1788年，詹姆斯·瓦特設(shè)計了離心式調(diào)速器（“飛球”調(diào)速器），即控制引擎速度的反饋調(diào)節(jié)閥，以大量提高蒸汽機的自我調(diào)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(diào)控能力最終確保了引擎技術(shù)的發(fā)展，才有力地推動了第一次工業(yè)革命中生產(chǎn)力的顯著提升。如今，工業(yè)4.0和智能制造“網(wǎng)絡(luò)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(dāng)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(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)的進步把低級的自我調(diào)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成更靈活且適應(yīng)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(guān)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(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)和云計算技術(shù)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(guān)生產(chǎn)系統(tǒng)各層次的信息，并實現(xiàn)了對生產(chǎn)安全性、可靠性、生產(chǎn)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(yīng)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(yīng)物流鏈，這將促使對生產(chǎn)成本、安全性和環(huán)境進行重大即時的改進。

標(biāo)準(zhǔn)化的有線及無線通訊技術(shù)將通過信息匯集來優(yōu)化生產(chǎn)和供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。同時，可使用匯集的信息對生產(chǎn)過程的控制、預(yù)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(yīng)性。智能機器可通過自我監(jiān)控和預(yù)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(chǎn)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(shè)有一臺機器因老化導(dǎo)致不可接受的停機或預(yù)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(yù)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(zhuǎn)設(shè)備的過度加熱狀態(tài)。通過分析傳感器中的數(shù)據(jù)，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(yù)防性維修產(chǎn)生的額外開支。

ADIS16229模擬設(shè)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(chǎn)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(xiàn)傳感、診斷和預(yù)測功能。

通訊

圖3： Hyside | Dreamstime.com –工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機

只要大規(guī)模定制中仍然需要智能工廠的標(biāo)準(zhǔn)化高帶寬數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)設(shè)施，那么，強大的工業(yè)以太網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中，控制和測量周期的精確時間是協(xié)調(diào)機器運轉(zhuǎn)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(shù)將在分布式傳感器、執(zhí)行器以及其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中進行配電，這也將有效降低電纜成本。

結(jié)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(yīng)鏈及整個工廠和機器的效率。而連接傳感技術(shù)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。