1788年，James Watt設(shè)計(jì)了離心“飛球”調(diào)速器——一個(gè)控制發(fā)動(dòng)機(jī)速度的反饋閥門——從而大幅提高了蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的自我調(diào)節(jié)能力。Watt的創(chuàng)新提供了操作穩(wěn)定性和安全性，實(shí)現(xiàn)了蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)的日常使用。這是一種為機(jī)器提供自我調(diào)節(jié)能力，并最終穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)，推動(dòng)了第一次工業(yè)革命中生產(chǎn)力的大幅增長(zhǎng)。今天，工業(yè)4.0和智能制造“信息-物理系統(tǒng)”通過全新的工廠機(jī)器和系統(tǒng)自主校正反饋繼續(xù)著這一革命性的變革。

嵌入式信息處理、擾動(dòng)傳感、測(cè)量和智能網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了從基本自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)到不斷靈活、自適應(yīng)、了解自己的機(jī)器的轉(zhuǎn)變。這類機(jī)器自主使用自身的健康、狀態(tài)和環(huán)境信息來(lái)進(jìn)行物理過程的監(jiān)測(cè)和控制，并且通常是實(shí)時(shí)的，因此整個(gè)工廠便能實(shí)現(xiàn)局部和工廠級(jí)的完全優(yōu)化。物聯(lián)網(wǎng)、信息-物理系統(tǒng)和云技術(shù)正推動(dòng)物理世界和虛擬世界的融合，針對(duì)制造系統(tǒng)所有級(jí)別的相關(guān)信息提供無(wú)與倫比的訪問能力，并不斷改進(jìn)制造安全性、可靠性、生產(chǎn)率和效率。

智能工廠

工業(yè)4.0智能工廠將會(huì)更靈活和自適應(yīng)，并采用更多自主智能機(jī)器。在單個(gè)工廠和整個(gè)供貨與物流鏈中，更高的效率和單個(gè)機(jī)器的大規(guī)模定制將為成本、安全性和環(huán)境產(chǎn)生立竿見影的效果。

標(biāo)準(zhǔn)有線和無(wú)線通信技術(shù)將獨(dú)立的信息結(jié)合起來(lái)并用于在控制、預(yù)測(cè)和優(yōu)化等生產(chǎn)過程中做出智能決策，有助于優(yōu)化生產(chǎn)和供貨網(wǎng)絡(luò)。

智能機(jī)器

工業(yè)4.0智能機(jī)器的功能將會(huì)不斷革新自主性、靈活性和自適應(yīng)性。自監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)允許智能機(jī)器檢測(cè)故障，甚至診斷問題。局部機(jī)器健康監(jiān)測(cè)有助于延長(zhǎng)機(jī)器工作壽命，而以工廠級(jí)訪問機(jī)器健康信息有利于整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境，可讓操作人員優(yōu)化工作日程并增加正常工作時(shí)間。

考慮今天可能會(huì)出現(xiàn)的一種情況，即一臺(tái)老化的機(jī)器停機(jī)時(shí)間無(wú)法接受，或者需要對(duì)其進(jìn)行過量的預(yù)防性維護(hù)。在這種情況下，可以使用預(yù)測(cè)功能來(lái)改裝機(jī)器，包括使用振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)機(jī)械軸承的狀況，以及使用紅外傳感器檢測(cè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生的過多熱量。通過分析來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)，便可以優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃，延長(zhǎng)正常工作時(shí)間，同時(shí)免除過多的預(yù)防性維護(hù)支出。

ADIS16229等產(chǎn)品開啟了無(wú)線傳感器的應(yīng)用前景，可輕松安裝在機(jī)器的任意位置，執(zhí)行感知、診斷和預(yù)測(cè)等功能。

面向改裝機(jī)器和新機(jī)器市場(chǎng)、帶有無(wú)線連接的傳感器解決方案示例是ADI的ADIS16229。雙軸MEMS振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器可執(zhí)行振動(dòng)分析功能，并集成ISM頻段無(wú)線電。

通信

魯棒的工業(yè)以太網(wǎng)將會(huì)繼續(xù)得到廣泛的運(yùn)用，為智能工廠提供標(biāo)準(zhǔn)化高帶寬數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)真正的大規(guī)模定制?；ヂ?lián)網(wǎng)協(xié)議版本6 (IPv6)將提供高效、安全和高度可配置的地址方案，讓工廠操作人員無(wú)縫訪問機(jī)器上某個(gè)特定傳感器節(jié)點(diǎn)的信息，實(shí)現(xiàn)配置和查詢。最新的IEEE時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)控制與測(cè)量周期的精準(zhǔn)確定性時(shí)序，最終在運(yùn)動(dòng)中協(xié)調(diào)機(jī)器。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)線感知、監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)將得到更廣泛的運(yùn)用。魯棒的有線連接將繼續(xù)扮演重要的角色，尤其在充滿電氣噪聲的環(huán)境中。以太網(wǎng)供電技術(shù)將實(shí)現(xiàn)分布式傳感器、執(zhí)行器和其它聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電源分配，同時(shí)降低電纜成本。

結(jié)論

工業(yè)4.0智能工廠和智能機(jī)器正不斷推動(dòng)工廠內(nèi)部和機(jī)器內(nèi)部供應(yīng)鏈效率的大幅增長(zhǎng)。互連感知技術(shù)的進(jìn)步將有助于提供寶貴的信息，降低能耗、節(jié)約時(shí)間、減少浪費(fèi)、縮短停機(jī)時(shí)間并預(yù)防事故。