工业4.0的到来，你做好准备了吗？

作为一名工业自动化领域的从业人员，我目睹了工业4.0在一天内以不同的形式出现在我的身边：媒体覆盖、用户会议，以及其它与包括工程师和CEO在内的所有人的对话。不过，目前大多数与之相关的书籍和出版物使我更加困惑，而并没有告诉我其中的原因。在这篇博文中，我想要与你分享我对于工业4.0框架执行的一些真实想法—以及到底是什么原因使工业4.0的成功部署变得如此漫长。
谁需要用到工业4.0，它到底是何方神圣？
在制造业拥有竞争力需要对生产工艺的不断改进和提升。制造商可以使用信息技术 (IT) 来大幅提升效率和灵活性。对于产品生命周期透明且实时的了解可以帮助制造商构建工业4.0框架的骨干。在大数据云中运行分析有助于改进这一过程。
这个高级描述提出了一个关键问题：

• 有必要将来自现场级的所有数据都存储在大数据云中进行分析吗？
  

对于来自生产车间的输入/输出 (IO) 数据的处理对于大数据分析来说太快了。图1显示了周期时间内的处理级。工厂自动化中使用的工业通信和控制会受到低至31.25µs的周期时间的影响。产品和设备的位置数据每10µs捕捉一次。过采样电流测量甚至会低于1µs的采样周期。电流测量和位置测量的快速傅里叶变换 (FFT) 分析（用于谐波检测）只可以在本地执行。现场内实时应用的智能化保留在I/O器件内部，并不在大数据云内进行处理。


分布式智能的主要原因在于缺乏IT的实时确定性通信。标准以太网和无线以太网是“尽力而为”式通信，而无法保证网络内的实时传送。以太网协议预见到了数据在预计的时间窗口内无法送达情况下的数据重传。我们都遇到过互联网的运行低于预期速度的情况。这个互联网的不确定性运行状态需要将实时通信与现场级控制，以及基于IT的通信分离开来。
工业4.0网关是真实存在的
工业4.0网关用制造过程的更高层功能将现场级的很多专有接口连接在一起。基于IT的通信的任何一个访问点需要诸如开放式平台通信统一架构 (OPC UA) 的通信标准，这个架构具有透明和安全机器间通信所需要的全部组件。虽然实时以太网用少于100ns的抖动将I/O同步，IT级上的通信具有数秒范围内的同步准确性。
为了观察整个工厂生产系统内的事件，毫秒范围内的时间戳精度能够很好地满足需要。在工厂和其它产品生命周期要素的范围内，实时是以秒为单位的。
图2给出了一个基于Sitara™ AM57x处理器的工业4.0网关示例。它具有将制造及生产厂房与生产过程的更高级功能连接在一起所需要的全部元件。


对于工厂自动化来说，将所有传感器数据传送到云端是不适用的。为了避免拥塞，需要进行数据到目标的转换，而工业4.0网关是IT访问制造过程信息的关键元件。
直接访问现场级数据需要互联网能够实时进行服务质量控制。一个被称为时间敏感网络互连的全新以太网标准正在增加更多的实时功能。
我很想知道，当它能够对机器进行实时控制时，我们将会怎么称呼这个工业以太网呢？还将其称为工业4.0吗？