在經(jīng)歷了以走數(shù)字化道路為目標的行業(yè)中的幾項工作之后，并收到了一些關于我們文章的評論，要求我們演示如何構建自動化 4.0項目，我們?yōu)槟尸F(xiàn)這項工作，為您提供技術讀者和學生.

我們不打算窮盡這個主題，甚至假設一個模型，而是以實際和直接的方式展示當今工業(yè)自動化項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，知識的傳遞、管理和掌握的方式，可以追溯到說話者的時代，這個詞，說得好，在社會中表現(xiàn)出深厚的知識和尊重，還有教育、科學和演說家時代的政治。

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，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)造了一個新的社會。

至少我們正處于轉型的這個階段，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，這就是我們社會的運作方式。

通過數(shù)字化，我們誕生了所謂的社會4.0，人類組織的所有領域都通過數(shù)字數(shù)據(jù)進行管理。政府、健康、教育、安全、流動性和工業(yè)，開始與這個社會聯(lián)系起來，使用我們可以稱之為4.0 的新技術，這只是對第四次工業(yè)革命的暗示。

要將行業(yè)帶入數(shù)字化水平，需要經(jīng)過一條轉型路徑，但主要是設計自動化系統(tǒng)以響應新數(shù)字化行業(yè)的需求。

我們所熟知的自動化金字塔，即我們的自動化 3.0，是一個分層結構，它的相互通信是通過多個接口完成的，但是它是一個垂直模型，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)必須用自動化4.0 來設計，現(xiàn)在基于自動化支柱，主要是因為我們擁有所有信息的互連，不僅是垂直的，而且是水平的，貫穿整個業(yè)務價值鏈，真實地交互時間。

正如我們所說，我們正處于過渡階段，從自動化金字塔演變?yōu)樽詣踊е?，主要變化將是?/p>

在該領域：

借助IoT 物聯(lián)網(wǎng)層大幅增加設備信號。

掌控之中：

控件將分布在智能設備上的各個領域，并在云端進行監(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，在一個單一的云環(huán)境中工作，相互連接的工具。

自動化 4.0 項目的技術

要從自動化 4.0 架構設計工業(yè) 4.0，需要一些技術，主要是一種連接數(shù)據(jù)、人員和流程的新格式。

下面是一個列表，它并未涵蓋所有技術，但貫穿了當今自動化4.0 項目必須遵守的要點：

• 分布式控制單元（現(xiàn)場） ——智能I/O 模塊（輸入和輸出）和低點密度控制，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）領域(IoT)–由于I/O 模塊和控制器分布并連接在網(wǎng)絡中，通常采用基于以太網(wǎng)的標準，數(shù)據(jù)訪問的入侵風險是永久性的，因此需要安全項目. 網(wǎng)絡安全

• EDGE層——云場層，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，必須允許所有自動化縱向和橫向互連，沒有更多的層，但信息的相互關系，基于RAMI 4.0的模型，是對此的參考

• 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、質量等，形成獨特的生態(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單一的優(yōu)先數(shù)字環(huán)境，用于高級控制以及管理和監(jiān)督富有成效的決策

• FOG 層——與EDGE 層目標相同，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)價值鏈、業(yè)務單元，是滿足工業(yè)4.0概念的先決條件，一個能夠連接供應商、外部部門、客戶和行業(yè)本身的網(wǎng)絡?；ミB所需，所有外部元素都是IIoT（工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)）

• 云（外部） ——使用外部云計算，應用AI（人工智能）等工具，進行決策和使用大數(shù)據(jù)，統(tǒng)一整個工業(yè)商業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，提供決策動態(tài)場景，加速時間和減少錯誤。

這種數(shù)字自動化結構的基本功能

這種數(shù)字自動化結構的基本操作是以所有網(wǎng)絡組件之間實時交換數(shù)據(jù)并使用系統(tǒng)進行決策為前提的。

關于主要操作點，我們可以描述：

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

• 在連接性方面，所有設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)場集中控制、監(jiān)督和決策服務

• 骨干連接整個產(chǎn)業(yè)價值鏈

• 外部云使用AI人工智能服務，在生產(chǎn)鏈中進行交互

預期收益

作為工業(yè)4.0 現(xiàn)實的模型，使用自動化4.0 架構的預期好處是什么，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）簡化通信層

• 本地決策（數(shù)據(jù)挖掘和機器學習）（EDGE 和FOG）

• 僅按需使用外部云

• 將AI應用于運維，專注于Prognostics的運維管理和維護

當前的挑戰(zhàn)

這些架構的技術和設計模型在知識方面非常新，這帶來了挑戰(zhàn)，我們可以在下面描述其中的一些：

• 設計具有分布式控制的自動化系統(tǒng)

• 設計具有水平數(shù)據(jù)協(xié)議和接口的網(wǎng)絡

• 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)）互連價值鏈

• 利用外部云服務（在必要的范圍內）并應用人工智能

注意事項

作為要點的建議，我們可以描述在實施數(shù)字化項目時應注意的事項，重點是自動化：

• 在生產(chǎn)塊（數(shù)量）和產(chǎn)品線（品種）中設計您的生產(chǎn)過程

• 跨生產(chǎn)線或生產(chǎn)單元分配信號和控制

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

• 創(chuàng)建本地云層（EDGE 和FOG）并使用本地數(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)以進行生產(chǎn)監(jiān)督

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

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

趨勢

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

• 小型控制和I/O 設備和連接（OPC-UA、MQTT、TSN）

• 分布式工控機，在FOG和EDGE層形成本地云

• 價值鏈提供商已經(jīng)在IIoT 骨干網(wǎng)中擁有用于標準化連接（云）的結構化數(shù)據(jù)

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

結論

我們得出結論，工業(yè)自動化系統(tǒng)是生產(chǎn)部門的指揮和控制結構，為數(shù)字工業(yè)設計系統(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。