工業物聯網和工業4.0可以幫助制造企業實現智慧工廠，但是智慧工廠如何實施才是大家更關心的問題。

一、將真實的加工制造連接到工業4.0

如果使用了工業4.0技術，一個新的加工制造生產線可以實現多達25種的產品變化，同時將產量提高10%，庫存減少30%。工業4.0架構的應用讓制造商在生產過程中可以獲得更豐厚的投資回報率。工業4.0是一場工業的革命，目的是將信息技術（IT）的虛擬世界、機器的物理世界以及互聯網合為一體。其中心是將具有IT功能的所有工業領域都整合起來。這些科技提高了靈活度和速度，能夠使產品更具有個性化，生產更高效且規模可擴展，以及在生產控制方面具有更高的可變性。機器與機器之間的通訊和先進的機器智能化，提高了工藝的自動化水平，并帶來了更多的自我監控以及實時數據。開放的基于Web的平臺將大大增加制造企業的競爭力。

在智慧工廠中，諸如智能手機或平板電腦這樣的智能設備，更多的投入使用，對機器工具或生產線的操作進行簡單的連接。

■ 工業物聯網（IIoT）設備要想創建智慧工廠生產制造環境，需要注意以下5個方面：

1、分布式智能：這里說的分布式智能是指在智能傳動和控制技術網絡的機器設備中，加入盡可能多的智能和控制功能、或者單獨的傳動軸，而不是從一個中央處理單元（CPU）來處理所有的動作。擁有機器層面的過程數據并決定用它做什么，反映出了人們相信一臺機器可以經過裝備使用過程數據做一些事情并且獨自改善工藝流程，諸如實現調整產量、更加有效率的利用能源等目標，而不是依賴“云”來處理所有這些任務。聯網的機器可以與更高的生產線級別、工廠級別以及企業級別的網絡進行通訊，從而能夠實現對特定事件或特定產品的實時調節。集成了傳動的伺服馬達和無機柜傳動系統將傳動組件和運動邏輯順序放到了單獨的軸向上。

2、快速連接：那些允許數據在整個企業架構中自由流動的系統，往往需要持續的投資和改進。一家工業4.0工廠車間所產生的大數據和信息流，可能會讓公司的網絡不堪重負。我們該如何改進自動化系統中的硬件和軟件的功能，使這種設計流程更簡單、花費更少的時間以及更加開放？通訊路徑隨著其創建和實施而變得更加流暢。在決定應該使用現場總線的什么功能時，應該看一下生產平臺是否支持？對于不同供應商系統的通訊與設備連接，通訊和控制平臺采取一種更加開放的方式很重要。

3、開放標準和系統：重點是要思考系統到底“開放”到什么程度，是否支持新興的通訊協議和軟件標準，以及開放的獨立組件如何讓智慧工廠成為現實。開放標準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移植進現有的自動化架構中。一臺機器的操作應該支持與智能手機或平板電腦進行簡單的連接。軟件可以借助控制器與3D模型軟件的連接來加快自動化系統的設計和調試。一個運動控制器可以與模型之間發送指令以及接收反饋，使得機器的功能性在機械設計階段通過運動控制就得到優化。

4、實時數據整合：在智慧工廠，可能利用實時的機器和工廠性能數據來改變自動化系統和生產工藝的管理方式。不用捕捉并分析數月以來有價值的關于生產率、機器停機時間或者能源消耗的數據，智慧工廠的管理平臺能夠將數據整合到常規的工廠管理報告之中。這會讓制造商和機器具備詳細的信息來執行快速的工藝和生產變更，以實現產品滿足特定客戶需求的愿景。

5、自適應性：現實世界中的主動性可以讓生產更加連貫并以需求為導向。科技幫助生產線變得主動。目標就是讓工作站和模塊可以適應個性化的客戶或產品需求。在一個制造液壓閥的工廠里，一套新的自適應組裝生產線在每一件被加工件上都使用射頻識別芯片。生產線上的9個智能站會識別出最終產品是如何被裝配的，以及哪些工具設置和操作步驟是必須的。每個相關加工件都帶有藍牙標簽，會自動將信息傳送給裝配站。裝配步驟信息會根據不同的產品以及相關加工件的技術水平不同而顯示出來。該生產線可以生產一批相同尺寸的液壓閥，也可以不需要人工干預就能生產25種不同產品型號。不再需要設定時間或者多余的庫存。這使得生產線的產量增加了10%，庫存減少了30%。

二、讓工業4.0和IIoT在智慧工廠運行

工業4.0和工業物聯網（IIoT）能夠為設備（從傳感器到大規模控制系統）、數據和分析之間提供更好的連接性。傳感器和系統需要網絡連接來共享數據，分析有助于做出更明智的決策。物聯網主要包括4個基本元素：實體的設備、與設備之間的雙向連接、數據以及分析。設備可以是小到一個傳感器大到一個大規模控制系統中的任何一種。傳感器和系統需要與更大的網絡進行連接，以共享由傳感器或系統產生的數據。對此數據進行的分析會產生可執行的信息，其結果是讓人們做出精明的決策。

  在IIoT的實際應用中，企業通過將設備或資產連接到云或者本地信息技術(IT)設施上來進行數據的采集和傳送。然后對采集到的數據進行分析，可以發現設備或資產更多的潛在信息，防患于未然。例如，監控機械組件運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。這使公司可以主動地處理不希望發生的行為，從而在可能造成有害危險的系統故障加劇之前進行預測性維護，否則這些系統故障可能會導致工廠停機以及生產收益損失。這種類型的信息有助于企業新產品的設計、系統性能效率的提高以及實現利潤的最大化。

■ 工業4.0讓加工制造更靈活：在一個生產制造流程，甚至是整個供應鏈中，通過連接性推動更多的新發現和系統優化，這是工業4.0的核心概念之一，這種科技進步也被稱為第四次工業革命。即將PC和機器連接到互聯網，并啟用信息物理系統（CPS）。使用物聯網和信息物理系統的概念會幫助實現“智慧工廠”的目標，使生產制造具有前所未有的靈活性和非常高的精益生產效率。在生產制造中，一個顯著的特點是重點關注的領域從產品本身擴展到了生產這些產品的工藝上。制造商需要靈活的生產線來適應快速變化的客戶需求。靈活的機器運行能夠生產很多類型的產品，通過調整批量大小來獲得更高的生產利潤，這使得同一個生產線可以運行更復雜的混合產品以適應客戶不斷變化的需求。

■ 從大數據到工業4.0的實施：今天，自動化技術和信息技術可以在同一款軟件上實現，使得機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。同時，也面臨多種語言的統一于管理平臺，實現設備的廣泛聯網與融合的問題。另外，協議的選擇應該考慮到控制平臺，尤其是在工業4.0的連接性。許多傳統的PLC提供現場總線，考慮到與傳感器、伺服系統、以及其他運動控制硬件之間的確定性通訊，機器需要更快的、更靈活的通訊協議。當一個訂單到了工廠里，系統會決定必須用到的材料，完成組件需要的機器，計算如何在工廠里最好地完成個性化的訂單，以及高效地打造個性化的櫥柜。這個例子說明了智慧工廠的獨特魅力：高效生產和出眾的靈活性、很少需要工廠人員的干預。

三、基于數據的工業物聯網

如果沒有數據，就沒有大數據、云和分析功能，也就沒有工業物聯網（IIoT）。IIoT需要開放的標準，以太網和軟件標準可以為控制和制定決策所需要的信息提供數據。或許IIoT應該被稱為工業數據互聯網。IIoT的數據來自于：開關和按鈕、傳感器和執行機構、以及傳動和視覺系統。IIoT的應用擴展到了控制器（例如PLC）、分布式控制系統（DCS）、以及可編程自動化控制器(PAC)。將來自于不同設備的數據整合起來創建行動。從這一點上，數據被轉變為信息，通過統一結構與人機界面(HMI)、數據歷史站以及分析程序包進行通訊。

根據CONTROL ENGINEERING的一項最新研究顯示，大多數用戶覺得互操作性和開放標準是IIoT最重要的特性。目前，這種開放標準在以太網之下擴展到了現有的現場總線，例如 Profibus、Modbus、CANopen 和 DeviceNet。協議轉換與設備的“以太網化”成為一種需要，而且有數億個這樣的設備已經使用。

四、設備聯網是實現工業物聯網的基礎

通過將信息、自動化、以及運行在工業物聯網上的生產系統之間不斷融合，物聯網正在積極地影響著未來的工業自動化。

  隨著工業物聯網的不斷發展，將會有越來越多的工業自動化設備連接到網絡中。設備的廣泛聯網——這一實現工業物聯網的基礎，正在不斷鞏固擴大。預計未來10年會有超過600億臺設備連接到物聯網，工業以太網的重要性變得更加明顯。對于工廠的專業人士來說，持續不斷的信息、自動化和生產技術的匯聚最終會帶來更加有效率的通訊，這會減少人工成本并提高供應鏈的管理水平。

  未來，越來越多的工廠管理者們用以太網全面取代了現場總線。 

（原作：Mark T. Hoske）