忙碌的电路梳理工作,一直干到四月。
老树枝头,嫩绿的新芽,悄悄试探着风中的暖意。
走廊里的高音喇叭照例在播送着最新指示,声音从远处传来,模模糊糊的,像隔了一层棉花。没有人关掉它,也没有人在认真听。吕辰把窗户关上,那声音就消失了,会议室里只剩下铅笔划过纸面的沙沙声。
办公室里,诸葛彪手里夹着一支红双喜,一看就是从李怀德那里顺来的,整个6305厂,能稳定地抽这种高级烟的就李怀德一人。
诸葛彪一副如释重负的表情:“键合机的事,咱们算是告一段落了。五颗芯片,全部通过验收。剩下的就是6305厂的事了。”
曾祺从包里掏出一个笔记本,念起测试数据。
效果很不错,图像预处理、特征提取、位置偏差计算、运动控制、超声焊接控制,键合机的五颗芯片各流了60套,良率最低71.4%,最高86.7%。
念完之后,他合上笔记本,靠在椅背上,长长地吐了一口气。
“运动控制芯片的良率低了一些,主要是pId算法部分逻辑太密集,版图上有些地方的线宽控制不好。下一版优化一下布局,良率能提到75%以上。”
钱兰把测试和验收报告放在吕辰桌上:“键合机会战的硬件部分,是包教授、秦教授他们的事了,工程样机图纸也从上海机床厂发来了,等芯片回来就能装整机,咱们可以撤了。”
吕辰点了点头,把搪瓷缸子放下,拿起桌上那沓测试报告翻了翻。
报告写得很详细,每颗芯片的测试数据、失效分析、改进建议,一项一项列得清清楚楚,最后一页是陈光远的签字,字迹工整,力透纸背。
“恭喜大家了,你们赶上了好时候。”吕辰把报告合上,呵呵笑了起来,“键合机刚刚忙完,就赶上工业计算机这种大场面,得好好庆祝一下啊。”
诸葛彪瘫坐了下来:“吕辰,你就别说风凉话了,你早就等着了是不是?”
吕辰笑了起来:“诸葛师兄,这可是李书记安排。你自己想想,这几个月,李书记的私库被你祸祸成啥样了,好家伙,一天一包红双喜,天天不断,财主老爷都顶不住啊。所以李书记痛定思痛,着我赶紧把你领回来。”
诸葛彪立即站起来:“小辰你说说,李书记给了你多少好处?”
“诸葛师兄,你可别乱说,我是私相授受的那种人吗?”
“哼,我还不知道你!”
诸葛彪说着,打开了吕辰的换衣柜,下面整整齐齐地放着10条红双喜。
“好家伙!曾祺、钱兰,你们看看,这家伙眉清目秀的,还以为是什么好人,我们在前面冲锋陷阵,他在后面捞好处。”
说着,全部抱了出来,堆在桌子上。
他拆了一条,自己揣了三包,又给曾祺三包,剩下的四包丢给吕辰。
吕辰笑呵呵地看着,等他分完,把剩下的九条推给曾祺:“曾师兄,师弟们这些时间辛苦了,李书记给大家申请了这些犒劳大家,你回头去给他们分了,低调点。”
他又拿出一个包递给钱兰:“钱师姐,师妹们也有份,李书记给大家申请了一些雪花膏,也拜托你帮忙发一下。”
曾祺笑道:“李书记这是兵马未动,粮草先行,想必定有大战,说吧,要怎么卖命?”
吕辰也不废话,走到墙边,拉开盖在黑板上的布帘。
黑板上,画着一张巨大的表格。
表格的左边,列着“产线类型”“控制回路数量”“已梳理模块”“待梳理模块”等栏目,右边是一串数字,用红色粉笔标注着。
“全国137条自动化产线,我们已经梳理了93条,提炼出通用模块637个,专用模块462个。”吕辰指着那串数字,“还有44条自动化产线没看,另外还有200多条普通产线,虽然没上自动化,但控制回路也有参考价值。”
他转过身,看着诸葛彪、钱兰、曾祺。
“键合机会战之前,我们只有自动化控制中心那30来号人,进度太慢。现在键合机告一段落,第八组30人也该拉上去了。”
诸葛彪把烟点着,吸了一口,慢慢吐出来:“你的意思是,第八组全部投入电路梳理?”
“对。”吕辰说,“第八组这30人,跟着咱们做了编程机、做了显示控制、做了接口芯片,基本功已经扎实了。现在是时候让他们接触真正的工业现场了。”
钱兰翻开笔记本,在上面写了一行字:“第八组30人+自动化控制中心36人,共计66人。”
她抬起头:“人够了。但怎么分工?”
吕辰走回桌前,从抽屉里抽出一张折叠的图纸,展开铺在桌上。
那是一张全国产线分布图,上面密密麻麻标着各个钢厂、机械厂、轴承厂的位置,旁边贴着便签,写着“已完成”“进行中”“待梳理”等字样。
“我的想法,还是分成五个组。”吕辰指着图纸上的几个区域。
“第一组,负责轧钢类产线。热轧、冷轧、型钢、线材,这些是最复杂的,张力控制、活套调节、飞剪同步,逻辑多,变种也多。曾师兄带队,从第八组抽12个人,自动化控制中心那边再补6个。”
曾祺点了点头,在本子上记下来。
“第二组,负责热处理类产线。正火、回火、退火、淬火,这些主要是温度控制、多段升温曲线、炉压控制。钱师姐带队,第八组8个人,自动化控制中心4个。”
钱兰应了一声,又低头在笔记本上写了一行字。
“第三组,负责锻造和冲压类产线。锻压机、冲床、剪切线,这些主要是位置控制、同步控制、安全连锁。诸葛师兄带队,第八组8个人,自动化控制中心4个。”
诸葛彪弹了弹烟灰:“行。”
“第四组,负责轴承和精密加工类产线。磨削线、超精线、装配线,这些精度要求高,逻辑相对简单但细节多。我带队,第八组剩下的2个人,自动化控制中心6个。”
他在图纸上画了最后一个圈。
“第五组,负责那200多条普通产线。这些产线没有上自动化,但很多控制回路是通用的,限位控制、顺序启动、延时停机,可以提炼出来做基础模块。由李师兄带着自动化控制中心抽剩下的16人,专门干这个。”
钱兰把分工记完,抬起头:“时间呢?”
吕辰想了想:“五一之前,全部梳理完。”
“一个月?”诸葛彪皱了一下眉头,“137条自动化产线,200多条普通产线,66个人,一个月?平均每人每天要看将近一条产线?”
“不是每条产线都从零开始。”吕辰说,“很多产线的控制回路是相似的,轧钢线和轧钢线之间,热处理炉和热处理炉之间,逻辑大同小异。我们不是要一张图一张图地看,是要把已经提炼出来的637个通用模块和462个专用模块,对照着没看完的图纸,快速过一遍。发现新东西就补充,没有新东西就确认。”
他顿了顿,又说:“而且,普通产线那边不需要每张图都细看,挑典型的,一个类型看三五张就够了。”
曾祺问了一句:“那200多条普通产线,分布在不同的行业,轧钢、机械、化工、纺织,都有。咱们的人对这些行业的工艺不一定熟悉,怎么保证提炼出来的模块是通用的?”
这个问题问到点子上了。
“所以,第五组不能只待在档案室里看图。”吕辰说,“李师兄说了,他亲自带着下厂,人事上他们熟,去亲自找老师傅问,把实际的控制逻辑摸清楚。”
钱兰点点头:“普通产线虽然简单,但量大面广,很多控制逻辑是跨行业通用的。比如电机的星三角启动、水泵的液位控制、传送带的顺序启停,这些在哪个行业都能用上。把这些提炼出来,工业计算机的适用范围就不只是钢铁行业了。”
吕辰看了看墙上的挂钟,已经快九点了。
“行了,分工定了,现在就去叫人。”
四个人收拾东西,出了办公室。
接下来的日子,整个自动化控制中心的档案区热闹了起来。
每天天不亮,走廊里就有了脚步声。搪瓷缸子碰撞的声音、图纸翻动的声音、铅笔划过纸面的沙沙声,混在一起,从早到晚,不停歇。
五组人分布在不同的区域,每组一个角落,桌上堆着高高的图纸,墙上贴着产线的工艺流程图,红蓝铅笔的笔尖磨秃了一根又一根。
吕辰的第四组在最外面,负责轴承和精密加工类产线。
这类产线的逻辑相对简单,但细节多。磨削线的砂轮修整时机判断、超精线的油石压力控制、装配线的压装位移监测,每一个都是小逻辑,但每一个都关系到产品质量。
他带着6个人,一条产线一条产线地过。
轴承线的磨削循环控制,他们发现了三种不同的实现方式,有的是按时间控制,有的是按磨削量控制,有的是按声发射信号控制。
“这三种方式,各有优劣。”吕辰在黑板上画了三张简图,“时间控制简单,但砂轮磨损后精度下降。磨削量控制精度高,但需要在线测量。声发射控制响应快,但传感器贵。”
他转过身,看着组里的人:“通用模块要同时支持这三种模式,用户自己选。”
赵大江在笔记本上记下来,然后在“磨削循环控制模块”那一页加了一行备注:“支持时间、磨削量、声发射三种模式,可配置。”
李师兄的第五组在隔壁的小会议室里,负责那200多条普通产线。
这是最辛苦的一组,16个人,近的要跑工厂,看设备,跟老师傅聊天,把那些写在经验里、没画在图纸上的控制逻辑摸清楚;远的要打电话,经过各种转接,跟兄弟单位的技术员不厌其烦地聊,整个会议室仿佛一个战时指挥中心。
30多名生力军的加入,仅两个星期就找到了节奏,进度开始明显加快了。
每天下午五点,大家准时到大会议室开碰头会。
五个组轮流汇报进度,把当天发现的新模块念一遍,把遇到的问题摆出来,大家一起讨论解决方案。
有时候讨论热烈了,会开到七点多才散。食堂的炊事员把饭菜送到会议室,大家端着碗边吃边聊,嘴里的饭还没咽下去,就开始争论下一个问题。
到了4月28日,137条自动化产线,241条普通产线,全部完成。
钱兰把所有数据汇总,做成一张总表。
她的桌上,摊着五组交上来的标准模块手册,她一本一本地翻,一页一页地核。
五本手册,加起来八百多页,每一页都写着模块名称、功能描述、逻辑步骤、特殊需求、建议的硬件支持。
她把所有模块重新分类,按照“通用逻辑”和“专用逻辑”两个大类,整理出一张总表。
通用逻辑73类,1867个基本操作——都是绝大多数产线都会用到的读开关、驱动继电器、定时、计数、模拟量采集等基础操作,数量有限,但使用频率极高。
数字量输入/输出、模拟量输入/输出、热电偶/热电阻信号调理、定时器、计数器、比较器、逻辑运算、锁存器/触发器、脉冲捕捉、看门狗、电源监测与复位、光电隔离、通信接口……
钱兰在每一条后面都标注了使用频率和典型应用场景。
专用逻辑462个,以微程序形式写在二维卡上——都是某一条或某一类产线特有的控制算法,数量庞大,变化多样。
轧钢线的张力控制算法、热处理线的多段升温曲线控制、锻造线的位置同步控制、轴承线的磨削循环控制、飞剪的同步剪切算法、连轧的活套控制、酸洗线的张力与速度解耦……
吕辰在总表的末尾写了一行字:“通用逻辑做成硬件芯片,专用逻辑写成微程序模块。”
然后他站起来,走到黑板前,把这两行字写在最上面。
“电路梳理,到此结束。”他转过身,看着会议室里的人,“接下来,转战集成电路实验室。”
五月二日,假期刚过,第八组的设计室里,30人全部到齐,还有曾经参与星河cAd接口芯片设计的12名新人。
黑板上,画着工业计算机的“五大模块”架构图——中央处理模块、存储模块、输入/输出模块、通信模块、电源模块。
吕辰站在黑板前:“电路梳理已经结束。73类通用逻辑,1867个基本操作。这些,就是我们要做成芯片的东西。”
他指着黑板上的架构图:“按五大模块分类,我把这些通用逻辑分配到了26颗芯片上。”
他拿起粉笔,开始讲解芯片分类。
“中央处理模块是整台计算机的大脑,是唯一需要运行通用微程序的部分,要读取二维卡上的控制程序,并据此发出指令。我们做一个4芯方案——1颗主控制核心运行主控微程序,负责顺序控制、连锁保护逻辑;1颗冗余监控核心,与主核心跑同样的程序,结果比对,不一致就报警或接管;2颗定点运算器,负责处理简单的算术运算,如计数、计时、累加。”
钱兰问:“完全不考虑浮点运算吗?”
“暂时不考虑。工业控制主要还是温度、压力、速度,定点够用了。”
吕辰继续讲存储模块:“存储模块,我们做一个7芯方案。1颗程序存储器,固化操作系统和自检程序,只读;5颗数据存储器,暂存生产过程中的温度、压力、速度等数据,可读写,每秒钟记一次,循环缓冲区;1颗参数存储器,存储工艺参数,可擦写,通过插二维卡加载。”
诸葛彪弹了弹烟灰:“5颗数据存储器?一条产线用得着这么多吗?”
钱兰摇头:“诸葛,你算算,温度、压力、速度、位置、电流、电压,上百个数据点,每秒钟记一次,数据量不小。5颗只能算是勉强够用。”
“钱师姐说得对,先这样,不够再加。”吕辰点点头,“输入/输出模块是专用芯片最多的部分,负责与车间里的传感器、电机、阀门打交道。这是大头,保守估计,需要9颗。”
他掰着手指头数:“2颗数字量输入隔离,接收开关、按钮、限位开关的信号,光电隔离,保护计算机;2颗数字量输出驱动,驱动继电器、接触器、指示灯;2颗模拟量输入,将温度、压力、流量等连续信号转换为数字量;2颗模拟量输出,将数字控制量转换为模拟信号,控制变频器、调节阀;1颗热电偶/Rtd接口,专门处理热电偶、热电阻信号的放大和线性化。”
诸葛彪又问:“热电偶和热电阻的接口电路不一样,一颗芯片能搞定?”
“信号调理部分做在一起,前端加一个可编程增益放大器,通过配置寄存器选择热电偶或热电阻模式。这样一颗就够了。”
诸葛彪点了点头,在本子上记下来。
接下来是通信模块,吕辰设计了一个3芯组合:1颗二维卡接口,读取微程序和数据;1颗串行通信控制器,实现RS-232/RS-485协议,用于未来联网;再预留1颗无线通信控制器,用于多机协同。
“无线通信控制器,先不设计。”吕辰说,“但接口要留出来。”
诸葛彪看着“无线通信控制器”那一行,沉默了几秒:“吕辰,你说这个预留接口,什么时候能真正用上?”
“五年?十年?”吕辰笑了笑,“先留出来,等那天来了,不用重新设计。”
最后是电源模块,这是一个3芯方案:电压监测/冗余切换1颗,监控主电源,故障时在毫秒内切换到备用电源;过流/过压保护1颗,监测电流电压,异常时切断输出;dc-dc转换器1颗,将24V工业电源转换为芯片所需的±5V、±12V。
他放下粉笔,转过身,看着台下。
“26颗芯片,只有中央处理模块的4颗是可编程的‘大脑’,其余22颗全是功能固定的专用芯片。”
他顿了顿:“22颗专用芯片采用5微米工艺,4颗可编程芯片用2微米工艺。”
钱兰抬起头,有些疑惑:“吕辰,可编程芯片用2微米工艺?杀鸡用牛刀了吧?”
吕辰摇了摇头:“不是为了追求性能。2微米工艺能在同样的面积下做冗余设计。4颗可编程芯片,每一颗内部都可以塞下三套逻辑电路,一套跑程序,两套做备份。车间里不能停机,冗余比性能重要。宋教授那边昆仑1流片失败的教训,咱们不能白吃——高性能芯片追求的是‘快’,工业计算机追求的是‘稳’。宁可面积大一点,功耗高一点,也要保证在车间里跑上三年不出岔子。”
钱兰恍然,在笔记本上记了一笔。
吕辰走到桌前,从帆布包里抽出一沓稿纸,那是他这几天写的《芯片功能规格说明书》的草稿。
他翻开第一页,念道:“8路数字量输入芯片。功能:接收8路开关量信号,光电隔离,响应时间小于1毫秒。输入电压范围:0-24V,逻辑0:0-5V,逻辑1:15-24V。隔离电压:2500Vrms。”
他把草稿放下,看着台下。
“每一颗芯片,都要写一份这样的规格书。功能、通道数、隔离要求、响应时间、保护功能,全部写清楚。”
曾祺站起来,走到黑板前:“方案已定,接下来分配任务。”
他拿起粉笔,在下面写了一行字:芯片功能规格说明书撰写任务分配。
“咱们还是按以前的分队。第一小队负责中央处理模块的4颗芯片,周建国牵头。”
“第二小队,负责存储模块的7颗芯片,陈晓牵头。”
“第三小队,负责输入/输出模块的9颗芯片,小张海牵头。”
“第四小队,负责通信模块的3颗芯片,孙丽牵头。”
“第五小队,负责电源模块的3颗芯片,刘刚牵头。”
他看了看旁边坐着的12个新人。
“第六小队、第七小队,机动支援。哪个模块任务重,就帮哪个模块。”
他放下粉笔,看着吕辰:“规格书,一周之内写完。”
吕辰点了点头:“写完规格书,下一步就是逻辑设计和版图。26颗芯片,按模块分工,各小队负责自己的那几颗。设计完成之后,交叉评审,互找bug。”
他提高声音:“工业计算机的芯片,和咱们之前设计的都不一样。咱们不追求性能,只追求可靠,要稳、要皮实。车间里的环境,高温、高湿、高粉尘、强电磁干扰,普通计算机扛不住,我们的工业计算机必须扛住。”
“所以,每一颗芯片的设计,都要考虑抗干扰、宽温工作、冗余保护。数字量输入要加滤波,模拟量输入要加钳位,电源芯片要加过压过流保护。这些,都写在规格书里。”
周建国举手:“吕师兄,中央处理模块的那4颗芯片,指令集怎么定?”
吕辰想了想:“从我们提炼出来的1867个基本操作里,挑出最常用的。读开关、驱动继电器、定时、计数、比较、跳转,这些做成硬件指令。其他的,用微程序实现。”
他拿起粉笔,在黑板上写了一行字:“精简指令集,约40-50条。”
“指令集的设计,理论组陈教授那边已经在做。等规格书写完了,我去找他碰。”
周建国点了点头,坐下来。
吕辰放下粉笔,宣布散会。
走廊里,阳光从窗户照进来,在地上投下一片金黄。
远处,红星轧钢厂的烟囱冒着白烟,在蓝天白云下缓缓升起。
高音喇叭还在播送着什么,声音模模糊糊地传过来,像某种遥远的背景音,已经没有人去分辨内容了。
吕辰站在窗前,看着那片烟囱,站了很久。
然后他转过身,拿起桌上的搪瓷缸子,喝了一口已经凉透的茶,继续翻开了下一份图纸。