继蒸(zheng)汽时(shi)代(dai)、电气时(shi)代(dai)、信息时(shi)代(dai)三大工业(ye)革命之后，全球化分(fen)工使生产要素加(jia)速(su)流动和配置，市场(chang)风向变(bian)化和产品个性(xing)化的(de)需求(qiu)对企业(ye)反(fan)应时(shi)间和柔性(xing)化能力提(ti)出前(qian)所未(wei)有的(de)要求(qiu)，全球进入(ru)空(kong)前(qian)的(de)创新密集和产业(ye)变(bian)革时(shi)代(dai)。基于此，以物联网和智能制造为(wei)主导的(de)第四次(ci)工业(ye)革命悄(qiao)然来袭。

　　早在(zai)(zai)2011年汉诺威工(gong)(gong)业(ye)(ye)博览会(hui)上，德国(guo)率(lv)(lv)先提(ti)(ti)出(chu)“工(gong)(gong)业(ye)(ye)4.0”的概(gai)念，之后美国(guo)也推出(chu)工(gong)(gong)业(ye)(ye)物联网、互联企业(ye)(ye)等类似概(gai)念。无论(lun)工(gong)(gong)业(ye)(ye)4.0还是工(gong)(gong)业(ye)(ye)互联网，其(qi)主(zhu)要特征都(dou)是智能和(he)物联，而主(zhu)旨都(dou)在(zai)(zai)于将传统工(gong)(gong)业(ye)(ye)生产与(yu)现(xian)代信息技术(shu)相结合，从而提(ti)(ti)高资(zi)源(yuan)利用率(lv)(lv)和(he)生产灵(ling)活性、增强客户与(yu)商业(ye)(ye)伙伴紧密度并提(ti)(ti)升工(gong)(gong)业(ye)(ye)生产的商业(ye)(ye)价值。

　　“工(gong)业(ye)4.0”是(shi)一个宏大的(de)愿景，但又(you)是(shi)一个简单的(de)概念：把大量的(de)有关(guan)人、IT系统、自动化原(yuan)件(jian)和(he)机器(qi)的(de)信息融入到(dao)虚拟网络——实(shi)体(ti)物理系统中，并利用产生的(de)数据为(wei)企(qi)业(ye)服(fu)务，其本质即(ji)为(wei)“融合(he)(he)”。在(zai)制造系统中，工(gong)厂现场设(she)备传感和(he)控制层(ceng)的(de)数据与企(qi)业(ye)信息系统融合(he)(he)，并传到(dao)云端进行存(cun)储、分析，形成决策(ce)并反过来指导、协(xie)同(tong)企(qi)业(ye)的(de)生产和(he)运营。

　　通(tong)过(guo)工业(ye)(ye)(ye)4.0可(ke)以建立一种人——技术互动的(de)崭新(xin)模(mo)(mo)式，即机器适应人的(de)需求。具有多通(tong)道用户界面的(de)智能(neng)工业(ye)(ye)(ye)辅助系统，能(neng)将数(shu)字和(he)(he)(he)模(mo)(mo)拟环境直(zhi)接搬到生产(chan)车间(jian)(jian)。而未来(lai)工厂(chang)也将从局部的(de)机器智能(neng)发(fa)展到全(quan)厂(chang)智能(neng)。届时(shi)，嵌入式制造系统在工厂(chang)和(he)(he)(he)企(qi)(qi)业(ye)(ye)(ye)之(zhi)间(jian)(jian)的(de)业(ye)(ye)(ye)务流程上实现纵向网(wang)(wang)络(luo)连接，在分散的(de)价值网(wang)(wang)络(luo)上实现横(heng)向连接，并可(ke)进行实时(shi)管(guan)(guan)理(li)——从下(xia)订单(dan)开始，直(zhi)到外(wai)运物流。这一理(li)念将零散的(de)信息(xi)、通(tong)讯(xun)、虚拟等技术整合，通(tong)过(guo)数(shu)据(ju)可(ke)视化和(he)(he)(he)共(gong)享互联，打(da)通(tong)企(qi)(qi)业(ye)(ye)(ye)的(de)产(chan)品(pin)设计、研发(fa)、生产(chan)与(yu)客户管(guan)(guan)理(li)、供应链和(he)(he)(he)能(neng)耗管(guan)(guan)理(li)等系统，实现从底(di)层控(kong)制级、中(zhong)层产(chan)线级，到上层企(qi)(qi)业(ye)(ye)(ye)级的(de)整体优化，最终(zhong)帮助制造业(ye)(ye)(ye)实现更(geng)短的(de)上市时(shi)间(jian)(jian)、更(geng)高(gao)的(de)生产(chan)灵(ling)活性和(he)(he)(he)资产(chan)利用率、更(geng)低的(de)拥有成本和(he)(he)(he)更(geng)可(ke)控(kong)的(de)企(qi)(qi)业(ye)(ye)(ye)风险。

　　工业(ye)4.0的基(ji)础是(shi)数(shu)(shu)字化(hua)(hua)、网络化(hua)(hua)和(he)集(ji)成化(hua)(hua)。与此相应的是(shi)，工业(ye)4.0时代的工业(ye)自动化(hua)(hua)，将在原(yuan)有自动化(hua)(hua)技术和(he)架构下，实现集(ji)中(zhong)式(shi)控制向分(fen)散式(shi)增强(qiang)型控制的基(ji)本模式(shi)转变，让(rang)设(she)备从(cong)传感器到因(yin)特网的通讯能(neng)够无(wu)缝对(dui)接，从(cong)而建立(li)一个(ge)高度灵活的、个(ge)性化(hua)(hua)和(he)数(shu)(shu)字化(hua)(hua)、融合了产(chan)品(pin)与服务的生产(chan)模式(shi)。在这种模式(shi)下，生产(chan)自动化(hua)(hua)技术可通过自我(wo)诊断、自我(wo)修正和(he)各种功能(neng)软件(jian)让(rang)设(she)备更(geng)(geng)加智(zhi)能(neng)，以更(geng)(geng)好地辅助工人完成生产(chan)。因(yin)此要(yao)求自动化(hua)(hua)设(she)备的通讯功能(neng)和(he)集(ji)成能(neng)力更(geng)(geng)强(qiang)，而自动化(hua)(hua)软件(jian)则需具(ju)备更(geng)(geng)强(qiang)大(da)的分(fen)析处理(li)及与企业(ye)其他软件(jian)系统的数(shu)(shu)据共(gong)享能(neng)力。

　　在(zai)自(zi)动化层(ceng)面(mian)，统一的控制(zhi)平台，顺畅(chang)的通(tong)讯网(wang)络是基础(chu)。而要(yao)实现(xian)工业4.0，自(zi)动化在(zai)四(si)个层(ceng)面(mian)上(shang)将进一步拓展：

　　自动化系(xi)统(tong)内部的(de)横向连接。通过全(quan)集(ji)成(cheng)(cheng)自动化、集(ji)成(cheng)(cheng)架构等统(tong)一平(ping)台(tai)(tai)将控(kong)(kong)制(zhi)、驱(qu)动、低压配电等系(xi)统(tong)深度集(ji)成(cheng)(cheng)，在(zai)单一的(de)编(bian)程环境中为可(ke)扩展运动和(he)机器控(kong)(kong)制(zhi)提供集(ji)成(cheng)(cheng)的(de)平(ping)台(tai)(tai)。这种集(ji)成(cheng)(cheng)可(ke)减(jian)少需要储存的(de)备(bei)件数量，而控(kong)(kong)制(zhi)平(ping)台(tai)(tai)的(de)开放性则可(ke)确保与(yu)第三方(fang)(fang)组件轻(qing)松集(ji)成(cheng)(cheng)。此外(wai)，在(zai)每台(tai)(tai)机器上使(shi)用的(de)可(ke)视化及信息软(ruan)件需实(shi)现标准化处(chu)理方(fang)(fang)式。

　　与下(xia)层(ceng)现(xian)场(chang)传感(gan)和(he)(he)数(shu)据采集层(ceng)及(ji)(ji)上(shang)(shang)层(ceng)企业管理系统(tong)的(de)(de)纵向连(lian)(lian)接。从(cong)机器(qi)(qi)运(yun)行和(he)(he)能源使(shi)用(yong)到变量处理和(he)(he)材料使(shi)用(yong)，在(zai)(zai)生产过(guo)程(cheng)的(de)(de)每个环(huan)节中，控制器(qi)(qi)、传感(gan)器(qi)(qi)及(ji)(ji)其它设备均(jun)会(hui)产生大量数(shu)据。来自(zi)生产车间(jian)的(de)(de)数(shu)据在(zai)(zai)几年之内就(jiu)会(hui)在(zai)(zai)数(shu)量上(shang)(shang)超过(guo)公司(si)产生的(de)(de)业务(wu)数(shu)据。即便是现(xian)在(zai)(zai)，也有大量的(de)(de)此类数(shu)据正在(zai)(zai)通过(guo)现(xian)场(chang)的(de)(de)PLC进行分(fen)(fen)析。当务(wu)之急乃是将所(suo)有来自(zi)各(ge)工厂运(yun)行系统(tong)不断剧(ju)增(zeng)的(de)(de)数(shu)据与来自(zi)业务(wu)应(ying)用(yong)的(de)(de)信息相结合(he)，从(cong)而打造运(yun)营智能，尤其是远(yuan)程(cheng)维(wei)护解(jie)决方(fang)案和(he)(he)基于云技术(shu)的(de)(de)服务(wu)，以应(ying)对(dui)持(chi)续(xu)(xu)增(zeng)加(jia)的(de)(de)围绕数(shu)据分(fen)(fen)析的(de)(de)服务(wu)需求。如远(yuan)程(cheng)状态监测可以对(dui)个别部件的(de)(de)运(yun)动(dong)进行分(fen)(fen)析或对(dui)整个驱(qu)动(dong)链实施在(zai)(zai)线连(lian)(lian)续(xu)(xu)监测。

　　基于开放标准和统(tong)(tong)一协议的(de)(de)通讯网(wang)络。若要充(chong)分利用(yong)智能化网(wang)络技(ji)术的(de)(de)优(you)势，需要借(jie)助统(tong)(tong)一网(wang)络基础设(she)施(shi)，来(lai)(lai)实现工(gong)厂(chang)内所有设(she)备(bei)彼此(ci)之间的(de)(de)相互(hu)通信(xin)。未来(lai)(lai)，网(wang)络交换设(she)备(bei)将得(de)到更广泛的(de)(de)利用(yong)。独(du)立IP的(de)(de)应用(yong)可以使产(chan)(chan)品和设(she)备(bei)具备(bei)可识(shi)别的(de)(de)独(du)立身份(fen)、便于追踪(zong)、定位和监测。此(ci)外，标准通讯可使更多(duo)的(de)(de)数字设(she)备(bei)融入生(sheng)(sheng)产(chan)(chan)线(xian)网(wang)络，如(ru)摄像(xiang)机(ji)、RFID读卡器(qi)、数字平(ping)板、安全磁卡等(deng)，以提高(gao)生(sheng)(sheng)产(chan)(chan)管理的(de)(de)精细(xi)化。

　　移(yi)(yi)动技(ji)术(shu)(shu)和(he)虚拟化。目前在(zai)平板电脑或(huo)智能(neng)手(shou)机上(shang)访问(wen)生产(chan)数据(ju)(ju)，信(xin)息(xi)和(he)工(gong)厂(chang)员工(gong)已能(neng)够实(shi)(shi)现(xian)“移(yi)(yi)动”并随(sui)(sui)(sui)时随(sui)(sui)(sui)地(di)访问(wen)应用(yong)程(cheng)序(xu)。未来(lai)，很(hen)多情况下(xia)(xia)需要使(shi)用(yong)云(yun)技(ji)术(shu)(shu)处理和(he)存(cun)储来(lai)自(zi)各(ge)地(di)的(de)数据(ju)(ju)，又(you)要在(zai)各(ge)地(di)实(shi)(shi)时地(di)使(shi)用(yong)这(zhei)些数据(ju)(ju)。移(yi)(yi)动技(ji)术(shu)(shu)让人(ren)变(bian)得机动灵活。人(ren)们可以(yi)随(sui)(sui)(sui)时随(sui)(sui)(sui)地(di)与任何相关(guan)人(ren)事联系，可以(yi)与全球同事交流(liu)分享经验知识(shi)、解决(jue)业务问(wen)题。不(bu)管技(ji)术(shu)(shu)专家(jia)身在(zai)何处，呼(hu)叫(jiao)中(zhong)心代表都可以(yi)实(shi)(shi)时向其咨询问(wen)题，而(er)(er)专家(jia)本人(ren)也可以(yi)随(sui)(sui)(sui)地(di)访问(wen)世界(jie)上(shang)任意地(di)点(dian)的(de)设(she)备服(fu)务历(li)(li)史以(yi)及其它装置的(de)历(li)(li)史，还能(neng)够核对(dui)工(gong)厂(chang)更新和(he)其它咨询。例如，很(hen)多油井地(di)处分散(san)的(de)偏远地(di)区(qu)，过(guo)去(qu)，技(ji)术(shu)(shu)人(ren)员需要奔(ben)波于各(ge)个油井之间将数据(ju)(ju)下(xia)(xia)载到闪存(cun)卡中(zhong)，而(er)(er)现(xian)在(zai)则可以(yi)直接(jie)从云(yun)端下(xia)(xia)载数据(ju)(ju)，通过(guo)远程(cheng)监视设(she)备和(he)过(guo)程(cheng)。他们可以(yi)实(shi)(shi)时生成报(bao)告(gao)，而(er)(er)不(bu)是按(an)天或(huo)者按(an)周。

　　虚(xu)(xu)拟(ni)化(hua)可(ke)以降(jiang)(jiang)低对物理(li)服(fu)务器(qi)和其它硬(ying)件(jian)的(de)(de)依赖性(xing)，同(tong)时节(jie)约工厂的(de)(de)能(neng)源成(cheng)本(ben)。虚(xu)(xu)拟(ni)化(hua)技术还可(ke)以改善机器(qi)的(de)(de)可(ke)靠性(xing)，打造低成(cheng)本(ben)高(gao)可(ke)用性(xing)的(de)(de)备份解决方案，同(tong)时允许操作系统的(de)(de)多个(ge)实(shi)例在单一硬(ying)件(jian)上运(yun)行(xing)。最新的(de)(de)DCS系统已经(jing)应用虚(xu)(xu)拟(ni)化(hua)服(fu)务器(qi)实(shi)现(xian)更快的(de)(de)处理(li)速度及降(jiang)(jiang)低生(sheng)命周期成(cheng)本(ben)。

　　现(xian)阶段，每一项自动(dong)化技术(shu)都(dou)已投(tou)入使(shi)用(yong)，但大部分公司至(zhi)今(jin)仍在(zai)单一地使(shi)用(yong)其(qi)中某一项技术(shu)。一旦公司理(li)(li)念趋于成熟，开始接(jie)(jie)受这(zhei)些新(xin)技术(shu)，就能(neng)(neng)够出现(xian)同时应用(yong)所有这(zhei)些技术(shu)的(de)(de)局(ju)面(mian)(mian)。目(mu)前，控(kong)制层(ceng)面(mian)(mian)，最(zui)新(xin)的(de)(de)PLC、变频等(deng)产(chan)(chan)品(pin)(pin)都(dou)有标(biao)准的(de)(de)网(wang)(wang)络通讯接(jie)(jie)口，现(xian)场(chang)设备通过(guo)传感器(qi)数据采集和(he)联网(wang)(wang)传输(shu)即可(ke)实(shi)(shi)现(xian)诊断等(deng)智能(neng)(neng)功能(neng)(neng);信(xin)(xin)息(xi)层(ceng)面(mian)(mian)，各种数据库软(ruan)件(jian)、制造(zao)执行系统、制造(zao)运行管(guan)理(li)(li)系统、产(chan)(chan)品(pin)(pin)生命周(zhou)期管(guan)理(li)(li)软(ruan)件(jian)等(deng)，同企(qi)业(ye)资源规划解决方案连接(jie)(jie)起来(lai)(lai)，则实(shi)(shi)现(xian)数据到信(xin)(xin)息(xi)的(de)(de)转(zhuan)换、辅助商业(ye)决策;分析(xi)运营层(ceng)面(mian)(mian)：现(xian)有的(de)(de)云平台也(ye)具备了远程(cheng)(cheng)(cheng)分析(xi)优化的(de)(de)基础(chu)和(he)经(jing)验;安(an)全层(ceng)面(mian)(mian)：业(ye)界主流厂商都(dou)已与信(xin)(xin)息(xi)安(an)全企(qi)业(ye)合作推出了实(shi)(shi)际(ji)方案。而未(wei)来(lai)(lai)的(de)(de)挑战主要(yao)在(zai)于需要(yao)在(zai)生产(chan)(chan)工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)、机械工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)、工(gong)艺工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)、自动(dong)化工(gong)程(cheng)(cheng)(cheng)、IT和(he)互(hu)联网(wang)(wang)领域建立起一个共同认(ren)可(ke)的(de)(de)问题处理(li)(li)方式和(he)标(biao)准。