工业4.0与工业控制网络

---随着工业4.0时代的到来，许多沿用多年、占据主导地位的工业自动化技术正面临被淘汰和更新换代的命运，而一批以前认为是高端的工业自动化技术也随着新时代的到来快速地走进了实际应用中，成为新时代的宠儿，例如：（1）以工业PC为基础的低成本工控自动化将成为主流；（2）PLC进入第六代——微型化、网络化、PC化和开放性；（3）DCS系统走向测控管一体化设计；（4）控制系统向现场总线（FCS）方向发展；（5）仪器仪表向数字化、智能化、网络化、微型化发展；（6）数控技术向智能化、开放性、网络化、信息化发展；（7）工业控制网络向有限和无限相结合的方向发展；（8）工业控制软件向标准化、网络化、智能化和开放性方向发展。

德国电子电气工业协会（ZVEI）预测，“工业4.0”将使工业生产效率提高30%。

德国人工智能研究中心执行长瓦尔斯特尔（Wahlster）也表示，“工业4.0”将会在一些高劳动成本地区具有很强的竞争力。

有鉴于此，德国机械设备制造业联合会（VDMA）及德国信息技术、通信、新媒体协会（BITKOM）也已加入，德国三大工业协会决定共同建立一个名为“第四次工业革命平台”的办事处，并于2013年4月在法兰克福正式启动。

三大协会共同建立办事处的主要目的在于推动工业的发展、提高工业生产标准、开发新的商业模式和运营模式并付诸实践。

德国企业界也作出了积极响应。

例如，西门子积极展示了其推进“工业4.0”的具体行动，该公司凭借全集成自动化（TIA）和“数字化企业平台”，长久以来占据着信息技术集成领域的领导地位。

在2013年的汉诺威工业博览会上，西门子展示了融合规划、工程和生产工艺以及相关机电系统的全面解决方案，提出了以全集成自动化TIA v12版本、新一代控制器SifmaticS7-1500为主的针对电气传动应用的“全集成驱动系统”（IDS）概念，以及以信息技术为基础的服务。

另外，西门子公司还与德国弗劳恩霍夫研究院以及大众汽车公司联合展示了他们的智能生产研发成果，他们通过利用产品生命周期管理软件（PLM）进行虚拟生产规划，使生产线上机器人的能耗降低了50%。

德国的第4次工业革命——“工业4.0”将彻底颠覆全球制造业展开全文德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一，其装备制造行业全球领先。

这是由于德国在创新制造技术方面的研究、开发和生产，以及在复杂工业过程管理方面高度专业化。

德国拥有强大的机械和装备制造业、占据全球信息技术能力的显著地位，在嵌入式系统和自动化工程领域具有很高的技术水平，这些都意味着德国确立了其在制造行业中的领导地位。

因此，德国以其独特的优势开拓新型工业化的潜力——“工业4.0”，并开始推进新一代工业升级计划。

作为全球工业实力最为强劲的国家之一，德国在新时代发展压力下，通过“工业4.0”战略的实施，将使德国成为新一代工业生产技术的供应国而主导市场，会使德国在继续保持国内制造业发展的前提下再次提升它的全球竞争力。

制造业的全球竞争正越来越激烈，德国并不是唯一认识到“将物和服务联网运用于制造业”趋势的国家。

此外，给德国制造业带来威胁的不仅是来自亚洲的竞争对手，因美国也已采取措施，通过促进“先进制造业”发展的计划来应对去工业化。

制造业的数字化、虚拟化正在彻底改变人们制造产品的方式，为此，以德国为代表的欧洲，以及美国都打算大幅提升工业产值。

美国的通用电气(GE)于2012年秋季提出了“工业互联网”(Industr ial Internet)概念，这是一个将产业设备与IT融合的概念，目标是通过高功能设备、低成本传感器、互联网、大数据收集及分析技术等的组合，大幅提高现有产业的效率并创造新产业，而日本的各企业也在推进M2M和大数据应用。

“工业4.0”的关键技术是信息通信技术(ICT)，具体包括联网设备之间自动协调工作的M2M（Machineto Machine）、通过网络获得的大数据的运用、与生产系统以外的开发、销售、ERP(企业资源计划)、PLM(产品生命周期管理)、SCM(供应链管理)等业务系统联动等。

而第三次工业革命的自动化只是在生产工艺中运用ICT，而“工业4.0”将大幅扩大应用对象。

工业4.0方案引言工业4.0是指通过数字化、网络化和智能化等技术手段，将传统工业生产与现代信息技术相融合，实现智能制造的一种工业变革模式。

工业4.0方案对于提高生产效率、降低成本、优化供应链等方面都有着重要意义。

本文将介绍工业4.0方案的核心概念、关键技术和应用案例，以及未来发展趋势。

工业4.0的核心概念工业4.0的核心概念包括数字化、网络化、智能化和协同化。

数字化指的是将物理实体转换为数字模型，实现对实时数据的收集和分析；网络化指的是通过互联网和物联网技术将设备、系统和人员连接起来，实现信息的共享和协同；智能化指的是利用人工智能、机器学习等技术，使设备和系统能够自动学习和优化；协同化指的是不同设备、系统和人员之间的密切合作和协同工作，实现整体生产的协调。

工业4.0的关键技术1. 物联网技术物联网技术是工业4.0的基础技术之一，它通过传感器和网络技术将各种设备和系统连接起来，实现数据的采集和传输。

物联网技术可以实现设备的远程监控和诊断，降低设备故障率，提高生产效率。

2. 人工智能技术人工智能技术可以为工业4.0提供智能化的解决方案。

通过机器学习和深度学习等技术，可以使设备和系统自动学习和优化，实现智能化的生产过程。

人工智能技术还可以用于生产调度、质量控制等环节，提高生产效率和产品质量。

3. 大数据分析技术大数据分析技术可以对工业生产中产生的大量数据进行有效分析和挖掘。

通过对生产数据的分析，可以发现潜在问题和优化机会，实现生产过程的优化。

大数据分析技术还可以帮助企业进行精准的需求预测和供应链管理，提高供应链的效率和灵活性。

4. 虚拟现实技术虚拟现实技术可以为工业生产提供全新的交互方式。

通过虚拟现实技术，操作员可以通过虚拟现实眼镜或头盔与设备进行交互，实现远程操作和培训。

虚拟现实技术还可以用于产品设计和装配过程的仿真，减少错误和改善效率。

5. 云计算技术云计算技术可以为工业4.0提供强大的计算和存储能力。

什么是工业1.0、工业2.0、工业3.0和工业4.0？
工业1.0 = 蒸汽时代；工业2.0 = 电气时代；工业3.0 = 电脑时代；工业4.0 = 网络时代（互联网时代）。

1、工业1.0：机械制造时代，即通过水力和蒸汽机实现工厂机械化，时间大概是18世纪60年代至19世纪中期。

2、工业2.0：电气化与自动化时代，即在劳动分工基础上采用电力驱动产品的大规模生产，时间大概是19世纪后半期至20世纪初。

3、工业3.0：电子信息化时代，即广泛应用电子与信息技术，使制造过程自动化控制程度进一步大幅度提高。

从20世纪70年代开始并一直延续至现在。

4、工业4.0：德国2013年确定的十大未来项目之一，已上升为国家战略。

工业4.0是实体物理世界与虚拟网络世界融合的时代，产品全生命周期、全制造流程数字化以及基于信息通信技术的模块集成，将形成一种高度灵活、个性化、数字化的产品与服务新生产模式。

⼯业互联⽹、⼯业物联⽹、⼯业⼤数据、⼯业4.0到底有什么区别？我们先来厘清⼀下这⼏个词的概念，区别和联系！⼀、⼯业互联⽹⼯业互联⽹有两层意思，⼀是在企业内部实现⼯业设备（⽣产设备、物流装备、能源计量、质量检验、车辆等）、信息系统、业务流程、企业的产品与服务、⼈员之间的互联，实现企业IT⽹络与⼯控⽹络的互联，实现从车间到决策层的纵向互联。

⼆是在企业间实现上下游企业（供应商、经销商、客户、合作伙伴）之间的横向互联；从产品⽣命周期的维度，要实现产品从设计、制造到服役，再到报废回收再利⽤整个⽣命周期的互联。

⼯业互联⽹未来更多的是关注在设计，研发，制造，营销和服务等⽅⾯，通过充分的融合，来提⾼整个⼯业系统和运⾏效率，⼯业互联⽹最重要的是实现企业信息的数字化。

随着⼯业化与信息化的深⼊融合，企业内部对互联互通的需求逐渐增加，通过接⼊⽹提⾼产品质量和运营效率的需求也越来越强烈，⼯业物联⽹应运⽽⽣。

⼆、⼯业物联⽹⼯业物联⽹（简称IIoT，Industrial Internet of Things ），指的是物联⽹在⼯业的应⽤。

具体来说，⼯业物联⽹是物联⽹和互联⽹服务的交叉⽹络系统，同时也是⾃动化与信息化深度融合的突破⼝。

物联⽹(简称，InrnetofThings)，通过各种信息传感设备，如射频识别技术、全球卫星定位系统、红外感应器、激光扫描器、⽓体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要连接、监控、互动的物体或过程状态信息，包含其声、光、热、电、⼒学、化学、⽣物、位置等各种基础信息，通过互联⽹形成相互交互的、可识别的、可共享的⽹络，其⽬的是实现物与物、⼈与物在⽹络上的连接，识别、管理和控制等，物联⽹的信息是动态的，主要由物理机器⽣成。

物联⽹的发展正在逐步经历以下四个阶段：M2M、IIoT、IoT、Digital World。

国内不同企业的物联⽹化进程参差不齐，差别很⼤，也因此给我们物联⽹从业者留出了较⼤的市场机会空间和⾄少五年的发展窗⼝。

面向工业4.0的网络架构重构一、工业4.0概述工业4.0，也被称作第四次工业革命，是当前制造业和工业领域正在经历的一场深刻变革。

它以数字化、网络化和智能化为核心特征，旨在通过先进的信息技术和自动化技术，实现生产过程的优化、资源的高效利用以及产品质量的提升。

工业4.0的实现，需要一个高度灵活、可扩展的网络架构作为支撑，以满足智能制造对于数据传输、处理和分析的需求。

1.1 工业4.0的核心理念工业4.0的核心理念包括智能工厂、智能生产和智能物流。

智能工厂通过集成先进的传感器、机器人和自动化系统，实现生产过程的实时监控和控制。

智能生产则侧重于通过数据分析和技术，优化生产流程，提高生产效率和灵活性。

智能物流则利用物联网技术，实现物料和产品的实时追踪和管理。

1.2 工业4.0的关键技术工业4.0的关键技术涵盖了多个领域，包括但不限于：- 物联网（IoT）：通过传感器和设备的互联互通，实现数据的实时收集和交换。

- 大数据分析：利用先进的分析工具，从海量数据中提取有价值的信息，指导生产决策。

- （AI）：应用机器学习、深度学习等技术，提高生产过程的自动化和智能化水平。

- 云计算：通过云平台，实现计算资源的弹性分配和数据的集中存储。

- 网络安全：保障工业4.0网络架构的数据安全和系统安全，防止潜在的网络攻击。

二、面向工业4.0的网络架构需求面向工业4.0的网络架构需要满足一系列特定的需求，以支持智能制造的高效运行。

2.1 高度的可靠性和稳定性工业4.0环境下，网络架构必须具备高度的可靠性和稳定性，以确保生产过程中数据的连续传输和实时处理。

2.2 低延迟和高带宽智能制造对网络的延迟和带宽有着严格的要求。

网络架构需要能够支持高速的数据传输，以满足实时控制和分析的需求。

2.3 灵活性和可扩展性随着工业4.0的不断发展，网络架构需要具备良好的灵活性和可扩展性，以适应不断变化的生产需求和技术升级。

2.4 安全性和隐私保护网络安全是工业4.0网络架构设计的重要考虑因素。