在經(jīng)歷了以走數(shù)字化道路為目標(biāo)的行業(yè)中的幾項(xiàng)工作之后，并收到了一些關(guān)于我們文章的評(píng)論，要求我們演示如何構(gòu)建自動(dòng)化 4.0項(xiàng)目，我們?yōu)槟尸F(xiàn)這項(xiàng)工作，為您提供技術(shù)讀者和學(xué)生.

我們不打算窮盡這個(gè)主題，甚至假設(shè)一個(gè)模型，而是以實(shí)際和直接的方式展示當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化項(xiàng)目中必須考慮的因素，這些因素將滲透到工業(yè) 4.0中。

工業(yè)數(shù)字化

數(shù)字化是人類語言形式的演變，知識(shí)的傳遞、管理和掌握的方式，可以追溯到說話者的時(shí)代，這個(gè)詞，說得好，在社會(huì)中表現(xiàn)出深厚的知識(shí)和尊重，還有教育、科學(xué)和演說家時(shí)代的政治。

隨著寫作的發(fā)展，隨著可以傳播印刷文字的媒體，我們有了一種新的傳播模式。

文本、文件、簽名……這一切都滲透到我們今天的社會(huì)，雖然處于向數(shù)字化的過渡階段，但我們的模式是基于文件、書籍、印刷和寫作。

計(jì)算數(shù)據(jù)處理創(chuàng)造了一種新的信息格式。文件、文字、文字和所有形式的交流都變成了數(shù)字化，創(chuàng)造了一個(gè)新的社會(huì)。

至少我們正處于轉(zhuǎn)型的這個(gè)階段，現(xiàn)在可以在沒有手寫或簽名的情況下以數(shù)字方式簽署文件。政府以數(shù)字方式管理所有文件，這就是我們社會(huì)的運(yùn)作方式。

通過數(shù)字化，我們誕生了所謂的社會(huì)4.0，人類組織的所有領(lǐng)域都通過數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行管理。政府、健康、教育、安全、流動(dòng)性和工業(yè)，開始與這個(gè)社會(huì)聯(lián)系起來，使用我們可以稱之為4.0 的新技術(shù)，這只是對(duì)第四次工業(yè)革命的暗示。

要將行業(yè)帶入數(shù)字化水平，需要經(jīng)過一條轉(zhuǎn)型路徑，但主要是設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)以響應(yīng)新數(shù)字化行業(yè)的需求。

我們所熟知的自動(dòng)化金字塔，即我們的自動(dòng)化 3.0，是一個(gè)分層結(jié)構(gòu)，它的相互通信是通過多個(gè)接口完成的，但是它是一個(gè)垂直模型，它僅限于工廠及其部門，缺乏靈活性和高延遲決定。

新的數(shù)字產(chǎn)業(yè)必須用自動(dòng)化4.0 來設(shè)計(jì)，現(xiàn)在基于自動(dòng)化支柱，主要是因?yàn)槲覀儞碛兴行畔⒌幕ミB，不僅是垂直的，而且是水平的，貫穿整個(gè)業(yè)務(wù)價(jià)值鏈，真實(shí)地交互時(shí)間。

正如我們所說，我們正處于過渡階段，從自動(dòng)化金字塔演變?yōu)樽詣?dòng)化支柱，主要變化將是：

在該領(lǐng)域：

借助IoT 物聯(lián)網(wǎng)層大幅增加設(shè)備信號(hào)。

掌控之中：

控件將分布在智能設(shè)備上的各個(gè)領(lǐng)域，并在云端進(jìn)行監(jiān)督。

在管理和控制系統(tǒng)（HMI、MES、Scada、ERP、BI、PCP）中：

它們往往是集成的，在一個(gè)單一的云環(huán)境中工作，相互連接的工具。

自動(dòng)化 4.0 項(xiàng)目的技術(shù)

要從自動(dòng)化 4.0 架構(gòu)設(shè)計(jì)工業(yè) 4.0，需要一些技術(shù)，主要是一種連接數(shù)據(jù)、人員和流程的新格式。

下面是一個(gè)列表，它并未涵蓋所有技術(shù)，但貫穿了當(dāng)今自動(dòng)化4.0 項(xiàng)目必須遵守的要點(diǎn)：

• 分布式控制單元（現(xiàn)場(chǎng)） ——智能I/O 模塊（輸入和輸出）和低點(diǎn)密度控制，但具有高處理和通信能力，分布式和互連

• 安全（數(shù)據(jù)和信息）領(lǐng)域(IoT)–由于I/O 模塊和控制器分布并連接在網(wǎng)絡(luò)中，通常采用基于以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)訪問的入侵風(fēng)險(xiǎn)是永久性的，因此需要安全項(xiàng)目. 網(wǎng)絡(luò)安全

• EDGE層——云場(chǎng)層，用于生產(chǎn)單元或生產(chǎn)部門的自主決策，數(shù)據(jù)分析在該系統(tǒng)中進(jìn)行，僅向外部提供監(jiān)督所需的信息

• 連通性（通信支柱） ——連通性和單一數(shù)據(jù)接口，必須允許所有自動(dòng)化縱向和橫向互連，沒有更多的層，但信息的相互關(guān)系，基于RAMI 4.0的模型，是對(duì)此的參考

• 分布式控制單元（云） ——分布式控制單元還將與本地云通信，但具有監(jiān)督功能，基于規(guī)劃數(shù)據(jù)、資源、質(zhì)量等，形成獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)

• 本地云——新的數(shù)字產(chǎn)業(yè)將數(shù)據(jù)和控制集中在自己的云中，有自己的工具和需求，可以說是CPD數(shù)據(jù)處理中心，控制生產(chǎn)過程，只把需要的東西外化

• PLC/DCS（虛擬） ——與擁有本地云一樣，控制和指揮工具將集中，分布式和本地控制層將形成一個(gè)單一的優(yōu)先數(shù)字環(huán)境，用于高級(jí)控制以及管理和監(jiān)督富有成效的決策

• FOG 層——與EDGE 層目標(biāo)相同，但現(xiàn)在處理來自所有規(guī)劃和接口的數(shù)據(jù)，用于智能決策，統(tǒng)一數(shù)據(jù)

• 數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)（IIoT） ——連接行業(yè)價(jià)值鏈、業(yè)務(wù)單元，是滿足工業(yè)4.0概念的先決條件，一個(gè)能夠連接供應(yīng)商、外部部門、客戶和行業(yè)本身的網(wǎng)絡(luò)?；ミB所需，所有外部元素都是IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）

• 云（外部） ——使用外部云計(jì)算，應(yīng)用AI（人工智能）等工具，進(jìn)行決策和使用大數(shù)據(jù)，統(tǒng)一整個(gè)工業(yè)商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，提供決策動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，加速時(shí)間和減少錯(cuò)誤。

這種數(shù)字自動(dòng)化結(jié)構(gòu)的基本功能

這種數(shù)字自動(dòng)化結(jié)構(gòu)的基本操作是以所有網(wǎng)絡(luò)組件之間實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)并使用系統(tǒng)進(jìn)行決策為前提的。

關(guān)于主要操作點(diǎn)，我們可以描述：

• 在現(xiàn)場(chǎng)，控制和信號(hào)是分布式的，本地處理和本地?cái)?shù)據(jù)分析

• 在連接性方面，所有設(shè)備都必須允許水平數(shù)據(jù)層，形成可互操作的連接。

• 系統(tǒng)具有本地云，具有現(xiàn)場(chǎng)集中控制、監(jiān)督和決策服務(wù)

• 骨干連接整個(gè)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈

• 外部云使用AI人工智能服務(wù)，在生產(chǎn)鏈中進(jìn)行交互

預(yù)期收益

作為工業(yè)4.0 現(xiàn)實(shí)的模型，使用自動(dòng)化4.0 架構(gòu)的預(yù)期好處是什么，我們描述了主要的好處：

• 通過云端的分布式控制和集中控制，讓生產(chǎn)變得靈活

• 使用開放協(xié)議和接口（OPC-UA 和MQTT）簡(jiǎn)化通信層

• 本地決策（數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)）（EDGE 和FOG）

• 僅按需使用外部云

• 將AI應(yīng)用于運(yùn)維，專注于Prognostics的運(yùn)維管理和維護(hù)

當(dāng)前的挑戰(zhàn)

這些架構(gòu)的技術(shù)和設(shè)計(jì)模型在知識(shí)方面非常新，這帶來了挑戰(zhàn)，我們可以在下面描述其中的一些：

• 設(shè)計(jì)具有分布式控制的自動(dòng)化系統(tǒng)

• 設(shè)計(jì)具有水平數(shù)據(jù)協(xié)議和接口的網(wǎng)絡(luò)

• 創(chuàng)建本地虛擬化系統(tǒng)，允許中間云處理（EDGE 和FOG）

• 通過骨干網(wǎng)（IIoT 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）互連價(jià)值鏈

• 利用外部云服務(wù)（在必要的范圍內(nèi)）并應(yīng)用人工智能

注意事項(xiàng)

作為要點(diǎn)的建議，我們可以描述在實(shí)施數(shù)字化項(xiàng)目時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)，重點(diǎn)是自動(dòng)化：

• 在生產(chǎn)塊（數(shù)量）和產(chǎn)品線（品種）中設(shè)計(jì)您的生產(chǎn)過程

• 跨生產(chǎn)線或生產(chǎn)單元分配信號(hào)和控制

• 使用需要最少接口或網(wǎng)關(guān)的通信技術(shù)（OPC-UA 和MQTT）

• 創(chuàng)建本地云層（EDGE 和FOG）并使用本地?cái)?shù)據(jù)分析（R 和Python）

• 創(chuàng)建本地指揮和控制以支持靈活、集中的生產(chǎn)以進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)督

• 將價(jià)值鏈連接到本地云進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（使用RAMI 4.0）

• 使用外部云來利用高級(jí)數(shù)據(jù)工具（人工智能和大數(shù)據(jù)）

趨勢(shì)

系統(tǒng)、組件和供應(yīng)商在不斷發(fā)展，今天我們可以指出一些短期趨勢(shì)，對(duì)于已經(jīng)指向現(xiàn)實(shí)的新技術(shù)，以滿足這種需求范圍：

• 小型控制和I/O 設(shè)備和連接（OPC-UA、MQTT、TSN）

• 分布式工控機(jī)，在FOG和EDGE層形成本地云

• 價(jià)值鏈提供商已經(jīng)在IIoT 骨干網(wǎng)中擁有用于標(biāo)準(zhǔn)化連接（云）的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

• 來自制造商的外部云服務(wù)，具有行業(yè)就緒的解決方案（SIEMENS、Rockwell、Yokogawa、Emerson、GE 等）

結(jié)論

我們得出結(jié)論，工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)是生產(chǎn)部門的指揮和控制結(jié)構(gòu)，為數(shù)字工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，滿足工業(yè) 4.0的要求，是一條新發(fā)展、新概念和新模式的道路，需要新的思想和打破范式。