做它擅長的事，‘掐絲琺琅’做它擅長的事。合在一起，就是一臺完整的工業計算機。”
宋顏教授點點頭：“可行！”
呂辰繼續說：“工業控制計算機不需要最新工藝，五微米夠，三微米更好，但不是必須。這些晶片，可以在6305廠的生產線上批次生產，不佔用研究所的中試線。”
他又在黑板上寫了一個詞：硬體標準化。
“同一批中央處理器晶片，插不同的I/O模組、跑不同的程式，就能控制不同的產線。軋鋼線用一套I/O模組，熱處理線用另一套I/O模組。中央處理器是一樣的，儲存是一樣的，通訊模組是一樣的。這叫硬體標準化、軟體定製化。”
他轉過身，看著趙老師。
“趙老師，這就是您要的，不用每次重新設計電路、重新畫版圖、重新流片。硬體是標準的，工廠自己換I/O模組、自己插二維卡，就能把一條軋鋼線變成熱處理線。”
趙老師點點頭，沒有說話。
呂辰繼續說：“至於那些和強電打交道的I/O模組，用‘掐絲琺琅’工藝做。這種板子，我們做了好幾年了，工藝成熟，工人熟練，成本了。而且它不佔用積體電路的產能。”
他頓了頓，聲音提高了一些。
“所以，不是等晶片多了再做事，而是用現有資源做能做的事。積體電路做腦腦，‘掐絲琺琅’做手腳。兩條腿走路，走得穩，走得快。”
趙老師問道：“呂辰，硬體的事你說清楚了。但軟體呢？工廠的電氣工程師不懂二進位制、不懂彙編。讓他們自己寫程式，不現實。”
呂辰點點頭，在黑板上畫了三層圖。
“我設計了一套三層軟體體系。”
他指著最下面一層。
“第一層，工藝引數庫。不是讓工廠自己寫程式，而是讓工藝工程師填一張參數列。這張表存在二維卡上，插進機器就能跑。軋製速度多少米/秒？加熱溫度多少度？冷卻時間多長？連鎖條件是甚麼？工藝工程師不需要動程式設計，他只需要知道自己這條線需要多快的速度、多高的溫度。填上去，機器就能跑。”
他的手指移到中間一層。
“第二層，控制邏輯模板。把常用的控制邏輯做成模板，工廠只需要選模板、填引數，不需要寫程式碼。”
他在黑板是列了幾個模板：
順序控制模板——先A後B再C
PID調節模板——溫度、壓力、流量
連鎖保護模板——A停了B就停
定時/計數模板——延時啟動、計數停機
“這些模板，我們根據130多條產線的經驗總結出來的。覆蓋了80%以上的控制場景。工廠選模板、填引數，就能跑起來。”
他的手指移到最上面一層。
“第三層，高階程式語言。留給專業工程師用的。複雜場景下，可以寫自定義邏輯。但這不是給工廠用的，是給裝置製造廠和系統整合商用的。”
他放下粉筆，轉過身。
“三層體系，各取所需。工藝工程師填參數列，電氣工程師選模板，專業工程師寫程式。不用每個人都懂二進位制、懂彙編。”
趙老師點了點頭，沒再問。
李懷德這時候開口了：“小呂，你說的這些，五年後、十年後，這臺機器還能用嗎？技術升級了，是不是又要從頭來？”
呂辰在黑板上畫了一個時間軸，從今天指向五年後、十年後。
“這個問題，我也考慮了。”
他在時間軸上畫了幾個節點。
“第一，匯流排協議要公開。所有模組都遵循同一個匯流排標準。以後出了更好的CPU，換中央處理模組就行。有了更大的儲存器，存儲存模組就行。I/O模組不用動，電源模組不用動，通訊模組不用動。這叫積木式升級。”
他在第二個節點上畫了個圈。
“第二，I/O模組要標準化。我們要定義一套標準的I/O介面規範。以後所有的感測器、執行機構，都按這個規範做。不管誰家的裝置，插上就能用。這套規範定下來，就是標準。以後全中國的工業裝置，都按這個標準做介面。紅星所的工業計算機能接，別的廠做的也能接。這不是一家獨大，是共建生態。”
他在第三個節點上畫了個箭頭。
“第三，通訊協議要留餘量。現在可能只需要一臺機器控制一條線。但未來，一個車間可能有幾十臺機器，它們要互相通訊、協同工作。所以通訊模組要支援兩種模式，單機模式和聯機模式。聯機模式下，一臺機器能透過匯流排讀取其他機器的狀態，協同決策。”
他放下粉筆，看著李懷德。
“現在不用，但不能沒有。介面要留出來，協議要定義清楚。等哪天需要用的時候，插上模組就能用，不用重新設計。”
李懷德點了點頭，沒再問。
趙老師又開口了，這次聲音比剛才高了一些：“呂辰，你說的這套體系，聽起來很好。但怎麼保證全國都按你的規範來？萬一別人不認呢？”
呂辰笑了笑，這個問題他想得更深。
“趙老師，您說得對。規範不是靠行政命令推的，是靠價值吸引的。”
他轉過身，在黑板上寫了四個字：建立標準。
“我提議，我們要做四件事。”
“第一，編寫《工業控制計算機設計規範》。定義模組規格、匯流排協議、I/O介面、通訊協議。讓全國所有想造這東西的廠家，都按這個規範來。誰不按規範來，誰的產品就接不上別人的系統。這叫用市場力量推廣標準。”
“第二，編寫《工業控制程式編寫指南》。教工廠的電氣工程師怎麼填參數列、怎麼選模板。讓一線工人能自己解決問題，不用等專家。這本書要寫得通俗易懂，配圖、配案例、配習題。工人看完就能上手。”
“第三，編寫《產線自動化改造案例庫》。把130多條產線的改造經驗整理成冊，配上圖紙、引數、程式。以後新產線改造，翻案例庫就知道怎麼幹。不用從頭摸索，不用重複踩坑。”
他頓了頓，聲音提高了一些。
“第四，推動成立‘國產工業計算機標準聯盟’。聯合哈工大、北鋼院、鞍鋼、首鋼這些核心單位，把這套標準推廣到全國。不是紅星所一家說了算，是大家共同制定、共同遵守。誰想改標準，開大會討論。這叫民主集中制。”
他轉過身，看著趙老師：“趙老師，這才是體系。不是紅星所一家做機器，是全國一起建生態。紅星所負責最核心的晶片、最核心的架構，外圍的I/O模組、電源模組、通訊模組，交給協作單位做。大家一起賺錢、一起發展、一起把中國工業控制的底座夯實。”
會議室裡安靜了很長時間。
現沒人提出問題。
劉星海看著呂辰：“小呂，你說得對，我們不是在造一臺機器，我們是在建一套體系。這套體系，要讓全國工廠都能自己解決問題，不用永遠依賴少數專家。”
他合上本子，看著在座的所有人。
“這才是工業控制計算機真正的價值，這個方案，我同意了。各中心依據這個架構，把具體方案報上來，下週再議。”
人們開始收拾東西。
搪瓷缸碰撞的聲音、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。