Richard Soley 博士是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟(IIC)的執(zhí)行董事，他說，“正如任何新技術(shù)或管理手段來臨一樣，選擇一個需要處理問題更少的方式，并邀請合適的專業(yè)人士來解決問題是十分重要的。不要忽視那些將最終用戶、供應商和研究人員聚在一起的組織，這樣的地方可以提供可靠的經(jīng)驗和良好的建議！”
與自動化組件配套的分布式智能設(shè)備通過使用數(shù)據(jù)而不是依賴“云”來提升工藝水平，包括調(diào)整生產(chǎn)量、更加有效的使用能源等。
一、將真實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)，一個新的加工制造生產(chǎn)線可以實現(xiàn)多達25種的產(chǎn)品變化，同時將產(chǎn)量提高10%，庫存減少30%。工業(yè)4.0架構(gòu)的應用讓制造商在生產(chǎn)過程中可以獲得更豐厚的投資回報率。
工業(yè)4.0是一場工業(yè)的革命，目的是將信息技術(shù)(IT)的虛擬世界、機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)品更具有個性化，生產(chǎn)更高效且規(guī)模可擴展，以及在生產(chǎn)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(jiān)控以及實時數(shù)據(jù)。開放的基于Web的平臺會增加制造企業(yè)的競爭力。
關(guān)于IIoT的5個注意事項
博世力士樂公司電氣傳動和控制部門的產(chǎn)品經(jīng)理Allen Tubbs說道，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)設(shè)備要想創(chuàng)建工業(yè)4.0生產(chǎn)制造環(huán)境需要注意以下5個方面。
在工業(yè)4.0中，對機器工具或一組機器的操作，應該允許使用諸如智能手機或平板電腦這樣的智能設(shè)備進行簡單的連接。
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(shù)網(wǎng)絡的機器設(shè)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(shù)據(jù)并決定用它做什么，反映出了人們相信一臺機器可以經(jīng)過裝備使用過程數(shù)據(jù)做一些事情并且獨自改善工藝流程，諸如實現(xiàn)調(diào)整產(chǎn)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(lián)網(wǎng)的機器可以與更高的生產(chǎn)線級別、工廠級別以及企業(yè)級別的網(wǎng)絡進行通訊，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對特定事件或特定產(chǎn)品的實時調(diào)節(jié)。集成了傳動的伺服馬達和無機柜傳動系統(tǒng)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(shù)據(jù)在整個企業(yè)架構(gòu)中自由流動的系統(tǒng)，往往需要持續(xù)的投資和改進。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，可能會讓公司的網(wǎng)絡不堪重負。我們該如何改進自動化系統(tǒng)中的硬件和軟件的功能，使這種設(shè)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(chuàng)建和實施而變得更加流暢。在決定應該使用現(xiàn)場總線的什么功能時，應該看一下生產(chǎn)平臺是否支持例如OPC UA(來自于OPC基金會)這樣的標準。消除不同供應商系統(tǒng)的障礙，而且對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(tǒng)
重點是要思考系統(tǒng)到底“開放”到什么程度，是否支持新興的通訊協(xié)議和軟件標準，以及開放的獨立組件如何讓工業(yè)4.0成為現(xiàn)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(shù)移植進現(xiàn)有的自動化架構(gòu)中。開放的控制和工程軟件也沿著這個方向?qū)⒆詣踊虸T軟件程序之間的間隙彌合。一個開放的控制器核心能夠使用常用的高級IT語言(例如Java和C++)來創(chuàng)建自動化應用程序。
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(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試。一個運動控制器可以與模型之間發(fā)送指令以及接收反饋，使得機器的功能性在機械設(shè)計階段通過運動控制就得到優(yōu)化。這也讓機器測試和編程可以在調(diào)試之前進行。在部件訂貨、組裝機器之前，虛擬機器可以用來進行測試并完善設(shè)計。
4.實時數(shù)據(jù)整合
在工業(yè)4.0的工廠里，可能利用實時的機器和工廠性能數(shù)據(jù)來改變自動化系統(tǒng)和生產(chǎn)工藝的管理方式。不用捕捉并分析數(shù)月以來有價值的關(guān)于生產(chǎn)率、機器停機時間或者能源消耗的數(shù)據(jù)，支持工業(yè)4.0的平臺能夠?qū)?shù)據(jù)整合到常規(guī)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(zhí)行快速的工藝和生產(chǎn)變更，以實現(xiàn)產(chǎn)品滿足特定客戶需求的愿景。
5.自適應性
現(xiàn)實世界中的主動性可以讓生產(chǎn)更加連貫并以需求為導向�？萍紟椭a(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)線在每一件被加工件上都使用射頻識別芯片。生產(chǎn)線上的9個智能站會識別出最終產(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。每個相關(guān)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(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就能生產(chǎn)25種不同產(chǎn)品型號。不再需要設(shè)定時間或者多余的庫存。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在智能工廠里運行
工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)能夠為設(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，Beckhoff自動化的TwinCAT產(chǎn)品專家Daymon Thompson這樣認為。傳感器和系統(tǒng)需要網(wǎng)絡連接來共享數(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個基本元素：實體的設(shè)備、與設(shè)備之間的雙向連接、數(shù)據(jù)以及分析。設(shè)備可以是小到一個傳感器大到一個大規(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)絡進行連接，以共享由傳感器或系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。對此數(shù)據(jù)進行的分析會產(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的實際應用中， 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)施上來進行數(shù)據(jù)的采集和傳送。然后對采集到的數(shù)據(jù)進行分析，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(fā)生的行為，從而在可能造成有害危險的系統(tǒng)故障加劇之前進行預測性維護，否則這些系統(tǒng)故障可能會導致工廠停機以及生產(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、系統(tǒng)性能效率的提高以及實現(xiàn)利潤的最大化。
工業(yè)4.0讓加工制造更靈活
在一個生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)和系統(tǒng)優(yōu)化，這是工業(yè)4.0的核心概念之一，這種科技進步也被稱為第四次工業(yè)革命。
工業(yè)4.0工作組成員、德國國家科學與工程院Acatech，將18世紀蒸汽機的發(fā)明和廣泛使用定義為第一次工業(yè)革命。第二次革命是20世紀早期在裝配線上使用傳送帶。第三次革命是在20世紀中葉開發(fā)出來的微電子學、PC和可編程邏輯控制器(PLC)。第四次革命是將PC和機器連接到互聯(lián)網(wǎng)，并啟用信息物理系統(tǒng)(CPS)。
工業(yè)4.0要求傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造工業(yè)實現(xiàn)計算機化。使用物聯(lián)網(wǎng)和信息物理系統(tǒng)的概念會幫助實現(xiàn)“智能工廠”的目標，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，一個顯著的特點是重點關(guān)注的領(lǐng)域從產(chǎn)品本身擴展到了生產(chǎn)這些產(chǎn)品的工藝上。
制造商需要靈活的生產(chǎn)線來適應快速變化的客戶需求。靈活的機器運行能夠生產(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，這使得同一個生產(chǎn)線可以運行更復雜的混合產(chǎn)品以適應客戶不斷變化的需求。
德國廚具制造商Nobilia使用基于PC的控制來支持“批量為1”的自動化生產(chǎn)，在其智能工廠里使用工業(yè)4.0的概念，使得該公司每天能夠生產(chǎn)超過2500套定制化的廚房。
從大數(shù)據(jù)到工業(yè)4.0的實施
今天，自動化技術(shù)和信息技術(shù)可以在同一款軟件上實現(xiàn)，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。協(xié)議的選擇應該考慮到控制平臺 ，尤其是在工業(yè)4.0的連接性。許多傳統(tǒng)的PLC提供現(xiàn)場總線，考慮到與傳感器、伺服系統(tǒng)、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(xié)議，例如EtherCAT。
實現(xiàn)這一層面上連接性的關(guān)鍵部分在于一個安全的、容易配置的協(xié)議，能夠安全地向企業(yè)或云、以及向其他機器發(fā)送數(shù)據(jù)。來自于服務工業(yè)環(huán)境OPC基金會的OPC統(tǒng)一架構(gòu)(UA)協(xié)議，提供了集成的安全功能、數(shù)據(jù)加密以及先進的信息建模。
工業(yè)4.0正在今天發(fā)生。德國一家廚具制造商Nobilia公司已經(jīng)開始將工業(yè)4.0的理念運用到實際生產(chǎn)中，基于PC控制的成功集成為需要高度連接性的智能工廠提供了支持。該公司每天生產(chǎn)超過2500套整體廚房，并且每套櫥柜都是按照每個客戶的特定外觀要求而生產(chǎn)的。“批量為1”的自動化生產(chǎn)需要一個高度靈活的系統(tǒng)，而這通過工業(yè)4.0 概念的實施得以實現(xiàn)。
當一個訂單到了工廠里，系統(tǒng)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。這個例子說明了智能工廠的獨特魅力——高效生產(chǎn)和出眾的靈活性、很少需要工廠人員的干預。
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本文標題：如何有效的實施工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與工業(yè)4.0？
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