2025年MetaOS易用开放、算控一体的双域操作系统产品白皮书

01传统控制走向智能化的挑战目录 CONTENTS02算控一体的核心技术理念03核心功能与优势04关键功能与性能1.1 智能化浪潮到来，IT层面已是共识1.2 智能化是工业控制降本增效的必然之路1.3 封闭带来了阻碍1.3 传统控制体系算力不足2.1 一体化，化繁为简2.2 算力下沉到边缘侧2.3 软件定义，柔性、可扩展3.1 行业领先的双域操作系统3.2 灵活、实时的任务调度3.3 低开销的虚拟化3.4 能够应对苛刻的时间约束3.5 面向开发者的丰富工具集3.6 独特、融于体系的安全设计4.1 关键功能4.2 关键性能---------------------------03--------------------04----------------05---------------------------------------06------------------------------08------------------------------------09------------------------------------10--------------------------------11-----------------------------13----------------------------------------12--------------------------------15---------------------------------------16------------------------------18------------------------------19---------------------------20----------------------------------------21---------------------------------------------22---------------------------------------------242--------------------------------073智能化一直是企业组织IT层面的核心内容。智能化浪潮到来，IT层面已是共识企业组织通过中心化的数据采集、清洗处理、基于AI模型洞察分析、预测决策，构建整体的经营、运营智能化体系。2023 年 12 月，由信通院牵头、多家单位联合编制的《工业大模型技术应用与发展报告》指出，AI 与大模型将加速赋能新型工业化，预计从 2022 年至 2032 年，工业 AI 市场规模将以 46% 的年均复合增长率高速成长。相较于发达国家，中国制造企业的 AI 应用率相对较低，大约在 11% 左右。国际权威分析机构Gartner 预测，到 2027 年，中国制造业的AI 使用渗透率将以 10% 的年复合增长率上升。46% “在智能时代的新赛道上，能够把握技术融合和生态开放的企业与国家，将赢得未来产业创新的主导权。”— 李国杰中国工程院院士共享认知库执行洞察数据结构化数据非结构化数据边缘数据分析认知技术人与机、机与机交互4智能化深度融合了IT与OT技术，改变了工业生产的运行和管理模式，解决了传统控制方法难以突破的瓶颈。智能化是工业控制降本增效的必然之路传统控制（PLC/DCS）主要基于预设的规则和固定逻辑，对复杂、非线性、多变量耦合的生产过程优化能力有限。通常是反应式的（出现问题后调整）或基于静态模型的。智能化控制则利用AI/ML算法（如深度学习、强化学习）处理海量实时和历史数据，建立更精确的动态模型。它能实时感知、预测、决策和优化生产过程，例如：实时优化设定点：根据原料变化、设备状态、市场需求、能源价格等因素，动态调整最优工艺参数，最大化产量、质量或效率。处理复杂性和不确定性： 适应多变的生产环境和原料波动。未来降本增效，在现有工业自动化框架下，工业质控系统降本的主要方式在于硬件成本的进一步降低、国产替代国外，在技术路线没有新突破和应用的情况下，带来的是内卷式价格竞争。智能化通过新的技术创新手段，打破现状，可以减少人员参与、缩短设备调试周期、预测性维护增加设备使用有效时长……AI模型的私有化、普适化，特别是国产大模型的普及，加速了智能化的进程泛华能力多源异构自然语言交互知识库沉淀自动分析处理……未来走向具身智能而大量重复性工作，首先会被大量智能化系统替代Interact Analysis 于 2024 年 12 月更新了《运动控制》全球市场报告，2024 年全球运动控制市场经历了增长率低点，2024 年全球市场规模为146.7 亿美元，同比下滑 7%，其中欧洲市场收缩最为严重，销售额同比降幅达到 13.5%，亚太地区市场下降 4.4%，美洲市场相对稳定，同比下滑 1%。5传统控制体系是封闭的，且核心技术掌握在制定、推广ISA95体系的传统西方工业国。封闭带来了阻碍一直以来，工业自动化领域涉及的硬件设备种类繁多，存在封闭性和专用性，软硬件深度绑定，通讯协议与接口不统一，复用性差。如果采用传统的集中控制方法，不同协议需要进行协议转换，在系统集成过程中，软件“硬化”现象严重。“用开放形成统一的技术体系，我国企业与全球化力量联合起来共建基于国际标准的统一智能计算软件栈。形成企业竞争前共享机制，共享高质量数据库，共享开源通用底座大模型。”— 孙凝晖中国工程院院士欧美企业60.6%日韩企业17.1%国内企业19.9%中国台湾企业2.4%2023 年我国 PLC 市场的竞争格局传统欧美的工控厂家利用了工业化起步早的优势，在工业领域形成了封闭的生态圈，比如：西门子的PROFIBUS/- PROFINET、罗克韦尔的EtherNet/IP、施耐德的Modbus等等。这些协议虽然是IEC认可的标准协议，但没有完全开 放，仍然对用户形成了一定壁垒。在工控开发软件方面，德国的Codesys占据了市场的主流份额，国内很多工业自动化领域的企业还未能实现工控开发软件的完全自主可控。由此而带来的互操作性差、数据孤岛、难以扩展等困难，进一步限制了控制领域智能化的应用和扩展。6传统控制追求低功耗的CPU，但面对智能化算力不足传统控制体系的算力不足自从进入工业自动化时代以来，近半个世纪，PLC控制器不管是PLC的硬件架构还是软件体系，都没有发生本质的变化。但是即便从现有ISA-95的5层架构体系出发，这个世界也发生了巨大的变化，工业领域也正在变革之中。“在深度神经网络(DNN) 和科学计算日益普及的推动下，云和边缘平台的利用率正在快速增长。进行最广泛的人工智能训练运行所需的计算能力呈指数级增长。”— 韩银河国家杰出青年科学家基金获得者中科时代首席科学家μm/mssecondsminuteshoursdaysL0：设备传感层L1：生产控制层L2：子系统监控层L3：生产管理层L4：企业经营层ERPMESSCADAPLCIO智能化浪潮来临，IT层可以快节奏的进行算力扩张，以满足智能化的需要。但OT层的更新相对更缓慢，传统的控体系对边缘计算的支持和处理扩展性弱，受限于边缘处理能力，智能化难以推广。瓶颈制约算力扩张数据膨胀78基于工智机硬