韩栋站在地下三层的中央调度室,面前是一整面墙的闭路电视监控矩阵。
屏幕被均匀划分为三个板块,分别对应A区、B区、C区。
右侧的数据面板上,服务器负载曲线平稳走动。
A区画面中,马千里等人正蹲在地上测量一段拆解下来的主轴法兰。
韩栋的视线从A区移开,停留在中间的B区画面上。
三线作战格局已经形成。
硬件、控制、算法,这三根支柱缺一不可。
国内的工业体系目前过于偏科。很多大厂制造出几百吨的重型水压机,在机加工上实现微米级的公差,但在控制软件上,完全受制于人。
买国外的数控系统,买国外的PLC控制器,别人提供什么界面,国内工程师就使用什么界面。
韩栋喝了一口杯里的水。
他不打算让这些人继续安逸。
开发光刻机,制造五轴联动,那些现成的控制盒毫无用处。
B区控制实验室,室温恒定在22度。
十二台大型黑色机柜靠墙排列,面板上的网络指示灯进行着不规则的闪烁。
房间中央放置着一条长长的防静电工作台,桌面上没有任何机械结构件。
只有示波器、逻辑分析仪、多用表,以及几块焊接满黑色芯片的绿色印刷电路板。
墙面上没有悬挂机械三视图,而是张贴着大幅的集成电路引脚定义图和时序逻辑控制波形图。
11名控制组学员穿着白色的防静电服,脚踩防静电腕带,站在工作台前。
小刘站在这群人的中间区域。
他低头观察桌面上的那块电路板,主控芯片的丝印被故意打磨,芯片周围引出了一排排测试探针。
脚步声从门外传来。
倪光楠走入实验室,他手中拿着一个黑色的硬面笔记本。
学员们停止交谈,站直身体。
倪光楠没有转头,径直走到正前方的主控台,他按下电源总控开关。
工作台上十一台显示器同时亮起。
屏幕上加载出操作界面。
小刘快速识别出那是梯形图编程环境。
左侧是工程树,右侧是编程区,这是他们这群人最熟悉的界面。
小刘绷紧的肩膀稍微放松。
他在电机厂参与五年的电气控制工作,使用梯形图编写过数万步的控制逻辑。
倪光楠站在主控台前,双手放在键盘上。
他按下Alt键和F4键。
梯形图界面关闭。
接着他打开系统底层目录,输入一串指令。
图形化操作系统被强制退出,显示器彻底变黑。
两秒钟后,屏幕左上角跳出一个闪烁的白色光标。
命令行界面,纯DOS环境。
没有任何图形,没有鼠标指针。
小刘皱起眉头,周围的学员显露出困惑的神色。
倪光楠转过身,将黑皮笔记本放在桌面上。
“从现在起,忘掉你们脑子里的梯形图。”倪光楠的语气低沉,语速平缓。
“忘掉那些封装好的功能块,忘掉那些随手拖拽的定时器和计数器。”
他指着屏幕上那个闪烁的白色光标。
“你们要学会的是直接和硅对话。”
实验室里极其安静,机柜散热风扇的运行声音变得清晰。
倪光楠走到小刘面前的工作台,拿起一根带有鳄鱼夹的导线。
他将导线的一端固定在电路板的一个扩展引脚上,另一端连接一个五毫米红色LED发光二极管。
“任务只有一项。”
倪光楠指着那个红色的二极管。
“写一段程序,烧录进你们面前的那块芯片。”
“让这个红灯,在10微秒的时间内,精准闪烁100次。”
“误差不能超过50纳秒。”
声音落下,11名学员保持原有的站立姿势,没有动作。
几秒钟后,小刘快速在脑海中进行除法运算。
10微秒等于10000纳秒。
10微秒内闪烁100次。
亮和灭作为一个完整周期,总共需执行100个周期。
10000除以100,等于100纳秒。
也就是这个红灯必须亮50纳秒,然后灭50纳秒,循环一百次。
要求误差不超过50纳秒!
他转头看向旁边的学员。
那是一名来自鲁省机床控制研究所的高级工程师,名叫王磊。
王磊嘴唇微张,眼睛盯着那个红灯。
这超出了他们的认知边界。
在小刘过去的经验里,控制指示灯闪烁,只需在梯形图里调取一个内部脉冲继电器,或者应用两个定时器互相触发。
但定时器的最小时间单位,通常是1毫秒。
即便调用高速脉冲输出功能,最高频率限制在几十千赫兹范围内。
现在的要求,时间尺度被压缩到纳秒级别。
小刘的手指悬停在黑色的键盘上方,他看着那个闪烁的白色光标。
没有开发环境,没有硬件库函数,他甚至不知道那块芯片的具体架构类型。
他不知道寄存器的物理地址,不知道数据总线的位宽,面对一块打磨掉丝印的硅片,他无法采取行动。
倪光楠在工作台之间的过道踱步,他观察着所有人的状态。
“小刘。”倪光楠停住脚步,念出名字。
“到。”小刘立刻出声。
“你在电机厂操作PLC控制变频器驱动电机时,当系统检测到转子过流,从传感器发出信号,到变频器切断输出,这个过程的响应时间是多少?”
小刘回溯工厂里的实际测试记录。
“最快需要5毫秒。”小刘报出数值。
“5毫秒。”倪光楠重复这个数字。
倪光楠走向正前方的白板。拿起黑色白板笔。
“也就是我在这个实验室里要求你们做到的时间的500倍。”
倪光楠在白板上画出两个大方框。
“你们觉得5毫秒很快,对于普通的机床主轴,转动一圈消耗几十毫秒,5毫秒的反应时间在标准作业中达标。
但在启航的深蓝区域,对于需要稳定在两纳米精度的双工件台,或者需要执行飞秒级打孔的激光发生器而言,5毫秒的延迟足以导致设备报废一百次。”
小刘感觉到脸颊的温度升高。
“PLC是拐杖。”倪光楠的笔尖重重点击在白板上。
“你们习惯利用拐杖行走,因为不用自己掌握平衡。
德国人将底层代码全部封装,制作成一个黑盒子出售给你们,只需在外部进行连线。
现在,我要你们丢掉拐杖,用你们自己的双腿去奔跑。”
白板笔开始快速移动。
倪光楠画出七个长方形框,呈上下排列。
“这是你们习惯的工业控制协议栈。”
他在最上面的框内标注:应用层。
在最下面的框内标注:物理层。
“当在PLC界面里按下启动按钮。”
笔尖从最上方往下画出一条带箭头的实线,依次穿透下方六个框。
“信号经过应用层的解析,进入表示层打包,然后进入会话层排队,接着传输给传输层进行TCP或UDP封装。
再进入网络层寻址,转移到数据链路层添加MAC地址帧头。
最后转换为物理层的电平信号,通过网线发送。”
倪光楠画完这条实线,转身面对11名学员。
“每穿过一层,需要CPU消耗时钟周期执行计算,这些时间的总和,构成5毫秒延迟的根源。
中间遇到总线冲突时,还会产生无法预估的抖动时间。”
他拿起红色白板笔。
在最上面应用层的侧方,直接画出一条红色的直线,绕过中间五个框,直达最底下的物理层。
“启航的做法。”
“应用程序,直接写入硬件FPGA的逻辑门寄存器,不经过任何操作系统,摒弃协议栈封装。”
倪光楠放下笔。
“硬件时钟的赫兹数决定我们指令的执行速度。
假设系统时钟频率是100兆赫兹,一个时钟周期计为10纳秒。
我们要让灯亮50纳秒,只需维持5个时钟周期的高电平状态。”
“去除中间层。一个时钟信号触发一次动作。”
小刘的呼吸节奏加快。
理论表述明确。
跳过繁杂的手续,直接向最底层的硬件下达指令。
但落实在实操中,编程人员必须对硬件架构掌握极其深刻的理解。
不能出现任何逻辑差错,缺少操作系统的报错机制,细微错误会直接导致硬件锁死或烧毁。
“桌上放置了这块FPGA芯片的引脚地址映射表。”
倪光楠指向放置在示波器旁边的几页A4纸。
“应用最底层的汇编语言,编写程序并写入。”
中央调度室。
韩栋通过监听麦克风接收了倪光楠的讲解音频。
他拉过一张椅子坐下。
国内工程师目前展现出显著的工具依赖症。
长期使用西门子、发那科、三菱等公司提供的成熟开发工具,削弱了在底层构建框架的能力。
一旦国外厂商中止工具软件的更新,或者在底层逻辑里植入后门,国内的工业生产线将面临全面停摆。
赵宏刚在铝合金焊接上的遭遇构成一个明确的例证。
手册上的参数符合规范,但三菱的PLC底层存在延迟代码,这类代码无法在应用层修改。
打破技术迷信,实现全产业链自主可控。
必须培养一批人员,徒手搭建这套系统。
哪怕这个过程充满挫折。
这11个人,是各地选拔出的首批核心力量。
他们必须经历从应用层降落到物理层的技术重构。
只有掌握汇编级别的时间控制,他们才能真正理解启航天工机床实现零延迟预判切削的根基。
韩栋注视显示B区机柜运行状态的面板。
真正的算力资源尚未对他们开放,目前仅利用单片集成电路开展基础训练。
实验室里。
王磊拿起那份A4纸,纸面上印满十六进制的内存地址。