自從2011年在漢諾威工業博覽會上創造這個流行語以來，工業4.0已經走了很長一段路。向智能制造的旅程仍在繼續，但近年來真正有所作為的是物聯網(IoT)的起飛和問世人工智能(AI)解決方案。

在這里，值得一提的是，2012年，通用電氣(GeneralElectric)創造了“工業互聯網”一詞，意為智能連接多種工業設備，以創建可監視，收集，交換，分析和提供有價值的見解的系統。最終，工業4.0和工業互聯網的概念開始融合，最終達到了工業IoT或IIoT。

無論是所謂的工業4.0還是工業物聯網，其根本目標都是在蒸汽機，傳送帶和信息技術(IT)借助尖端電子技術的幫助下實現第四次工業革命。它將制造和過程自動化提升到一個全新的水平，明天的工廠將建立包括傳感器，執行器和控制系統的連接系統，所有這些系統都通過Internet協議(IP)通過不同類型的網絡鏈接在一起。

圖1：工業4.0標志著數字化轉型的新高度。

諸如故障檢測和分類之類的AI應用程序的集成也推動了工業4.0的發展。物聯網和人工智能技術的結合改變了工程師在生產環境中管理數據，傳播信息和做出實時決策的方式。機器學習算法和基于機器人的過程處理的使用可以進一步節省成本和工時，從而進一步優化現代制造。

在紐約斯克內克塔迪的通用電氣工廠可以看到工業4.0的實際體現。鈉鎳電池制造工廠已安裝了10,000多個傳感器，分布在180,000平方英尺的制造空間中。所有這些傳感器都通過高速以太網連接。

這使我們進入了工業4.0設計的基本組成部分之一：相連的傳感器。

傳感器互聯網

通過有線或無線鏈路連接的傳感器構成了Industry4.0或IIoT系統的骨干。傳感器傳送到云的機器數據可以優化制造，預測故障，安排維護計劃并自動補充庫存。

工業4.0領域傳感器的新功能是本地化和通信的融合，以創建精確的室內定位系統。這使工廠可以實時監控工具并管理工人的使用情況，以提高裝配線的效率，安全性和質量控制。

這些高精度和位置感知系統使用智能無線傳感器解決方案。以智能駕駛室為例，傳感器供應商博世與CABConceptCluster(CCC)合作開發了智能駕駛室。它在農用車輛中集成了攝像頭和無人機，并將它們變成了現場連接的控制中心。

圖2：除了智能制造之外，“工業4.0”倡議正在擴展到其他領域，例如互聯農業。圖片：CABConceptCluster)

該解決方案為農民提供了由攝像機無人機拍攝并隨后在云中進行處理的作物狀況的詳細圖片。攝像機無人機還可以執行物體識別，以警告農民有關鹿等活動障礙的信息。此外，農民可以執行特定功能，例如根據天氣或土壤條件調整噴嘴設置。

博世還聲稱通過記錄氣缸的運動，夾具的周期時間以及制造過程中的溫度和壓力水平，提高了其在德國布萊卡赫工廠的ABS/ESP制動系統制造的生產率。從RFID標簽收集的數據將傳遞到海量數據庫，該數據庫以數字方式繪制內部貨物流圖。

工業4.0芯片

半導體器件是工業4.0和IIoT設計中的另一個關鍵要素。其中包括用于邊緣計算的處理器，用于數據存儲的存儲器，數據轉換器以及用于遙感和云平臺鏈接的有線或無線連接芯片。

一個示例是德州儀器(TI)的SitaraAM6x處理器系列，該系列支持用于工廠自動化，電機驅動器和網格基礎設施的千兆位工業通信子系統。這些處理器圍繞單個網絡上的以太網和實時數據流量的融合而構建。它們支持多種協議，包括時間敏感網絡(TSN)，EtherCAT，以太網/IP和PROFINET

圖3：SitaraAM6548多協議處理器的框圖，該處理器為工業連接標準(如TSN)提供千兆位吞吐量。

這款支持TSN的處理器集成了基于ArmCortex-R5F的雙核微控制器(MCU)子系統，該子系統可在可選的鎖步模式下運行，并支持針對片上存儲器和外部雙數據的錯誤校正碼(ECC)保護。速率(DDR)內存。這些功能使處理器能夠提高安全性，并降低可編程邏輯控制器(PLC)和多軸電機驅動器等應用程序的系統級復雜性。

工業4.0平臺對高性能PLC的要求越來越高，并輔以安全連接和人機界面(HMI)。PLC也必須縮小外形尺寸和過程價值鏈，同時增加I/O通道(模擬和數字)的數量。這些PLC將需要支持新的I/O協議，例如IO-Link。

此外，功能強大的片上系統(SoC)解決方案的出現使數字孿生的創建成為可能，數字孿生將虛擬世界和物理世界配對，并創建了將工業制造的所有步驟映射并鏈接在一起的數據池。這些網絡物理系統創建了物理世界的虛擬副本，從而使監視物理過程的成本更低，效率更高。

未來工廠

在工業4.0的愿景中，通過端到端傳感器解決方案和服務在生產現場復興。它促進了更明智的決策，提高了運營效率，提高了產量，提高了工程效率并極大地提高了業務績效。

隨著物聯網傳感器，大數據和AI應用程序可用性的加速，工業4.0的現實終于開始向前發展。根據GartnerInc.的報告，2018年，該領域的物聯網設備超過60億，到2022年，這一數字預計將增長到200億以上。

未來的工廠將通過功能更強大的處理節點，更自動化的生產流程以及能夠近乎實時地處理和分析大量工廠數據的更智能的數據分析工具，在穩步穩定地發展。成為現實，一次提供一個物聯網傳感器解決方案。