作為一名工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的從業(yè)人員，我目睹了工業(yè)4.0在一天內(nèi)以不同的形式出現(xiàn)在我的身邊：媒體覆蓋、用戶會(huì)議，以及其它與包括工程師和CEO在內(nèi)的所有人的對(duì)話。不過，目前大多數(shù)與之相關(guān)的書籍和出版物使我更加困惑，而并沒有告訴我其中的原因。在這篇博文中，我想要與你分享我對(duì)于工業(yè)4.0框架執(zhí)行的一些真實(shí)想法—以及到底是什么原因使工業(yè)4.0的成功部署變得如此漫長。

誰需要用到工業(yè)4.0，它到底是何方神圣？

在制造業(yè)擁有競爭力需要對(duì)生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)和提升。制造商可以使用信息技術(shù) (IT) 來大幅提升效率和靈活性。對(duì)于產(chǎn)品生命周期透明且實(shí)時(shí)的了解可以幫助制造商構(gòu)建工業(yè)4.0框架的骨干。在大數(shù)據(jù)云中運(yùn)行分析有助于改進(jìn)這一過程。

這個(gè)高級(jí)描述提出了一個(gè)關(guān)鍵問題：

• 有必要將來自現(xiàn)場級(jí)的所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)云中進(jìn)行分析嗎？

對(duì)于來自生產(chǎn)車間的輸入/輸出 (IO) 數(shù)據(jù)的處理對(duì)于大數(shù)據(jù)分析來說太快了。圖1顯示了周期時(shí)間內(nèi)的處理級(jí)。工廠自動(dòng)化中使用的工業(yè)通信和控制會(huì)受到低至31.25μs的周期時(shí)間的影響。產(chǎn)品和設(shè)備的位置數(shù)據(jù)每10μs捕捉一次。過采樣電流測量甚至?xí)陀?μs的采樣周期。電流測量和位置測量的快速傅里葉變換 (FFT) 分析（用于諧波檢測）只可以在本地執(zhí)行。現(xiàn)場內(nèi)實(shí)時(shí)應(yīng)用的智能化保留在I/O器件內(nèi)部，并不在大數(shù)據(jù)云內(nèi)進(jìn)行處理。

圖1：工廠自動(dòng)化內(nèi)的智能化

分布式智能的主要原因在于缺乏IT的實(shí)時(shí)確定性通信。標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)和無線以太網(wǎng)是“盡力而為”式通信，而無法保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的實(shí)時(shí)傳送。以太網(wǎng)協(xié)議預(yù)見到了數(shù)據(jù)在預(yù)計(jì)的時(shí)間窗口內(nèi)無法送達(dá)情況下的數(shù)據(jù)重傳。我們都遇到過互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行低于預(yù)期速度的情況。這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的不確定性運(yùn)行狀態(tài)需要將實(shí)時(shí)通信與現(xiàn)場級(jí)控制，以及基于IT的通信分離開來。

工業(yè)4.0網(wǎng)關(guān)是真實(shí)存在的

工業(yè)4.0網(wǎng)關(guān)用制造過程的更高層功能將現(xiàn)場級(jí)的很多專有接口連接在一起?；贗T的通信的任何一個(gè)訪問點(diǎn)需要諸如開放式平臺(tái)通信統(tǒng)一架構(gòu) (OPC UA) 的通信標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)架構(gòu)具有透明和安全機(jī)器間通信所需要的全部組件。雖然實(shí)時(shí)以太網(wǎng)用少于100ns的抖動(dòng)將I/O同步，IT級(jí)上的通信具有數(shù)秒范圍內(nèi)的同步準(zhǔn)確性。

為了觀察整個(gè)工廠生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的事件，毫秒范圍內(nèi)的時(shí)間戳精度能夠很好地滿足需要。在工廠和其它產(chǎn)品生命周期要素的范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)是以秒為單位的。

圖2給出了一個(gè)基于Sitara? AM57x處理器的工業(yè)4.0網(wǎng)關(guān)示例。它具有將制造及生產(chǎn)廠房與生產(chǎn)過程的更高級(jí)功能連接在一起所需要的全部元件。

圖2：工業(yè)4.0網(wǎng)關(guān)

對(duì)于工廠自動(dòng)化來說，將所有傳感器數(shù)據(jù)傳送到云端是不適用的。為了避免擁塞，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)到目標(biāo)的轉(zhuǎn)換，而工業(yè)4.0網(wǎng)關(guān)是IT訪問制造過程信息的關(guān)鍵元件。

直接訪問現(xiàn)場級(jí)數(shù)據(jù)需要互聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量控制。一個(gè)被稱為時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)互連的全新以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)正在增加更多的實(shí)時(shí)功能。

我很想知道，當(dāng)它能夠?qū)C(jī)器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制時(shí)，我們將會(huì)怎么稱呼這個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)呢？還將其稱為工業(yè)4.0嗎？

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其它資源：

• 如果你無法參加IPC Drives 2015的話，請(qǐng)下載現(xiàn)場演示材料。
• 觀看一部特別介紹工業(yè)4.0網(wǎng)關(guān)，在SPS 2015上播放的視頻。
• 下載可編程邏輯控制 (PLC) 或工業(yè)通信解決方案指南。
• 如果你正在參加本月于紐倫堡舉辦的嵌入式世界展覽，請(qǐng)?jiān)谖覀兊恼刮磺吧宰魍Ａ?，觀看這部現(xiàn)場演示，并在展廳5，第385號(hào)展位內(nèi)與我們的專家們聊一聊。