目前，智能工厂已经成为全球制造业数字化转型升级的重要方向，其促进了传统研发范式、生产方式、服务体系的全方位变革，而操作系统作为连接硬件、调度资源、支撑应用的核心枢纽，在智能工厂建设中起到了至关重要的作用。
2024年，云南省先进制造业标杆企业——云南云天化石化有限公司（简称云天化石化）建设的基于数字孪生的精细化工智能工厂，实现了产品定价、排产计划、工艺参数以及设备维护等全方位的优化升级，推动生产模式从“经验驱动”变革为“数据驱动”，成为省内仅有的两座卓越级智能工厂之一。在智能工厂建设过程中，元脑服务器操作系统KOS（简称KOS）发挥了“神经中枢”的重要作用：向下支撑1200余台智能设备的数据传输，向上承载融合通信系统、LIMS系统、三维建模、数字孪生等十余款关键业务应用，同时通过稳定高效的任务调度能力，支撑工业场景下AI多智能体的高效协作。
云天化石化卓越级智能工厂建设对系统平台带来新挑战
云天化石化依托省内千万吨级炼油基地服务于中外油气管道项目，在石化产业链延伸与区域经济发展中发挥了重要作用。随着信息化技术的发展，云天化石化积极顺应智能制造的产业趋势，通过引入先进的信息化技术与自动化设备，推动生产过程的智能化升级，然而，在智能化转型过程中，云天化石化面临诸多挑战。
■ 首先，公司生产过程高度依赖于数据实时性、完整性与连续性，操作系统需要支撑数据的稳定采集、高效传输与灵活存储拓展。云天化石化生产和经营过程中，需要以生产订单、产品牌号、工艺路线、原辅材料供应等数据作为排产输入；同时需要全面评估装置设备产能，收集温度、压力、湿度等环境数据以及设备运行状态数据。而操作系统须高效支撑各类数据采集设备、分析算法及数据处理模块等协同运行，并通过优化文件系统与存储管理等，保障生产数据的实时性、完整性与连续性。
■ 其次，云天化石化的数字化经营覆盖13个环节近20个场景，操作系统须兼容各场景中的上层应用生态。公司的数字化经营包含产品设计、计划调度、能碳管理、供应链管理等环节，每个环节涉及不同的数据库及应用软件，对底层操作系统的兼容性提出了很高要求。以产品设计的改性研发环节为例，采用了工业仿真、大数据处理、机器学习等计算引擎，涉及热力学库、设备库、物性库等模型库，以及物性、热力学、模型、API等接口体系，操作系统需要与上述所有计算引擎、模型库与接口体系兼容适配。
■ 第三，智能工厂加速接入工业互联网，内外部安全威胁愈发复杂，安全防御体系亟需升级。公司现有防御体系侧重于外部网络攻击防护，在企业出口、生产网和办公网之间部署工业安全网关，从而阻断外网非法链接、非法入侵等行为。然而，对于来自内部的恶意攻击或者误操作缺少有效的防范手段，亟需进行全面升级。■ 最后，公司的工业场景结合了AI多智能体，具备多节点协同、时延要求复杂等业务特征，需操作系统提供稳定高效的任务调度能力，支撑多智能体协同工作。公司在智能化改造过程中运用了多种智能体，覆盖了生产、制造、库存、销售等各个环节。以生产环节为例，公司结合DeepSeek与AI价格预测算法，通过时间序列模型预测期货价格辅助定价；再基于定价与订单数据，通过启发式算法与求解器工具，实现APS高级计划排产系统的智能优化；利用软测量算法与机器学习模型分析传感器数据，精确模拟气化炉关键运行参数，为工业控制系统提供准确的数据支持，从而实现对生产过程的智能控制。针对云天化石化转型过程中面临的挑战，KOS通过软硬件兼容适配、优化软件包的集成和安装、构建安全防御体系等举措，为智能工厂搭建起稳固高效的数字底座。
■ 为数据采集传输与处理分析提供了稳定、高效的系统环境。KOS原生支持多种工业通信协议，如工业以太网、CAN总线、Modbus等，保障了智能工厂中自动化仓储设备、智能传感器等1200余台智能设备，能够通过不同的通信协议以及接口标准完成数据采集，并传输至实时数据库进行分析。针对计划调度智能排产系统，KOS与实时数据库系统i-sys进行了深度适配调优，在保障数据传输的稳定性与完整性同时，降低了智能排产系统的生产成本。
■ 兼容支持十余款关键业务应用，稳定支撑智能工厂全流程业务运行。针对公司复杂业务环境，KOS优化了软件包的集成范围与安装顺序，避免版本不匹配、配置错误或者缺失等软件依赖问题导致的系统性能下降甚至崩溃，保障了融合通信系统、LIMS系统、三维建模、数字孪生等关键业务应用正常运行、编译。
■ 通过内置安全模块，实现了系统安全加固、入侵检测、合规性检测等功能，有效防范外部攻击与内部泄密。KOS为云天化石化构建了主机“零侵入”安全防御体系，通过内置安全模块，对安全基线进行合规性扫描，减少被攻击的风险点，提升系统健壮性；通过强制访问控制，KOS对系统中的关键文件、目录、核心业务系统进程完成了安全加固，有效防止了外部攻击或内部误操作造成的数据泄露。此外，KOS为承载核心业务的系统提供极端情况下的救援模式，因软件包升级等导致系统崩溃，可在救援模式下全面修复文件系统、内核与软件包，恢复系统依赖关系，并通过挂载硬盘分区对重要数据进行紧急备份。
■ KOS凭借灵活的内核切换技术、轻量级通信机制以及针对复杂场景的优化能力，提升协同场景下多智能体整体性能与协同效率。KOS采用了实时内核与非实时内核的按需切换技术，能够满足协同场景下多智能体的不同实时性需求。
1. 在APS高级计划排产系统与IPC工业控制系统协同场景中，KOS稳定支持启发式AI算法与软测量AI算法的多智能体运行，并通过灵活切换内核，确保多智能体的高效协作。同时，KOS内置轻量级进程间通信机制，可实现低延迟、高吞吐量的通信，显著提升分布式资源的协同能力，进一步优化多智能体的协同效率。
2. 在期货商品价格预测场景中，KOS通过优化镜像构建与部署流程，解决了DeepSeek部署过程中的硬件兼容适配、驱动编译安装等问题，同时提供DeepSeek开箱即用的部署模式，极大提升了时间序列预测智能体的上线效率。
云天化石化智能工厂建设负责人表示：“操作系统作为核心基础软件，为智能工厂的建设提供了关键支撑。通过不断技术创新和优化，KOS为云天化石化智能工厂提供稳定、安全、高效的运行环境，促进公司精益生产管理与数字化赋能深度融合，推动高质量发展迈上新台阶。”
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