過去幾十年來，工業(yè)自動化的發(fā)展經(jīng)歷了一系列變革，并取得了長足的進步。這些技術創(chuàng)新正在推動工業(yè) 4.0 的實現(xiàn)，甚至在向工業(yè) 5.0 邁進。這一轉變集中體現(xiàn)在智能技術、數(shù)據(jù)分析和人機協(xié)作等領域，對現(xiàn)有工業(yè)體系構成了眾多挑戰(zhàn)。改造傳統(tǒng)系統(tǒng)，擁抱現(xiàn)代技術，是企業(yè)保持競爭力的關鍵步驟。本文旨在探討工業(yè)設計工程師和系統(tǒng)集成商在此過程中所面臨的挑戰(zhàn)，并推薦眾多技術解決方案來克服這些障礙。

了解工業(yè)4.0和5.0

工業(yè)4.0：強調連接、數(shù)據(jù)及自動化。這涉及了將信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng) (IoT)、云計算及人工智能 (AI) 集成到制造流程中。

工業(yè)5.0：依托工業(yè) 4.0 進步，重點關注人類與智能系統(tǒng)之間的協(xié)作。工業(yè) 5.0 旨在創(chuàng)建更加個性化且可持續(xù)的制造流程，強調人類創(chuàng)造力和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

升級傳統(tǒng)系統(tǒng)的關鍵挑戰(zhàn)

●   與傳統(tǒng)系統(tǒng)的兼容性：鑒于兼容性難題的存在，以及新舊系統(tǒng)間無縫通信的需求，將新技術集成到現(xiàn)有基礎設施中可能會面臨諸多復雜情況。

●   互操作性：確保不同設備和系統(tǒng)之間的無縫通信至關重要。采用統(tǒng)一的協(xié)議和接口（如 OPC UA 和 MQTT）是實現(xiàn)互操作性的關鍵。

●   數(shù)據(jù)管理：有效的數(shù)據(jù)收集、存儲和分析至關重要。傳統(tǒng)系統(tǒng)通常缺乏先進的數(shù)據(jù)分析能力，因此難以獲得切實可行的見解。

●   安全性：鑒于連接性日益增強，系統(tǒng)暴露于潛在網(wǎng)絡威脅之下的風險也隨之增加，因此增強網(wǎng)絡安全至關重要。傳統(tǒng)系統(tǒng)配置可能無法處理現(xiàn)代安全協(xié)議。

●   技能差距：向數(shù)字化轉型需要提升員工技能。抵制變革和缺乏數(shù)字化相關知識可能會阻礙新技術的普及。

●   成本：升級所需的初期投資可能相當可觀。企業(yè)必須平衡成本與潛在長期利益和投資回報率 (ROI)。

推薦的技術解決方案

AI和機器學習

AI 和機器學習可以分析大量數(shù)據(jù)，優(yōu)化流程、預測故障并實現(xiàn)個性化生產(chǎn)。

圖1 邊緣人工智能顛覆行業(yè)

應用

●   預測性維護：AI算法可以提前預測設備可能發(fā)生的故障。

●   質量控制：機器學習模型可以高精度識別產(chǎn)品缺陷。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 網(wǎng)關

IIoT 網(wǎng)關是將傳統(tǒng)系統(tǒng)連接到現(xiàn)代網(wǎng)絡的關鍵。IIoT 網(wǎng)關支持從舊設備收集數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)皆贫似脚_進行分析。

圖2 工業(yè)LoRaWAN網(wǎng)關

優(yōu)勢

●   無縫集成各種來源的數(shù)據(jù)。

●   實時數(shù)據(jù)處理和分析。

邊緣計算

邊緣計算在距離數(shù)據(jù)源更近的位置執(zhí)行計算和數(shù)據(jù)存儲，減少延遲和帶寬使用。

圖3 EdgeBox RPi 200-工業(yè)邊緣控制器

優(yōu)勢

●   加快決策速度。

●   降低對云端的依賴。

示例

制造工廠可以使用邊緣設備處理車間傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，無需等待云端處理即可立即調整機器。

先進的傳感器和執(zhí)行器

升級傳感器和執(zhí)行器可以顯著增強傳統(tǒng)系統(tǒng)的功能。智能傳感器提供更準確且實時的數(shù)據(jù)，這對于高級分析和自動化至關重要。

圖4 先進的傳感器和執(zhí)行器

傳感器類型

●   溫度傳感器：實時監(jiān)控和調節(jié)溫度。

●   振動傳感器：預測機械故障。

●   接近傳感器：通過檢測人類存在來提高安全性。

云平臺

云平臺提供可擴展的存儲和處理能力，支持高級分析和AI應用。

優(yōu)勢

●   可擴展的數(shù)據(jù)存儲。

●   高級分析功能。

主要提供商

●   Amazon Web Services(AWS)

●   Microsoft Azure

●   Google Cloud Platform(GCP)

云平臺對比

網(wǎng)絡安全解決方案

隨著互聯(lián)增強，風險也隨之增加。實施強大的網(wǎng)絡安全措施至關重要。

關鍵解決方案

●   加密技術：保護傳輸和靜止數(shù)據(jù)安全。

●   訪問控制：對敏感數(shù)據(jù)實施嚴格的訪問控制。

●   定期審核：定期執(zhí)行安全審核以識別漏洞。

結語

通過升級改造過渡到工業(yè) 4.0 是一個復雜但必不可少的過程。為克服兼容性、數(shù)據(jù)管理、技能缺口、成本以及互操作性等方面帶來的挑戰(zhàn)，需要在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 網(wǎng)關、邊緣計算、先進傳感器、云平臺、AI 技術，以及強大的網(wǎng)絡安全措施等技術領域進行戰(zhàn)略投資。解決這些問題將使企業(yè)能夠充分釋放智能制造的潛力，從而提高效率、減少停機時間并提升產(chǎn)品質量。通過仔細選擇和實施這些技術，企業(yè)可以將傳統(tǒng)系統(tǒng)轉變?yōu)橹悄?、高效且可持續(xù)的生產(chǎn)環(huán)境，做好準備迎接未來的工業(yè) 4.0 和 5.0。