與工業(yè)4.0相關技術的迅速發(fā)展，提高了內(nèi)置智能機器的效率、性能、以及可訪問性，因此被某些人稱為下一次工業(yè)革命。機電一體化機器設計和工程為工業(yè)4.0項目的成功實施提供了基本的構建模塊。

通向工業(yè)4.0之路

第一次工業(yè)革命，使紡織行業(yè)和其它行業(yè)誕生了第一批工廠，推動這些行業(yè)向基于煤和蒸汽動力設備為基礎的機械化生產(chǎn)的轉變。第二次工業(yè)革命以電力和內(nèi)燃機的廣泛使用為標志，規(guī)模化生產(chǎn)帶來了更新、更快的發(fā)展。第三次工業(yè)革命以數(shù)字制造技術、互聯(lián)網(wǎng)技術和再生性能源技術的重大創(chuàng)新、融合與運用為代表，半導體、計算機以及能源技術的快速發(fā)展，大大提高了制造業(yè)和過程工業(yè)的生產(chǎn)和能源利用效率。被稱為第四次工業(yè)革命的工業(yè)4.0，則充分利用了數(shù)字化和自動化技術。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術的引入，使模塊化組件和數(shù)字控制通信成為可能。物聯(lián)網(wǎng)為工業(yè)4.0提供有可能讓系統(tǒng)更快、更可靠、更靈活、更具擴展性的一個潛在的巨大平臺。讓工業(yè)4.0如此強大的是幾乎在世界任何地方、以近乎實時的方式進行最低層級的數(shù)據(jù)通訊和分析的能力。

隨著更多的傳感器、機器和運營連接到互聯(lián)網(wǎng)和云平臺上，工業(yè)4.0已經(jīng)獲得指數(shù)級的增長。企業(yè)將是物聯(lián)網(wǎng)解決方案的最高層的應用，可以降低運營成本，提高生產(chǎn)力，擴大新市場或開發(fā)新產(chǎn)品。

根據(jù)最近進行的一項業(yè)內(nèi)調(diào)查結果，超過一半的企業(yè)高管已經(jīng)接受基于物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)或計劃這樣做。超過80%的人認為，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，對于未來的成功至關重要。嵌入式智能和無線傳感器已經(jīng)應用到工業(yè)車間和運營管理。數(shù)據(jù)分析公司LuxResearch在一份物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)報告中預測，截止2020年，全球工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)值將達到1510億美元。

運動控制的新挑戰(zhàn)

在自動化與機器人領域，連接技術的發(fā)展進步，促進了對基于機器的、機器對機器（M2M）、和機器對網(wǎng)絡（M2N）技術的需求。機電一體化機器的發(fā)展，推動了工業(yè)4.0實施的進程。相互連接的電機驅動自動化和基于控制的生產(chǎn)線和應用，推動了對關鍵設備的監(jiān)控和資產(chǎn)管理策略的應用，從而進一步改善性能、增加正常運行時間、以及延長自動化設備和機器人的使用壽命。

基于云的應用程序，使得執(zhí)行復雜控制功能、數(shù)據(jù)聚合、監(jiān)測、以及機械設備的診斷成為可能，而以前這些只能在工廠和企業(yè)層面訪問。

新供應鏈模型和更短生產(chǎn)周期的要求，需要具有一定的靈活性，只有這樣才能減少機器開發(fā)時間和交鑰匙系統(tǒng)的集成。隨著工業(yè)過程越來越多的相互連接在一起，機器設備制造商和運營商需要更大的靈活性和更短的交貨時間，來實現(xiàn)智能機器的設計和調(diào)試。

了解機電一體化運動控制的角色，對工業(yè)4.0項目的成功實施十分關鍵。在制造、包裝、物流和物料處理中，自動化和數(shù)字技術必須從提高運營效率和性能可擴展性方面滿足多個目標。

具有高效率減速機和智能電機的分布式驅動解決方案，可以確保用戶在不同的應用場合實現(xiàn)更大的生產(chǎn)能力和可靠性。

管理復雜性，是機電一體化機器設計的核心，實施物聯(lián)網(wǎng)計劃需要大量復雜的工程功能。高效的生產(chǎn)制造和裝配，始于高效的運動控制。運動通過驅動軸、齒輪和電機、變頻器或伺服驅動器逐一傳遞。自動化是一把雙刃劍——在改善生產(chǎn)力的同時，也增加了系統(tǒng)復雜性，比如運動規(guī)劃、控制系統(tǒng)、以及與網(wǎng)絡的集成（無論是基于互聯(lián)網(wǎng)還是基于云的平臺）都要變得更復雜。

更復雜的是，大多數(shù)工廠的運營，仍要使用某些在線運行時間可能超過十年或更長時間的老舊系統(tǒng)。電機驅動器、可編程邏輯控制器（PLC）和其它老舊設備，必須對其通訊協(xié)議是否能與最新的物聯(lián)網(wǎng)技術通信的兼容性方面做出評估。

機電一體化使系統(tǒng)簡化

工業(yè)4.0受益于多學科交叉的機電一體化技術，來降低不斷融合的信息技術（IT）和運營技術（OT）的復雜性。通過簡化設計、調(diào)試和運行，機電一體化工程可以開發(fā)出更好的機器設備。通過讓機器設備制造商來調(diào)試、編程和連接設備，機器的自我優(yōu)化、選型適當?shù)南冗M電機和變頻器系統(tǒng)可以使生產(chǎn)制造和供應鏈自動化更靈活、更快、效率更高。

例如，具有先進功能的變頻器，可以支持最新和傳統(tǒng)的機器連接?；趨?shù)化編程技術、智能電機驅動技術的制造，可以加速機器運動編程從概念到部署的各個階段。參數(shù)化編程使其比傳統(tǒng)編程更易于調(diào)試。將智能驅動器上線，不再需要特殊培訓。同樣的原則適用于調(diào)試過程中變頻器的參數(shù)化。在某些情況下，只需要Wi-Fi和可插拔內(nèi)存模塊就可以在一分鐘內(nèi)復制和調(diào)試所需要的參數(shù)。

減少變量的數(shù)量，簡化了機器和運動控制。將電子元件和軟件集成到驅動機構中形成一個集成單元，當它與智能軟件結合時，就能以恒定扭矩變速運行，從而獲得廣泛應用。通過調(diào)整不必要和不同的變頻器系統(tǒng)變量，電機旋轉速度可自由調(diào)整，并可以通過移動設備進行遠程控制。

智能電機現(xiàn)在可以將速度控制驅動技術的傳統(tǒng)領域與工業(yè)4.0相結合，通過將線電壓驅動電機的簡單性與電子驅動控制單元的優(yōu)點相結合，為移動用戶提供對電機控制的最佳遠程訪問。將電機和變速箱與可變電機速度相結合的高效模塊化驅動解決方案，通常也可以實現(xiàn)與電機和變頻器相同或更好的性能。

機器軟件也已經(jīng)模塊化。應用模板是實用的工程工具，使精密和復雜的運動控制更容易獲取，更容易理解。模塊化的軟件模板，更容易實現(xiàn)參數(shù)化驅動。不論是集中式、基于控制器的系統(tǒng)，還是分布式、基于驅動的平臺，模塊化控制系統(tǒng)都可以使用基于EtherCAT、PLCopen和其它工業(yè)標準的自動化拓撲結構。

越來越多的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）、傳輸控制協(xié)議（TCP/IP）、開放系統(tǒng)架構正在向工業(yè)領域發(fā)展，有些在新裝置中的應用甚至超過了專用的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。電機驅動連接，可以提供不同形式的無線和現(xiàn)場總線通信，包括以太網(wǎng)，多輸入/輸出（I/O）接口，以及鍵盤、USB或無線局域網(wǎng)（LAN）模塊等插件選項?？捎玫慕涌谶x項，簡化了調(diào)試、參數(shù)設置和連接。無線、I/O、和即插即用選項，使實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡和基于云的控制和分析成為可能。

開放標準編程，賦予操作員在過程級別上的控制能力，還可以使用同一控制器集成上、下游驅動控制任務。開放標準環(huán)境增加了網(wǎng)絡接入點，這是一把雙刃劍。需要對工業(yè)連接和控制進行評估，以便識別潛在的網(wǎng)絡風險，采取相應的預防措施。具有內(nèi)部控制、PLC安全檢測系統(tǒng)，并配備了用戶權限管理的控制平臺，能夠支持多層網(wǎng)絡安全協(xié)議。美國國家標準與技術研究所（NIST）的網(wǎng)絡安全框架，提供了工業(yè)網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)連接設備安全控制的具體實施指南。

打好工業(yè)4.0的地基

工業(yè)4.0的未來愿景是希望在世界任何地方，獲得身份認證的用戶都可以訪問數(shù)據(jù)分析、控制生產(chǎn)、并執(zhí)行預防性維護，從而可以提高生產(chǎn)能力，改善盈利水平。機電一體化運動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)這一切的基礎。

有了合適的工具，就可以在更短的時間間隔內(nèi)推出智能機器。能源效率植根于現(xiàn)代驅動技術。編程易用性和控制訪問，意味著運行人員可以受益于更高的生產(chǎn)率，易于維護和減少停機時間。以運動為中心的自動化解決方案，納入了人體工程學操作理念、用戶友好、多點觸摸、人機界面的操作系統(tǒng)，以便實現(xiàn)過程可視化，更易于集成，從而達到支持網(wǎng)絡和與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）設備的連接和控制。

顯然，在工業(yè)4.0時代，機電一體化比以往的關聯(lián)度更高。靈活和可擴展的驅動技術，可以提供更高效的數(shù)據(jù)流、可視性和控制，并可將機器數(shù)據(jù)安全的發(fā)送給（或接收）網(wǎng)絡或云，以便實現(xiàn)實時的決策、診斷、維護和預測分析。將復雜的運動控制和自動化轉化為便于使用的驅動解決方案是工業(yè)4.0在運動控制中實施的關鍵。