工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0可以幫助制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)智慧工廠，但是智慧工廠如何實(shí)施才是大家更關(guān)心的問題。

一、將真實(shí)的加工制造連接到工業(yè)4.0

如果使用了工業(yè)4.0技術(shù)，一個(gè)新的加工制造生產(chǎn)線可以實(shí)現(xiàn)多達(dá)25種的產(chǎn)品變化，同時(shí)將產(chǎn)量提高10%，庫存減少30%。工業(yè)4.0架構(gòu)的應(yīng)用讓制造商在生產(chǎn)過程中可以獲得更豐厚的投資回報(bào)率。工業(yè)4.0是一場(chǎng)工業(yè)的革命，目的是將信息技術(shù)（IT）的虛擬世界、機(jī)器的物理世界以及互聯(lián)網(wǎng)合為一體。其中心是將具有IT功能的所有工業(yè)領(lǐng)域都整合起來。這些科技提高了靈活度和速度，能夠使產(chǎn)品更具有個(gè)性化，生產(chǎn)更高效且規(guī)模可擴(kuò)展，以及在生產(chǎn)控制方面具有更高的可變性。機(jī)器與機(jī)器之間的通訊和先進(jìn)的機(jī)器智能化，提高了工藝的自動(dòng)化水平，并帶來了更多的自我監(jiān)控以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。開放的基于Web的平臺(tái)將大大增加制造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

在智慧工廠中，諸如智能手機(jī)或平板電腦這樣的智能設(shè)備，更多的投入使用，對(duì)機(jī)器工具或生產(chǎn)線的操作進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接。

■ 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）設(shè)備要想創(chuàng)建智慧工廠生產(chǎn)制造環(huán)境，需要注意以下5個(gè)方面：

1、分布式智能：這里說的分布式智能是指在智能傳動(dòng)和控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器設(shè)備中，加入盡可能多的智能和控制功能、或者單獨(dú)的傳動(dòng)軸，而不是從一個(gè)中央處理單元（CPU）來處理所有的動(dòng)作。擁有機(jī)器層面的過程數(shù)據(jù)并決定用它做什么，反映出了人們相信一臺(tái)機(jī)器可以經(jīng)過裝備使用過程數(shù)據(jù)做一些事情并且獨(dú)自改善工藝流程，諸如實(shí)現(xiàn)調(diào)整產(chǎn)量、更加有效率的利用能源等目標(biāo)，而不是依賴“云”來處理所有這些任務(wù)。聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器可以與更高的生產(chǎn)線級(jí)別、工廠級(jí)別以及企業(yè)級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)特定事件或特定產(chǎn)品的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。集成了傳動(dòng)的伺服馬達(dá)和無機(jī)柜傳動(dòng)系統(tǒng)將傳動(dòng)組件和運(yùn)動(dòng)邏輯順序放到了單獨(dú)的軸向上。

2、快速連接：那些允許數(shù)據(jù)在整個(gè)企業(yè)架構(gòu)中自由流動(dòng)的系統(tǒng)，往往需要持續(xù)的投資和改進(jìn)。一家工業(yè)4.0工廠車間所產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)和信息流，可能會(huì)讓公司的網(wǎng)絡(luò)不堪重負(fù)。我們?cè)撊绾胃倪M(jìn)自動(dòng)化系統(tǒng)中的硬件和軟件的功能，使這種設(shè)計(jì)流程更簡(jiǎn)單、花費(fèi)更少的時(shí)間以及更加開放？通訊路徑隨著其創(chuàng)建和實(shí)施而變得更加流暢。在決定應(yīng)該使用現(xiàn)場(chǎng)總線的什么功能時(shí)，應(yīng)該看一下生產(chǎn)平臺(tái)是否支持？對(duì)于不同供應(yīng)商系統(tǒng)的通訊與設(shè)備連接，通訊和控制平臺(tái)采取一種更加開放的方式很重要。

3、開放標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)：重點(diǎn)是要思考系統(tǒng)到底“開放”到什么程度，是否支持新興的通訊協(xié)議和軟件標(biāo)準(zhǔn)，以及開放的獨(dú)立組件如何讓智慧工廠成為現(xiàn)實(shí)。開放標(biāo)準(zhǔn)允許基于軟件的解決方案可以更加靈活地集成，并有可能將新的技術(shù)移植進(jìn)現(xiàn)有的自動(dòng)化架構(gòu)中。一臺(tái)機(jī)器的操作應(yīng)該支持與智能手機(jī)或平板電腦進(jìn)行簡(jiǎn)單的連接。軟件可以借助控制器與3D模型軟件的連接來加快自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器可以與模型之間發(fā)送指令以及接收反饋，使得機(jī)器的功能性在機(jī)械設(shè)計(jì)階段通過運(yùn)動(dòng)控制就得到優(yōu)化。

4、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)整合：在智慧工廠，可能利用實(shí)時(shí)的機(jī)器和工廠性能數(shù)據(jù)來改變自動(dòng)化系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝的管理方式。不用捕捉并分析數(shù)月以來有價(jià)值的關(guān)于生產(chǎn)率、機(jī)器停機(jī)時(shí)間或者能源消耗的數(shù)據(jù)，智慧工廠的管理平臺(tái)能夠?qū)?shù)據(jù)整合到常規(guī)的工廠管理報(bào)告之中。這會(huì)讓制造商和機(jī)器具備詳細(xì)的信息來執(zhí)行快速的工藝和生產(chǎn)變更，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品滿足特定客戶需求的愿景。

5、自適應(yīng)性：現(xiàn)實(shí)世界中的主動(dòng)性可以讓生產(chǎn)更加連貫并以需求為導(dǎo)向?？萍紟椭a(chǎn)線變得主動(dòng)。目標(biāo)就是讓工作站和模塊可以適應(yīng)個(gè)性化的客戶或產(chǎn)品需求。在一個(gè)制造液壓閥的工廠里，一套新的自適應(yīng)組裝生產(chǎn)線在每一件被加工件上都使用射頻識(shí)別芯片。生產(chǎn)線上的9個(gè)智能站會(huì)識(shí)別出最終產(chǎn)品是如何被裝配的，以及哪些工具設(shè)置和操作步驟是必須的。每個(gè)相關(guān)加工件都帶有藍(lán)牙標(biāo)簽，會(huì)自動(dòng)將信息傳送給裝配站。裝配步驟信息會(huì)根據(jù)不同的產(chǎn)品以及相關(guān)加工件的技術(shù)水平不同而顯示出來。該生產(chǎn)線可以生產(chǎn)一批相同尺寸的液壓閥，也可以不需要人工干預(yù)就能生產(chǎn)25種不同產(chǎn)品型號(hào)。不再需要設(shè)定時(shí)間或者多余的庫存。這使得生產(chǎn)線的產(chǎn)量增加了10%，庫存減少了30%。

二、讓工業(yè)4.0和IIoT在智慧工廠運(yùn)行

工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）能夠?yàn)樵O(shè)備（從傳感器到大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)）、數(shù)據(jù)和分析之間提供更好的連接性。傳感器和系統(tǒng)需要網(wǎng)絡(luò)連接來共享數(shù)據(jù)，分析有助于做出更明智的決策。物聯(lián)網(wǎng)主要包括4個(gè)基本元素：實(shí)體的設(shè)備、與設(shè)備之間的雙向連接、數(shù)據(jù)以及分析。設(shè)備可以是小到一個(gè)傳感器大到一個(gè)大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中的任何一種。傳感器和系統(tǒng)需要與更大的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，以共享由傳感器或系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析會(huì)產(chǎn)生可執(zhí)行的信息，其結(jié)果是讓人們做出精明的決策。

  在IIoT的實(shí)際應(yīng)用中，企業(yè)通過將設(shè)備或資產(chǎn)連接到云或者本地信息技術(shù)(IT)設(shè)施上來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳送。然后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備或資產(chǎn)更多的潛在信息，防患于未然。例如，監(jiān)控機(jī)械組件運(yùn)行溫度的傳感器可以追蹤任何異常狀況或者偏離底線的情況。這使公司可以主動(dòng)地處理不希望發(fā)生的行為，從而在可能造成有害危險(xiǎn)的系統(tǒng)故障加劇之前進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)，否則這些系統(tǒng)故障可能會(huì)導(dǎo)致工廠停機(jī)以及生產(chǎn)收益損失。這種類型的信息有助于企業(yè)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)性能效率的提高以及實(shí)現(xiàn)利潤的最大化。

■ 工業(yè)4.0讓加工制造更靈活：在一個(gè)生產(chǎn)制造流程，甚至是整個(gè)供應(yīng)鏈中，通過連接性推動(dòng)更多的新發(fā)現(xiàn)和系統(tǒng)優(yōu)化，這是工業(yè)4.0的核心概念之一，這種科技進(jìn)步也被稱為第四次工業(yè)革命。即將PC和機(jī)器連接到互聯(lián)網(wǎng)，并啟用信息物理系統(tǒng)（CPS）。使用物聯(lián)網(wǎng)和信息物理系統(tǒng)的概念會(huì)幫助實(shí)現(xiàn)“智慧工廠”的目標(biāo)，使生產(chǎn)制造具有前所未有的靈活性和非常高的精益生產(chǎn)效率。在生產(chǎn)制造中，一個(gè)顯著的特點(diǎn)是重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域從產(chǎn)品本身擴(kuò)展到了生產(chǎn)這些產(chǎn)品的工藝上。制造商需要靈活的生產(chǎn)線來適應(yīng)快速變化的客戶需求。靈活的機(jī)器運(yùn)行能夠生產(chǎn)很多類型的產(chǎn)品，通過調(diào)整批量大小來獲得更高的生產(chǎn)利潤，這使得同一個(gè)生產(chǎn)線可以運(yùn)行更復(fù)雜的混合產(chǎn)品以適應(yīng)客戶不斷變化的需求。

■ 從大數(shù)據(jù)到工業(yè)4.0的實(shí)施：今天，自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)可以在同一款軟件上實(shí)現(xiàn)，使得機(jī)器控制編程可以有多種語言，有助于提供更大范圍的工程工具來完成必要的任務(wù)。同時(shí)，也面臨多種語言的統(tǒng)一于管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的廣泛聯(lián)網(wǎng)與融合的問題。另外，協(xié)議的選擇應(yīng)該考慮到控制平臺(tái)，尤其是在工業(yè)4.0的連接性。許多傳統(tǒng)的PLC提供現(xiàn)場(chǎng)總線，考慮到與傳感器、伺服系統(tǒng)、以及其他運(yùn)動(dòng)控制硬件之間的確定性通訊，機(jī)器需要更快的、更靈活的通訊協(xié)議。當(dāng)一個(gè)訂單到了工廠里，系統(tǒng)會(huì)決定必須用到的材料，完成組件需要的機(jī)器，計(jì)算如何在工廠里最好地完成個(gè)性化的訂單，以及高效地打造個(gè)性化的櫥柜。這個(gè)例子說明了智慧工廠的獨(dú)特魅力：高效生產(chǎn)和出眾的靈活性、很少需要工廠人員的干預(yù)。

三、基于數(shù)據(jù)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)

如果沒有數(shù)據(jù)，就沒有大數(shù)據(jù)、云和分析功能，也就沒有工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）。IIoT需要開放的標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)和軟件標(biāo)準(zhǔn)可以為控制和制定決策所需要的信息提供數(shù)據(jù)?；蛟SIIoT應(yīng)該被稱為工業(yè)數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)。IIoT的數(shù)據(jù)來自于：開關(guān)和按鈕、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)、以及傳動(dòng)和視覺系統(tǒng)。IIoT的應(yīng)用擴(kuò)展到了控制器（例如PLC）、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、以及可編程自動(dòng)化控制器(PAC)。將來自于不同設(shè)備的數(shù)據(jù)整合起來創(chuàng)建行動(dòng)。從這一點(diǎn)上，數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔?，通過統(tǒng)一結(jié)構(gòu)與人機(jī)界面(HMI)、數(shù)據(jù)歷史站以及分析程序包進(jìn)行通訊。

根據(jù)CONTROL ENGINEERING的一項(xiàng)最新研究顯示，大多數(shù)用戶覺得互操作性和開放標(biāo)準(zhǔn)是IIoT最重要的特性。目前，這種開放標(biāo)準(zhǔn)在以太網(wǎng)之下擴(kuò)展到了現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)總線，例如 Profibus、Modbus、CANopen 和 DeviceNet。協(xié)議轉(zhuǎn)換與設(shè)備的“以太網(wǎng)化”成為一種需要，而且有數(shù)億個(gè)這樣的設(shè)備已經(jīng)使用。

四、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)

通過將信息、自動(dòng)化、以及運(yùn)行在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)上的生產(chǎn)系統(tǒng)之間不斷融合，物聯(lián)網(wǎng)正在積極地影響著未來的工業(yè)自動(dòng)化。

  隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，將會(huì)有越來越多的工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)中。設(shè)備的廣泛聯(lián)網(wǎng)——這一實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，正在不斷鞏固擴(kuò)大。預(yù)計(jì)未來10年會(huì)有超過600億臺(tái)設(shè)備連接到物聯(lián)網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)的重要性變得更加明顯。對(duì)于工廠的專業(yè)人士來說，持續(xù)不斷的信息、自動(dòng)化和生產(chǎn)技術(shù)的匯聚最終會(huì)帶來更加有效率的通訊，這會(huì)減少人工成本并提高供應(yīng)鏈的管理水平。

  未來，越來越多的工廠管理者們用以太網(wǎng)全面取代了現(xiàn)場(chǎng)總線。 

（原作：Mark T. Hoske）