前言

工業(yè)4.0的概念起源于德國(guó)，現(xiàn)在已普遍引起世界各地行業(yè)專(zhuān)家的充分重視。各個(gè)工件在生產(chǎn)過(guò)程中將發(fā)揮日益交互式的作用，形成類(lèi)似互聯(lián)網(wǎng)那樣分布在機(jī)器、工廠(chǎng)和供應(yīng)鏈中的智能結(jié)構(gòu)。通向這一嶄新的工業(yè)前景之路由日益分散的控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)鋪就。然而，該技術(shù)在很大程度上依賴(lài)于故障安全通信系統(tǒng)是否能夠管理如此龐大的數(shù)據(jù)。高質(zhì)量的POWERLINK和openSAFETY技術(shù)在應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)方面擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，有助于實(shí)現(xiàn)真正的第四次工業(yè)革命。

在十九世紀(jì)的第一次工業(yè)革命中，以煤和蒸汽作為動(dòng)力的機(jī)器生產(chǎn)代替了手工勞動(dòng)。第二次工業(yè)革命通過(guò)嚴(yán)格分工的裝配生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)。到了二十世紀(jì)中葉，晶體管等重大發(fā)明推動(dòng)了第三次工業(yè)革命的發(fā)展。

大規(guī)模小批量生產(chǎn)

今天的消費(fèi)者看重個(gè)性化，但又不愿意購(gòu)買(mǎi)手工制品。這一悖論促使設(shè)備和機(jī)械制造商努力盡量減少批次更換之間的時(shí)間和工作量–最終通過(guò)自動(dòng)化完美地解決這一問(wèn)題。

傳統(tǒng)的生產(chǎn)控制流程過(guò)于死板，從而無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求。多年來(lái)采取的眾多方法使它們變得更具適應(yīng)性。其中一個(gè)成功的方法是將機(jī)器互聯(lián)并使用庫(kù)存管理和生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。

通信和分布式

基于以太網(wǎng)的POWERLINK通信協(xié)議的開(kāi)放性已被證明在簡(jiǎn)化與車(chē)間內(nèi)第三方系統(tǒng)以及辦公環(huán)境中IT系統(tǒng)的通信方面非常有效。貝加萊APROL過(guò)程控制系統(tǒng)通過(guò)將整個(gè)機(jī)器網(wǎng)絡(luò)和樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)完全集成到單個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中也做出了重大的貢獻(xiàn)。

龐大的數(shù)據(jù)需要實(shí)現(xiàn)安全且確定性傳輸，大量的運(yùn)動(dòng)軸必須實(shí)現(xiàn)高精度同步。這些任務(wù)要求高速數(shù)據(jù)通信向下直至各個(gè)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)–在跨越廣闊網(wǎng)絡(luò)的硬實(shí)時(shí)性能方面沒(méi)有妥協(xié)。POWERLINK在所有這些方面的表現(xiàn)是市場(chǎng)上其它總線(xiàn)系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。

另一個(gè)更適應(yīng)生產(chǎn)的成功的方法是通過(guò)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)每臺(tái)機(jī)器的分布式智能。分布式控制和I/O系統(tǒng)以及內(nèi)置智能的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以使模塊化機(jī)器的開(kāi)發(fā)變得更加容易，機(jī)器在運(yùn)行期間就能實(shí)現(xiàn)重新配置。

貝加萊ACOPOS系列伺服驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)很好的例子，當(dāng)它在2000年首次推出的時(shí)候就掀起了一場(chǎng)自己的小革命。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及越來(lái)越多集成數(shù)據(jù)處理的傳感器也變得更加普遍，從而得以進(jìn)一步在各個(gè)機(jī)器中分配計(jì)算性能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

從概念到調(diào)試的一致性

與此同時(shí)，軟件工程領(lǐng)域也已涌現(xiàn)出了全新的概念，允許產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員洞察整個(gè)生產(chǎn)，以至于在此過(guò)程中不會(huì)迷失。幾何CAD模型可以被直接轉(zhuǎn)換成機(jī)器的NC程序，而且組件數(shù)據(jù)也可以被直接送入生產(chǎn)調(diào)度和仿真系統(tǒng)中。運(yùn)動(dòng)仿真和CAE程序中移動(dòng)部件的動(dòng)態(tài)特性可以被轉(zhuǎn)化成程序代碼來(lái)控制機(jī)器和設(shè)備，使用仿真工具可以從數(shù)學(xué)模型中生成處理算法。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)正在延伸至用戶(hù)生活的各個(gè)角落，無(wú)論是在家中還是在辦公室內(nèi)，不斷壯大的全局網(wǎng)絡(luò)正在取代在單獨(dú)計(jì)算機(jī)上集中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這為管理并利用數(shù)據(jù)開(kāi)啟了全新的可能。自上而下的命令結(jié)構(gòu)正在讓位給客戶(hù)端-服務(wù)器系統(tǒng)的查詢(xún)和響應(yīng)方案。

物聯(lián)網(wǎng)

德國(guó)聯(lián)邦政府提出的一項(xiàng)倡議旨在工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域推廣這些機(jī)制的應(yīng)用。這一舉措激發(fā)了工業(yè)4.0概念和第四次工業(yè)革命的興起，同時(shí)預(yù)測(cè)并鼓勵(lì)在設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程中的基本范式轉(zhuǎn)變。后革命時(shí)代將會(huì)呈現(xiàn)所謂的“物聯(lián)網(wǎng)”實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品分布式利用及數(shù)據(jù)處理，嵌入各個(gè)工件的信息連接至云平臺(tái)這樣的工業(yè)前景。

數(shù)字“4”似乎預(yù)示著遍布整個(gè)工業(yè)自動(dòng)化世界中的方法論正在發(fā)生著徹底改變。越來(lái)越分散的生產(chǎn)流程對(duì)機(jī)器和系統(tǒng)制造商提出的最大挑戰(zhàn)在于軟件開(kāi)發(fā)。

您可以在貝加萊自動(dòng)化軟件AutomationStudio4中發(fā)現(xiàn)理想的解決方案。與市場(chǎng)上的其它系統(tǒng)有所不同，AutomationStudio4支持模塊化、事件驅(qū)動(dòng)的軟件開(kāi)發(fā)，可以完全自由地加載單獨(dú)模塊–甚至第三方軟件–無(wú)論是動(dòng)態(tài)還是按需進(jìn)行。AutomationStudio還提供無(wú)縫數(shù)據(jù)交換，并可以實(shí)現(xiàn)與M-CAD、E-CAD和仿真工具等同步。

由此造成的在生產(chǎn)控制方法上的劇變–包括諸如由工件發(fā)起的機(jī)器動(dòng)態(tài)重構(gòu)情況–伴隨著對(duì)工業(yè)通信的需求增加而同步進(jìn)行。“需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量和需要同步的運(yùn)動(dòng)軸數(shù)量一樣正在迅速增長(zhǎng)，”EthernetPOWERLINK標(biāo)準(zhǔn)化組織（EPSG）總經(jīng)理StefanSchönegger說(shuō)道。“這些任務(wù)要求高速數(shù)據(jù)通信向下直至各個(gè)傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)–在跨越廣闊網(wǎng)絡(luò)的硬實(shí)時(shí)性能方面沒(méi)有妥協(xié)。POWERLINK在所有這些方面的表現(xiàn)是市場(chǎng)上其它總線(xiàn)系統(tǒng)所無(wú)法比擬的。”

動(dòng)態(tài)開(kāi)放，絕對(duì)可靠

為了實(shí)現(xiàn)不同制造商系統(tǒng)之間高度自動(dòng)化的交互，盡量減少故障風(fēng)險(xiǎn)必不可少。“在這里，POWERLINK也完全能夠提供PLC和線(xiàn)路冗余方案，不需要使用任何專(zhuān)用計(jì)算硬件，”Schönegger說(shuō)道。對(duì)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)提出的另一個(gè)基本要求是與第三方系統(tǒng)的互操作性。“由一家供應(yīng)商來(lái)提供所有難題的最佳解決方案簡(jiǎn)直是不可思議的，”Schönegger說(shuō)道。“兼容現(xiàn)有系統(tǒng)并致力于開(kāi)放技術(shù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)絕對(duì)至關(guān)重要。”在工業(yè)4.0的背景下尚未得到應(yīng)有重視的一個(gè)問(wèn)題是職業(yè)安全。然而，采取限制生產(chǎn)進(jìn)程靈活性或阻礙其充分發(fā)揮潛力的安全措施顯然適得其反。“將各個(gè)機(jī)器限制在安全罩中并非可行之道，”Schönegger確信說(shuō)。“如果我們的目標(biāo)是使機(jī)器和生產(chǎn)單元適應(yīng)它們基于各個(gè)工件的配置，那么我們就需要獲得動(dòng)態(tài)添加或重構(gòu)機(jī)器模塊的自由。”同樣在這里，EPSG是建立在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)開(kāi)發(fā)歷史和規(guī)范的基礎(chǔ)上的，早在探討懸而未定的第四次工業(yè)革命之前很早就已成立。

安全無(wú)限

“集成現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的安全控制系統(tǒng)是模塊化機(jī)器設(shè)計(jì)必不可少的組成部分。由于完全不受所使用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)類(lèi)型的約束，因此openSAFETY協(xié)議允許將統(tǒng)一的安全解決方案應(yīng)用到各個(gè)模塊及整個(gè)機(jī)器上，即使它們之間使用不同的協(xié)議進(jìn)行通信，”Schönegger解釋道。“憑借openSAFETY，一條生產(chǎn)線(xiàn)–包括其動(dòng)態(tài)可配置的所有模塊單元–可以作為一個(gè)安全單元來(lái)實(shí)現(xiàn)管理。”操作員不會(huì)受制于防護(hù)欄，可以從不受約束的性能中充分獲益–這要?dú)w功于完全集成于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)鏈中的安全功能以及刀具中心點(diǎn)安全限速等特性。

openSAFETY能夠使整條生產(chǎn)線(xiàn)包括其動(dòng)態(tài)可配置的所有模塊作為一個(gè)安全單元來(lái)實(shí)現(xiàn)管理。操作員不會(huì)受制于防護(hù)欄，可以從不受約束的性能中充分獲益–這要?dú)w功于完全集成于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)鏈中的安全功能以及刀具中心點(diǎn)安全限速等特性。

openSAFETY這些滿(mǎn)足未來(lái)高度靈活生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以歸功于其開(kāi)放性，Schönegger強(qiáng)調(diào)說(shuō)。“專(zhuān)有解決方案已經(jīng)過(guò)時(shí)了。開(kāi)放性將推動(dòng)真正的工業(yè)4.0革命。”

“EthernetPOWERLINK標(biāo)準(zhǔn)化組織（EPSG）總經(jīng)理StefanSchönegger

生產(chǎn)系統(tǒng)中無(wú)處不在的自動(dòng)化邏輯分布，即所謂的工業(yè)4.0，對(duì)高效、可靠且開(kāi)放的通信網(wǎng)絡(luò)提出了迫切的需求。POWERLINK和openSAFETY已經(jīng)證明了它們的這些優(yōu)勢(shì)，早已為滿(mǎn)足第四次工業(yè)革命的需要做好了準(zhǔn)備。”