工业4.0成功背后的驱动力

分析见解

• 工业4.0通过解决工程师过去面临的限制(如物理布线和成本要求)，将技术提升到一个新的水平。IO-Link可优化、灵活和自主地为需要具有优势的水平和垂直集成能力以及自我诊断能力的行业收集数据时，为系统提供解决方案。
• 工业4.0的目标和愿景是让所有智能传感器设备全天候实时可用。从业务角度来看，它是服务客户、满足供应链需求和改善整体运营的宝贵资产。

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在工业4.0时代之前，在系统中添加一个新的传感器需要将其直接连接到控制器上，通常它只能为工程师提供基本的模拟和二进制信号。

综合设施管理公司(ifm)首席技术官Benno Kathan表示:“全球通用的通信标准IO-Link解决了这些限制。IO-Link技术可以使传感器以数字方式提供有价值的状态数据，不受干扰，成本更低。”

Kathan举例说，用于测量工艺压力、流量或液位的传感器如今还可以使用传感器的自诊断功能提供温度、设备数据和事件。更好地了解机器和流程在帮助提高系统性能和可用性方面发挥着重要作用。

Kathan继续指出IO-Link传感器可以配置为提供最佳准备的过程信息。例如，通过在传感器中记录事件触发的原始数据(BLOB)，并通过IO-Link转发数据进行深入分析，可以实现振动诊断。易于改造的无线解决方案(也可以在网状网络中自主工作)对于优化现有系统也很重要。

Kathan表示:“为了让这些优势为用户提供可控和功能性，将智能传感器视为智能整体系统的一个组成部分比以往任何时候都更重要。”“不同的行业需求要求在横向和纵向集成方面具有很高的灵活性。现代IO-Link传感器和IO-Link主控制器的Y路径有助于实现这一点。一个信号路径像往常一样到达控制器，通常在设置后不会改变。Y的第二条路径灵活适用于所有工业4.0主题，并可以集成到现代软件应用程序中。通过预测性维护、能源监测、性能指标、云连接等，可以毫不费力地提高效率，并与传统控制世界无缝共存。”

Kathan认为，当今的传感解决方案提供商需要能够提供完整的硬件、软件和服务组合，以便以简单和面向应用的方式将智能传感器数据从机器传输到目标系统。例如，ifm提供了一个工业物联网(IIoT)平台，涵盖了从传感器参数设置和设备管理到数据分析和处理的所有领域，使现代基础设施的复杂性更易于管理。“由于无代码配置向导和数据流图形化建模工具，不需要深入的用户知识——这是非常聪明的，”Kathan说。

数据窗口

SICK英国公司的高级产品经理Seb Strutt解释了他认为是什么使传感器成为“智能传感器”，他说:“硬件和软件的技术进步使先进的智能能够嵌入传感器本身。智能传感器的使用已经很成熟，其内置的处理能力使更复杂的生产任务能够在现场执行，同时减少机器控制器的原始数据处理负担。智能传感器也为机器的核心打开了一扇数据之窗。”

在数字转换在美国，传感器已经成为智能工具，可以帮助管理工程和业务流程。Strutt说:“每个传感器产生的数据都是原材料，然后工程师的任务就是解释这些数据，并用它来增加业务价值。”“我们的客户不再简单地要求我们帮助他们解决经典的自动化问题。他们还想知道如何最大限度地利用所有这些数据，以及如何最大限度地利用这些数据，使产品、机器或流程更可用、反应更灵敏，最终更有利可图。”

工业4.0的愿景是让来自一台机器上所有设备的信息24小时透明可用，以监控所有资产的数字表示，并使用实时虚拟环境操作和控制所有数据。

斯特拉特接着解释说，许多数字干预措施不需要对生产基础设施进行任何改变，也不需要干扰现有的机器和控制。Strutt说:“只需连接传感器，然后工业物联网网关将数字化数据传输到基于云的软件平台或更高级别的管理系统，在那里，任何设备都可以轻松地实时可视化数据。”“关键参数可以实时监控，并可以进行预测。当然，传感器生成的数据会因应用而异。这样做的商业价值可能是更好地预测客户需求或供应链的需求，为更有效的生产流程提供信息，或最终使操作更加敏捷和适应性强。”

Strutt举例说明了智能传感器技术的好处，他提到了SICK公司的一个客户，该客户想要了解压缩空气泄漏是否、在哪里以及在多大程度上导致了整个生产设施的能源成本浪费。如果没有频繁、昂贵的外部评估，如何识别和预防能量损失呢?

SICK将其智能流量计部署在工厂周围的战略点，并配备数据收集器网关，以收集和预处理所需的数据。使用专门开发的监测应用程序将数据可视化，该应用程序使用易于使用和解释的图形显示一系列关键参数和趋势。“该系统提供持续、实时的压缩空气能量监测，并能够设置预先设置的警报、警报和维护建议。例如，多个压缩机的峰值负载可以实时调整，以最大限度地减少能源需求，并且流程和机器的启动和关闭管理可以更加高效。”Strutt说。

连接和交互

霍尼韦尔互联工业(Honeywell Connected Industrial)首席产品官Anand Vishnubhotla表示，智能设备是工业4.0背后最重要的推动力之一，如果设备能够与其他智能设备和用户连接或交互，那么它们通常就是智能的。他说:“有两个因素使它们变得智能——嵌入智能传感器来收集和共享输入，以及与其他设备或网络连接的能力。”

智能传感器通常能够测量诸如压力、接近度、热、光、容量、平衡或速度等属性。这些传感器可能包括用于分析压力的传感器、用于记录光线的热读数器、用于测量热量的温度表，以及用于分析接近度、平衡度和速度的加速度计、陀螺仪和磁力计。“它们通常可以通过蓝牙、NFC、Wi-Fi、LiFi或5G等无线协议，将信号传输到具有智能连接的其他设备上。它们还可以与云计算系统集成，以实现快速而强大的处理。”

他接着说，对于工业部门来说，智能传感器和设备构成了工业物联网的关键要素。工业工作场所通常涉及使用智能传感器作为工业物联网设备的一部分的制造或加工设施。“他们不仅能够从工业过程中收集信息，而且还能够处理这些数据，并使用机器学习算法做出决策，”Vishnubhotla说。“智能传感器可以监控过程，甚至通过调整过程来实现自动化过程控制，以实现最佳产量、质量和安全目标。例如，他们可以监测压力，以确保管道不泄漏，或调整温度，以确保设备不会过热。”

至关重要的作用

横河欧洲公司的市场总监Tim-Peter Henrichs指出，传感器在工业应用中发挥着与人体感觉器官同样重要的作用。Henrichs说:“过程工业有一组机器或系统以及相互连接的设备，它们在很大程度上依赖传感器来实现正常运行。在工艺流程中联网的传感器具有连续的检测、测量和传输物理环境中任何变化的电信号的工作。电信号被传输到控制系统，控制系统处理数据并进一步指导处理过程。

“如今的智能传感器可以提供比设备状况更好的信息，以更好的方式控制设备。它们提供诊断数据，同时也提供流程数据，以防止意外问题的发生。相比之下，作为一个人，如果不能从我们的感觉器官获得信息，我们就会陷入困难或危险的境地，例如，不能在危险的环境中奔跑，或者不能迅速扔掉一个热的物体。”

Henrichs认为，随着传感技术的不断发展，对于愿意积极拥抱数字化转型过程的公司来说，新的机会正在出现。

传统上，维修人员会在操作员查房时用便携式设备进行测量，并将结果记录在纸上。今天，传感器持续监测工厂设备的健康状况，数据可以很容易地在线获取。“这些智能传感器有助于减少操作员查房、定期检查和维护的工作量。他们量化和可视化检查结果，稳定检查质量，”Henrichs说。“因此，可以全面了解工厂状况，并有效地投资于设备维护，以优先消除风险。通过结合人工智能(AI)、机器学习和云，传感器可以提高操作效率，检测异常迹象，并预测设备故障的可能性。”

理解智能设备

虽然智能设备的概念并不新鲜，但新出现的是智能设备在制造业中的广泛应用。近年来，物联网(IoT)在工业领域迅速发展，如今，物联网正在改变公司创造、制造和支持产品的方式。FDT集团董事总经理Steve Biegacki表示:“运营商需要从他们的机器和生产流程中获得更多信息，以做出更好的实时决策，确保机器在可接受的参数范围内工作，预测潜在的停机时间，并提高效率。”

Biegacki解释说，工业智能设备是智能机器的重要组成部分，是捕获操作数据的基础。工厂车间可能由来自许多不同供应商的数千台智能设备组成。FDT是一种通用集成标准，通过将所有工业网络无缝集成到一个项目视图中，允许设备连接和通信。FDT是一种广泛的嵌入式系统和设备软件解决方案，提供单一用户界面，支持现场/滑块到云集成、配置和监控。

FDT统一环境(UE) -基于FDT 3.0标准-支持以数据为中心的分布式环境，具有统一的接口用于通用设备集成。智能设备通过FDT 3.0设备类型管理器(dtm)提供丰富而强大的数据，帮助用户实现数字化转型的好处，包括更有效和高效的预测性维护和使用NE 107状态符号的智能监控，以及基于机器和流程分析的增强决策能力。

FDT可从滑块级扩展到企业云级，使用户能够安全地跨企业访问设备数据，而不需要电力线通信(PLC)/分布式控制系统(DCS)主机干预。它支持所有无线移动平台，以提高工作效率和灵活性，并完全支持所有功能的安全远程访问。

根据Biegacki的说法，这个统一的工业自动化技术标准为过程、离散和混合应用中的设计、操作和维护提供了通用设备集成。FDT实现了操作技术(OT)和信息技术(OT)的稳健融合，以消除互操作性的低效率和障碍。智能设备提高了随时随地管理操作的能力。与这些智能设备一样，FDT的移动性创造了更安全的智能设备，改善了工厂工人的工作流程，并提高了维护效率。

-这最初出现在欧洲控制工程的网站。由CFE媒体与技术杂志副主编摩根·格林编辑，mgreen@cfemedia.com．

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