面向于工业设备智能维护的实时嵌入式软件平台的研究

面向于工业制造业设备智能维护的实时嵌

入式软件平台的研究

一、项目的立项依据和国内外研究现状

1.1 立项依据（项目产生的背景）

制造业是反映一个国家生产能力、国民经济水平和综合国力的基础性、支柱性产业，是工业化、现代化建设的发动机和动力源，是国际竞争中取胜的法宝。Internet和Web技术的飞速发展，大大加快了产品的设计、制造和服务速度，而其中，性能、速度和服务已成为影响制造企业核心竞争力的三大重要因素。目前在我国，整个制造业在整个国民经济中占着非常重要的地位，尤其是装备制造业。但是从目前来看，我国制造业也存在着一些迫切需要解决的问题，主要表现在：

1） 制造业设备陈旧老化，生产出来的产品质量和数量并不匹配。不能满足市场经济对产品

质量的严要求，也不能适应同类的国外产品的公平竞争，尤其是加入WTO后。因此这

就需要对目前的制造业设备进行大规模的更新换代。其中对当前的制造业设备进行信息化改造是目前公认的最佳的方案。从当前国外尤其是日本对工业化设备进行信息化改造的过程和结果来看，应用嵌入式技术提升制造业的水平是不争的事实。日本制造业以世界数一数二的品质和效率而自豪，它所凭借的就是嵌入式技术。嵌入式系统应用于工业领域已有较长历史，近年来，嵌入式软件在提升制造业水平方面发挥着重要作用，一些提供智能仪器仪表、自动化生产线的厂商，近年来取得了良好收益，并已成为利用信息技术改造传统制造业的典型范例。

2） 工业设备尤其是制造业设备对嵌入式系统的实时性的严格要求对制造业设备的信息化、

智能化和自动管理化提出了挑战。从这几年我国嵌入式技术应用到工业设备的情况来

看， 由于工业设备对工作环境、操作条件、速度、工作稳定性等方面都存在着自己独特的要求，因此面向于工业设备的软件平台除了一般的OS要具有的特点如任务调度、同步机制、中断处理、文件功能等之外，还需要具备以下要求： ? ?

更好的硬件适应性，也就是良好的移植性。 占有更少的硬件资源。

? 高可靠性，高稳定性。 ? 高度实时性（可预测性）。

? 强大的网络支持功能，以便进行远程监控，数据传输和维护。 而从目前国内应用于工业设备尤其是制造业设备的软件平台来看，都存在着要么尽管实时性能够满足要求，但是价格过高，维护费用昂贵。要么尽管免费的维修费用，但是实时性不能满足要求，设备在运行过程中很容易出现“Breakdown”(运行故障)现象[1]。因此提出一种面向于当前和未来工业制造业设备、具备高通用性、高可移植性和高度实时性的软件平台是目前需要解决的迫切问题。

3） 随着信息化技术在工业生产过程中的不断深入应用，制造业中的设备一旦发生故障和失

效问题，将严重影响企业的市场竞争力。其主要表现在以下几点：

? 制造企业设备故障的突然发生，不仅会增加企业的维护成本，而且会严重影响企业

的生产效率，使企业蒙受巨大损失。据调查，设备的60％的维护费用是由突然的故

障停机引起的，即使在技术极为发达的美国，每年也要支付2000亿美金来对设备?

进行维护，而设备停机所带来的间接生产损失则更为巨大。 进口设备的维护问题则更为复杂和困难，而目前所采用的远距离跨国维修FAF（Fly and Fix）的方式既费时又费用昂贵，在大大增加企业运作成本的同时，也严重影响了企业的生产效率。

在“顾客至上”理念普及的今天，制造企业必须为客户提供产品的完整服务解决方案。由于产品出现问题的不可预知性，企业无法预先制定服务和维护计划。为了提高企业的服务效率和服务质量，制造企业必须维持一支规模更为庞大的服务队伍，其日常支出是非常巨大的。

因此，通过网络方式对正在运行中的设备进行全天候、不间断的监测和控制，以实现设备近乎“零故障”的高质量运行，这就是“工业制造业设备的智能化维护”[2,3]。

因此，设计一种面向于工业制造业应用的，除了具备当前一般的嵌入式软件平台具有的特点之外，还要内嵌“智能维护”的实时嵌入式软件平台是本项目的主要目标。

?

1.2 国内外研究现状

纵观目前国内外对实时嵌入式系统RTOS（Real-time OS）的研究来看，主要分为以下几类：

1） 传统实时嵌入式操作系统。主要包括：VxWorks、pSOS、Nucleus、WinCE等。VxWorks

和pSOS的用户主要集中在军工、工业控制及电信领域，Nucleus和WinCE在消费类产品中应用较为广泛。

2） 开放源码的嵌入式操作系统。典型代表有Linux/uClinux、eCos。因为传统实时嵌入式

操作系统价格比较昂贵，所以许多用户开始使用免授权费的Linux/uClinux等操作系统开发自己的嵌入式产品。Linux操作系统从本质上属于通用操作系统，缺少强实时支持，因此嵌入式Linux在某些不需要强实时性的嵌入式产品中得到了较多应用，典型的产品有智能手机(这类产品中的实时性主要通过专用硬件芯片保证)、查询终端等。uClinux是Linux的一个变种，主要运行在没有内存管理单元(MMU)的CPU架构上。因为没有内存管理单元，uClinux无法实现现代操作系统能够提供的进程地址空间保护等高级特性，但它最大程度地保留了Linux的系统调用功能，而且资源消耗低，因此在一些中低端的32位嵌入式产品中得到了应用。eCos也是一种开源、免授权费的RTOS产品。和Linux/uClinux相比，它更类似传统的实时嵌入式操作系统，而且提供了丰富的外围模块，如文件系统、TCP/IP接口模块、POSIX兼容接口模块等。根据使用情况来看，eCos操作系统在一定程度上可以用来替代传统实时嵌入式操作系统。 3） 新型实时嵌入式操作系统。主要包括uC/OS-II、ThreadX等操作系统，它们的出现，

填补了RTOS操作系统市场的中低端市场，给广大嵌入式产品开发者提供了性价比较高的选择。

4） 本地实时嵌入式操作系统。近几年，国内也有厂商开始提供自主研发的实时嵌入式操

作系统，典型的有Hopen和Delta操作系统。这些产品已经在消费类电子产品和军工领域中得到了一些应用。

上面的目前研究的RTOS，都没有涉及到“工业设备智能化维护”的概念。因此并不适合未来几年工业制造业对“免现场维护”FFAF（Free Fly and Fix）的根本要求。从国内外制造业设备智能维护的研究来看，工业设备的智能维护也是一个全新的概念，它的主要框架如图1所示：

图1显示，智能维护系统可通过Web驱动的电子信息（infotronics）平台对设备和产品进行不间断的监测诊断和性能的退化评估，并作出维护决策。同时，智能维护系统还能通过Web驱动的智能代理与电子商务工具（如客户关系管理CRM，供应链管理SCM，企业资源管理ERP）进行整合，从而获得高质量的全套服务解决方案。另外，智能维护系统所得到的信息知识还可用于产品的再设计和优化设计，从而使未来的设备和产品达到自我维护的境界。图中也显示，智能维护系统的核心技术是对设备和产品的性能衰退过程的预测和评估，围绕这一核心，当前的智能维护的应用基础研究主要包括以下几个方面：

?

设备和产品的性能衰退过程的预测评估算法、方法研究。要对设备或产品进行预测维护，必须提前预测其性能衰退状态。与现有的故障早期诊断不同的是，智能维护侧重于对设备或产品未来性能衰退状态的全过程走向预测，而不在于某个时间点的性能状态诊断，因此，其不论在理念上，还是在方法上，都是有很大不同的。其次，进行预测和决策时，在分析历史数据的同时，智能维护引入了与同类设备进行“比较”的策略（P2P: peer-to-peer），因而大大提高了预测和决策的准确度。P2P是对传统故障诊断方法的一种超越。另外，在采集设备和产品的信息时，智能维护强调“相关信息”（包括人的反馈信息）的采集和有效“融合”（包括低层次和高层次的融合），并根据人脑的信息处理方式从中综合提取性能预测所需的信息。

?

应需式远程监测维护领域。随着Internet和Web技术的发展，利用Internet和Web来进行实时监测数据的传输也已逐渐成为研究热点。应需式远程维护是指利用现代信息电子（infotronics）技术实现异地间设备和产品性能衰退的监测、预测，并提出维护方案等的一系列行为，其强调的是根据实际的需要传输所需的“信息”，即根据设备和产品在不同环境下的各种性能衰退过程的实际快慢程度，及时地调整相应信息的传输频度和数

?

量，而不是传统意义上的简单的“数据”（采样信号等）传输。 决策的支持、数据的转换和信息的优化同步技术领域。为了实现真正意义上的电子商务、电子化制造和电子化服务，智能维护系统必须与现有的企业商务系统（CRM、SCM、ERP、MES等）进行信息交互，因此，智能维护强调的是“信息一次处理（O.H.I.O. Only Handle Information Once）”。为此，国外首先有人提出D2B（Device to Business）的理

念。D2B平台的建立不仅为维护决策提供了平台工具，而且第一次实现了设备层到商务层的直接对话，并为产品的再优化设计提供了原始数据。当然，在维护决策时，D2B平台系统同样采用P2P技术，以加强决策的准确性。经过几年的努力，智能维护技术在国外得到了飞速发展。

从预测领域来说，传统的预测模型主要有三种：线形预测模型、非线形预测模型和人工神经网络预测模型。典型的线形预测模型有1926年Yule提出的AR（Auto Regressive）模型和1976年Box、Jenkins提出的ARMA/ARIMA（Autoregressive Integrated Moving Average）模型，其局限条件是信号必须是线形的；典型的非线形模型有Tong、Lim提出的TAR（Threshold

【5】

Auto Regressive）模型，其是一个全局的非线形模型，当时间序列在不同的情况下具有非平稳性时，这一模型非常有用，但是，虽然它消除了线形模型的条件限制，它在模型构建时的复杂性也成倍增加；神经网络预测模型与前两种预测模型相比，其无论在短时预测，还是长时预测，都有着无比的优越性

【6-8】

。神经网络预测模型已成为了预测领域的研究热点。1992，

【2, 23】

Lee率先把神经网络预测技术用于对设备性能衰退的预测分析上，由此，拉开了预测技术在智能维护领域的应用。自智能维护系统中心成立以来，在性能预测方法上已有不少成果。Tong及 Lee 从控制理论出发，结合神经网络，在不改变原有控制系统的条件下，提出了基于控制系统规则的性能评估方法【9】，并在ABS刹车系统上得到了应用；Yan及 Lee利用逻辑回归算法对电梯的性能衰退状态作出了评估，并对残余寿命进行了预测，为电梯的维护决策提供了有力支持【10】；Wang及 Lee 提出了小波神经网络性能评估预测算法，并对机床主轴和刀具的磨损情况进行了评估和预测【11】。不过，智能维护作为一种新型的维护技术，由于其还处于发展的起步阶段，许多的性能预测算法还处于理论研究阶段，特别是对设备或产品的残余寿命预测技术，以及如何利用P2P技术，尚处于空白阶段。

在远程维护领域，远程监测诊断最早是从远程医学开始的，随着Internet/Intranet技术的发展，利用计算机网络远程对设备和产品进行监测诊断已成为一个研究热点。在目前的远程监测诊断系统中，对数据的分析处理一般都在远程的诊断中心完成。Jay Lee在文献【12】中，提出了远程服务系统框架及面临的关键技术和挑战机遇。其指出，由于设备和产品的数据监测量及其庞大，无法利用网络直接进行实时传输，因此，只有对原始监测数据在当地进行处理后，再根据实际情况传输诊断所需的信息，才具有更大的使用价值。为此，必须加强对数据到信息的转换、嵌入式智能代理和非接触式（如无线通讯）等技术的应用研究工作。在数据优化同步领域，D2B技术尚处于理论研究阶段。D2B平台系统的体系结构、信息的格式、与其它商务系统的连接，以及如何利用智能维护的信息进行产品再优化设计等问题都有待于进一步的研究。

在国外的工业界，智能维护技术也在逐步的得到应用。美国普惠（Pratt & Whitney）飞机发动机公司在最近生产的飞机发动机中，加入了很多新型的监测技术，并集成了自我诊断系统，它们能够产生详尽的信息配合地面分析系统使用，从而提前几个月就可预测发动机是否需要进行维护。这为各航班安排发动机的维护计划提供了方便，从而降低了检查和维护成本，而以往发生故障时，仅确定故障原因就要很长的时间。发动机的自我监测/诊断系统与地面分析系统相结合，大大降低了意外事故的发生，如航班误点、航班取消和飞行中的发动机故障停机事故等。欧洲空中客车飞机制造公司也采用了类似的技术。在运输行业，汽车制造厂商也在寻找一种利用远程通讯技术为汽车提供导向和故障停靠帮助的方法。通用汽车（GM）公司已经制定了一个利用卫星通讯服务的OnStar计划，即到2005年，给所有该公司生产的汽车装上经过改良的卫星通讯设施。在电梯制造业，OTIS作为世界上最大的电梯制造公司，以其所采用的REM（Remote Elevator Maintenance）技术，每年能节省5亿美金的维护费用。日本东芝电梯公司也与东京大学合作，在开发类似的维护系统。这都为智能维护技术的发展提供了良好的研究和应用平台。

[13]

1.3 本项目的研究意义

本项目主要致力于研究一种面向于工业制造业智能维护的实时嵌入式软件平台。从上面的论述可以看到，目前在国内外，尽管面向于工业设备的实时嵌入式操作系统研究非常热门，而且也不乏一些在工业应用领域具有一定特色的RTOS，但是这些系统都缺乏基本的面向于网络的智能维护功能，因此在未来几年不能满足工业制造业领域的高度信息化的要求。从目前的工业制造业来看，除了设备本身对稳定性、速度的要求之外，其他无论是维修还是定期的维护服务，其目的都是为了提高制造企业设备的开动率，从而提高生产效率。故障诊断技术的出现，大大的缩短了确定设备故障所在的时间，从而提高了设备的利用率。但故障停机给制造企业所带来的损失还是非常巨大的。如在新兴的IC产业，其生产线初期投资一般为17亿美金左右，而其有效生产周期只有3－5年，若生产线发生故障停机，不仅会使整个生产线上正在加工的半成品全部报废，而且会严重影响其投资回收速度。智能维护技术的出现进一步提高了企业设备的开动率，并且随着技术的发展，其可使企业的制造设备达到近乎零的故障停机性能。

智能维护与故障诊断有着密不可分的联系，其很多的技术基础起源于故障诊断，但他们之间又有很多区别。在传统的诊断维修领域，大部分的技术开发与应用集中在信号及数据处理、智能算法研究（人工神经网络、遗传算法等）、及远程监控技术（以数据传送为主）。这些技术基于的基础理念是被动的维修模式FAF（Fail and Fix），对产品和设备的使用者而言，维修的要求是达到及时修复。而智能维护技术是基于主动的维护模式PAP（Predict and Prevent），重点在于信息分析、性能衰退过程预测、维护优化、应需式监测（以信息传送为主）的技术开发与应用，产品和设备的维护体现了预防性要求，从而达到近乎于零的故障及

传统维修方法 ? 被动的维修模式智能维护方法 ? 主动的维护模式PAPFAF（Fail and Fix） ? 周期性检修方式 ? 数据处理及故障目前 状态监测 故障早期诊断 预测性维修 （Predict prevent） and ? 应需式监测维护方式 ? 信息分析及性能衰退诊断 ? 智能算法及故障分析 及时修复 （just-in-time） 预测 ? 智能预测及维护优化 近零故障性能（near-zero-downtime）及自我维护 图2 智能维护方法与传统维修方法的对比

自我维护（见图2）。故障诊断技术在设备和产品的维修中虽然也发挥着重要的作用，但目前，由于工业界对预防性维护技术的需求，故障诊断领域的研究重点已逐步转向状态监测、预测性维修和故障早期诊断领域，其为智能维护技术的实现打下了扎实的基础。实际上，目前的故障诊断研究已经趋向于智能维护领域的初级阶段。

美国KLA-Tencor公司预测，半导体制造业将向智能化电子诊断的方向发展（即智能维护），从而实现实时地监测和调整设备的运行，而这一技术的采用将影响整个工业界，而不仅仅是半导体制造业。因此，目前有很多国际知名企业已把智能维护技术作为企业的主要发展战以促进维护策略从平均故障间隔MTBF（Mean-time-between-failure）平均衰退间隔MTBD（Mean-time-between-degradation）的转变，实现企业设备和产品在其生命周期中的近乎零的故障发生率，从而大大提高国际市场的竞争力。

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二、研究方案（包括研究目标、研究内容、拟定解决的关键问题以

及方案可行性分析）

2.1 研究目标

本项目的主要目标立足于研究一种面向于工业制造业智能维护的实时嵌入式软件平台，通过对国内外面向于工业应用领域的实时嵌入式系统和智能维护的分别研究，拟定在现有的开放架构实时操作系统嵌入式linux的基础上，通过直接修改linux内核的方法，采取双内核方式来实现工业设备对嵌入式系统的软实时要求。同时将智能维护的一部分算法集成到内核中，设计一种集合性能分析、信息预测和优化于一体的嵌入式无线预测智能体ETPA

（Embedded Tether-free Prognostic Agent），将智能维护的其余部分算法在应用层完成设计，从而在这基础上，研究制定“面向于工业制造业智能维护的实时嵌入式软件平台1.0”版本，作为国内工业制造业智能维护的实时嵌入式操作系统的协议标准。

2.2 研究内容

为了有效的研究出集合智能维护的实时嵌入式操作系统，必须要在目前的开发架构的嵌入式Linux基础上进行深入分析和研究，其中一种双内核的基本模型机制来实现工业设备的软实时要求是关键的第一步，否则研究工作将无法开展下去。实现双内核的基本模型的研究工作主要分为以下几步：

1） 将嵌入式的linux内核分为基本内核和实时内核,其中基本内核仍然为嵌入式linux的内

核，主要负责任务调度、同步机制、文件功能等。而实时内核主要负责硬件的实时要求，系统性能分析，信息预测和优化等设备对实时性要求较高的任务。 2） 实时内核动态加载。 嵌入式实时Linux的实时内核是动态加载的。实时任务被激活前，

实时内核并没有启动，基本内核通过硬件抽象层RTHAL透明访问硬件，就像RTHAL不存在一样。当实时任务被激活时，RTHAL结构发生变化，基本内核被实时内核接管。 3） 调度处理。 当中断到来时，实时内核判断它是基本内核中断还是属于实时中断，分

别进行处理。若是基本内核中断，如果当前有实时任务正在运行，则只是设置一下中断标志位，悬挂此中断，如果没有实时任务运行，则调用基本内核的中断处理程序；如果此中断是实时中断，就直接调用相对应的实时中断处理程序。注意，实时中断可以抢先基本内核任务的执行。

在上面建立双内核模型后，研究工作的关键第二步就是设计嵌入式无线预测智能体ETPA算法来实现实时操作系统内核对设备的智能维护,它的主要研究工作分为：

1） 研究和建立一种设备和产品的性能退化评估算法。它的主要功能是在设备故障产生之

前，对当前设备进行功能监测、性能预测和分析，从而确定故障可能发生的概率。 2） 研究和建立一种数据转换、优化和同步算法。它的主要核心是建立智能数据交换平台D2B(Device to Business),从而实现应用层和设备层的直接对话机制。

3） 研究和建立一种有效的无线数据接受、调度和发送算法。它的主要功能在于保证数据

的安全发送和接受即QoS。

研究工作的第三步就是融合上面的工作，建立一套完整的测试平台，以验证软件平台的稳定性，可靠性，软实时性和智能维护性。

2.3 拟定解决的关键问题

从目前来看，本项目主要面临的关键问题有：

1） 如何建立一个非常有效的，真实可行的实时linux双内核模型。尽管目前国内外采取

双内核模型来实现软实时性要求有几种机制，比如：Montavista。但是Montavista不具备内核的动态加载机制和设备中断的调度机制。而且在硬件抽象层（RTHAL），Montavista也没有相应的硬件响应算法，这种都直接影响了模型的建立。

2） 如何来有效的实现嵌入式无线预测智能体ETPA，以及ETPA的基本模型如何建立。

由于我们将智能维护的核心技术都由ETPA来实现，因此建立ETPA的模型尤其重要。尽管目前我们已经进行了一定程度上的模型仿真测试，但是仍然没有一个相对成熟的算法，这些关键问题主要表现在：

? 如何建立一套设备和产品的性能退化评估算法。相对来说，性能退化评估更加

应该注重两个方面：预测方法和信息融合。目前国外研究的预测方法主要集中在逻辑回归和小波神经网络预测算法[?]，而在信息融合方面，由于设备的复

杂性，某项性能的退化可能表现不同的方面例如轴的不平衡可能表现为振动、温度波动，可用不同的传感器进行检测。同样，一种传感器有时也可同时检测几种不同类型的性能变化。因此，在数据层、特征层及决策层上采用信息融合技术，综合考虑多个传感器的信息，才能提高设备性能评估的有效性[9]。因此建立一套设备和产品的性能退化评估算法的核心是建立一个有效的性能退化?

评估工具。

如何实现数据转换、优化和同步算法。尽管D2B 平台体现了ETPA 与高层系统进行信息交互的“智能”特性。但是目前D2B 平台尚处于研究初期，怎样根据远程系统对信息的实际需要，对数据进行压缩和提取，以及怎样将设备性能信息进行合理的表达，转换成专家系统或其它决策系统所需的知识表示的方式，怎样协调和同步不同系统作出的决策，有待于深入研究和探讨。 ?

采取那一种无线通信方式可以有效提高数据的QoS。尽管目前有很多种无线通信方式可以采取，比如CDMA,GPRS或者未来的3G等，但是进行远程智能维护需要进行大量的数据通信，而且还要涉及到数据安全性问题，因此这也是一个需要深入探讨的问题。

3、拟采取的研究方案及可行性分析

3.1研究方法和技术路线：

根据本项目面临的关键性技术难题，我们拟定采取以下的研究方案来解决：

1） 首先深入分析当前嵌入式linux内核对于中断响应、文件处理和任务调度方面的基本策略，在当前国内外对于嵌入式实时linux方面所作的一些最新成果的基础上，采取双内核来处理不同优先级的任务要求，拟定用两种基本策略来解决目前采取双内核方面来实现软实时方面的基本困难：一个是内核动态加载方式（IDE），另外一个是不同优先级任务之间的调度机制。这是我们本项

2）

目研究工作的第一个需要解决的方案。 其次是拟定采取“嵌入式无线预测智能体ETPA”模型来解决嵌入式linux实时内核对于工业制造业设备的智能化维护。到目前为止，我们进行仿真的基本模型拟定如下图所示：

图3：嵌入式无线预测智能体ETPA算法模型

从上面可以看到：将数据转换/优化/同步D2B平台和智能预测/诊断/决策 Watchdog

Agent内嵌到嵌入式LINUX实时内核中是我们拟定采取的第二步研究方案. 3) 结合工业制造业对嵌入式设备的技术特点、支持软实时和智能维护的实际需求，

对目前研究的智能维护IMS进行大胆的创新，同时对嵌入式LINUX内核进行大胆修改，尤其在硬件抽象层RTHAL协议、动态内核加载协议、无线网络管理协议以及仿真测试做创新设计；

4）理论研究、理论仿真以及和实际应用相互结合，相互促进。

3.2 可行性分析：

根据上面论述的研究方案和技术路线，在项目立项开始后的前两年首先要解决实时嵌入式操作系统的内核模型建立、智能维护系统IMS的核心关键问题：嵌入式无线预测智能体ETPA模型的建立和算法的仿真，然后在项目的第三年完成整个模型的融合，代码测试和操作系统第一版本的发布。从本项目到目前为止，我们项目组所进行的理论分析和跟踪国内外同类研究的进展来看，三年时间完成“面向工业制造业设备智能化维护的实时嵌入式软件平台”是切实可行的，而且无论在理论创新上，还是在实际工业制造业应用领域本方案的提出和立项都是非常必要和适时的。

4、本项目的特色与创新之处

“面向工业制造业设备的智能维护”作为一个全新的理念，在国外的发展历史也不过才最近几年，而且整个理论体系也在逐渐提出和完善之中。而将对工业设备的智能维护的理论体系和算法模型内嵌到实时嵌入式软件平台中，作为实时嵌入式操作系统的内核的一部分来完成相应的设备性能分析、预测等工作是本项目的最大创新之处。要完成这个全新的创新工作，需要对目前实时嵌入式Linux的内核进行细致，认真深入的分析，从而在这个基础上创新性提出“双内核模型”，“内核动态加载算法”和“优先级任务调度机制”。这些创新可以说在目前国外的文献中并没有任何可以借鉴之处，因此需要我们做许多创新性的工作。这也是本项目的最大特色。

5、年度研究计划及预期研究结果

5.1年度研究计划：

根据本项目的前期分析来看，整个项目的研究工作主要分为三个阶段来完成，每个阶段根据年度计划完成,根据项目立项到项目完成，预计需要大约三年时间，每年的主要时间分配如下：

1） 2006.10~2007.9：完成实时嵌入式操作系统“双内核模型”，同时将“动态加载算法”，

“优先级任务调度机制”两个算法内嵌到“实时内核”中，通过软件仿真来完成解决嵌入式linux内核和“实时内核”各自存在的问题。这个阶段的工作是实现下一

个研究工作的基础，因此无论从理论研究方面还是从实际代码编写和仿真测试方面都是具有十分重要的意义。

2） 2007.10~2008.9：完成“实时内核”中智能维护工业设备最重要的一个算法模型“嵌

入式无线预测智能体ETPA”的建立。其中前半年主要完成ETPA中最关键的算法模型“数据转换/优化/同步D2B平台”和“智能预测/诊断/决策 WATCHDOG AGENT”内嵌到实时嵌入式LINUX的实时内核中。后半年完成这个部分的软件仿真测试。 3） 2008.10～2009.9：前半年完成智能维护其余部分“电子维护ERP/CRM”和“无线

网络决策分析WDM”在实时嵌入式操作系统应用层的模型建立和代码编写，下半

年完成整个项目的软件仿真和硬件环境测试，同时完成测试报告，完成“面向于工业制造业设备智能维护的实时嵌入式软件平台V1.0版本”。

5.2 预期的研究成果

根据本项目的研究背景和研究结果来看，主要致力于完成以下的研究成果：

1） 发布国内第一个“面向于工业制造业设备智能维护的实时嵌入式软件平台”主要

包含两个成果：具有智能维护的实时嵌入式操作系统和操作系统上层决策应用程序。

2） 将上面的研究成果立即产业化，应用到国内制造业领域，可以估计，这将给迅速

提升我国制造业产品质量和适应国外同类产品的竞争带来巨大的经济效果和社会效应。

3） 将所作的研究成果通过以开展国际学术会议、国际学术交流，发布各种学术论文

等方式来扩大我国在工业制造业自动化和数字化中的影响力，从而提升我国制造

业产品的国际影响力。

三、研究基础和工作条件

1、研究基础

为了有效开展本项目的研究工作，到目前为止，我们主要对以下几个方面进行了深入分析和研究：

1） 当前所有面向于嵌入式设备的操作系统的理论研究和实时应用分析，主要重点放在

VxWorks,pSOS，WINCE和嵌入式linux上。考虑到代码开放型、产权问题以及可行

性研究等方面的考虑，我们拟定选用嵌入式linux作为本项目开展的基础。对它的研究，主要围绕“内核可调整和重设计”展开。重点放在“优先级任务调度”，“中断决策分析”，“内核可动态加载可行性分析”等问题上，在这个方面，我们已经获得了比较丰富的参数和资料，这为我们开展下一步的工作奠定了坚实的基础。

2） 对目前国内外开展的“智能维护系统IMS”进行了密切跟踪和深入分析，从而提出“嵌

入式无线预测智能体ETPA”来实现智能维护的两个最基本内核“数据转换/优化/同步D2B平台”和“智能预测/诊断/决策 WATCHDOG AGENT”。下一步主要开展模型建立的可行性分析上了。

3） 为了获取到工业制造业设备应用的第一手资料，我们已经对目前国内外，尤其是日本

在该领域上面的设备改造进行实时分析和预测，根据目前日本、美国和欧洲设计的工业设备情况来看，将智能维护算法嵌入到嵌入式设备中在未来几年必将成为设计的热点。

4） 从项目组成员的经历、研究成果分析，对于开展本项目也是有效的。其中，项目负责

人

2、工作条件

策分析”，“内核可动态加载可行性分析”等问题上，在这个方面，我们已经获得了比较丰富的参数和资料，这为我们开展下一步的工作奠定了坚实的基础。

2） 对目前国内外开展的“智能维护系统IMS”进行了密切跟踪和深入分析，从而提出“嵌

入式无线预测智能体ETPA”来实现智能维护的两个最基本内核“数据转换/优化/同步D2B平台”和“智能预测/诊断/决策 WATCHDOG AGENT”。下一步主要开展模型建立的可行性分析上了。

3） 为了获取到工业制造业设备应用的第一手资料，我们已经对目前国内外，尤其是日本

在该领域上面的设备改造进行实时分析和预测，根据目前日本、美国和欧洲设计的工业设备情况来看，将智能维护算法嵌入到嵌入式设备中在未来几年必将成为设计的热点。

4） 从项目组成员的经历、研究成果分析，对于开展本项目也是有效的。其中，项目负责

人

2、工作条件

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