1788年，詹姆斯·瓦特設計了離心式調速器（“飛球”調速器），即控制引擎速度的反饋調節(jié)閥，以大量提高蒸汽機的自我調控能力。這一創(chuàng)舉確保了蒸汽機操作的穩(wěn)定性和安全性，也將蒸汽機的使用帶入了尋常生活中。正是由于機器的自我調控能力最終確保了引擎技術的發(fā)展，才有力地推動了第一次工業(yè)革命中生產力的顯著提升。如今，工業(yè)4.0和智能制造“網絡化物理系統(tǒng)”將繼續(xù)承接歷史革新，通過工廠機器和系統(tǒng)中的自動糾正反饋新模式，推進當今時代的發(fā)展動力。

圖1： Arne9001 | Dreamstime.com – 工人在制造廠的機床控制板上操作

嵌入式信息處理、干擾傳感、仿真及智能網絡連接技術的進步把低級的自我調控系統(tǒng)轉變成更靈活且適應性更強的智能機器。這類機器可以自動使用與自身狀態(tài)及環(huán)境相關的信息來對物理進程進行監(jiān)控，且通常為實時監(jiān)控。這樣，全廠的運作進程都可以得到充分的優(yōu)化。同時，物聯網、網絡化物理系統(tǒng)和云計算技術的發(fā)展又推動了物理世界與虛擬世界的融合，前所未有地提供了有關生產系統(tǒng)各層次的信息，并實現了對生產安全性、可靠性、生產力和效率的持續(xù)優(yōu)化。

智能工廠

圖2： Dudau | Dreamstime.com – 自動化工廠

未來，工業(yè)4.0智能工廠將變得越來越靈活且更具適應性，被更多自動智能機器啟用。更高效率和大規(guī)模定制的機器將遍布各個工廠及整個供應物流鏈，這將促使對生產成本、安全性和環(huán)境進行重大即時的改進。

標準化的有線及無線通訊技術將通過信息匯集來優(yōu)化生產和供應網絡。同時，可使用匯集的信息對生產過程的控制、預測和優(yōu)化做出明智的決策。

智能機器

工業(yè)4.0智能機器將繼續(xù)發(fā)揮更大的自主性、靈活性和適應性。智能機器可通過自我監(jiān)控和預測來檢測故障甚至是診斷問題。對本地機器的運行狀態(tài)進行監(jiān)測將有助于延長機器的使用壽命，而全廠獲取機器狀態(tài)信息將使整個生產環(huán)境受益，并使運營者得以優(yōu)化維修計劃，提高正常運行時間。

試想一下，假設有一臺機器因老化導致不可接受的停機或預防性維修過度。這種情況中，可以對機器進行改進，使其具有預測功能。這就包括：改進振動傳感器來檢測機器軸承的狀態(tài)，及改進紅外傳感器來檢測旋轉設備的過度加熱狀態(tài)。通過分析傳感器中的數據，可以優(yōu)化維修計劃，提高機器的正常運行時間，且可避免因過度預防性維修產生的額外開支。

ADIS16229模擬設備便是改進型機器和新機器市場中使用無線連接的傳感器解決方案。這種雙軸MEMS振動監(jiān)測傳感器可實施振動分析功能，且其還包含了一個ISM波段收音機。諸如ADIS16229的此類產品展示了無線傳感器發(fā)展的前景：即無線傳感器可以安裝在機器的任何位置來實現傳感、診斷和預測功能。

通訊

圖3： Hyside | Dreamstime.com –工業(yè)網絡交換機

只要大規(guī)模定制中仍然需要智能工廠的標準化高帶寬數據通信基礎設施，那么，強大的工業(yè)以太網將繼續(xù)被廣泛采用。IPv6將提供高效、安全、高度可配置的尋址，使工廠運營者得以無縫訪問機器中用于配制和詢問的特定傳感器節(jié)點。在新興的IEEE時間敏感網絡標準中，控制和測量周期的精確時間是協調機器運轉的必要條件。隨著科技的不斷發(fā)展，未來將越來越多地采用無線傳感、監(jiān)測和控制系統(tǒng)。強大的有線連接也將繼續(xù)扮演重要的角色，特別是在電噪聲豐富的環(huán)境中發(fā)生重大作用。Power-over-Ethernet技術將在分布式傳感器、執(zhí)行器以及其他網絡設備中進行配電，這也將有效降低電纜成本。

結論

工業(yè)4.0智能工廠和智能機器將有力地改進整個供應鏈及整個工廠和機器的效率。而連接傳感技術的飛速發(fā)展也將提供有價值的信息，以減少能源消耗、節(jié)省時間、減小污染、降低停機時間及防止事故發(fā)生。