通過互聯(lián)的工業(yè)設(shè)備和增強(qiáng)的計(jì)算，工業(yè)4.0使利益相關(guān)者能夠優(yōu)化設(shè)施和提高生產(chǎn)力。第四次工業(yè)革命是指由于互聯(lián)和智能自動(dòng)化引發(fā)21世紀(jì)技術(shù)、工業(yè)、社會(huì)模式和程序的快速轉(zhuǎn)變。這是工業(yè)發(fā)展的一個(gè)新篇章，可與第一、第二和第三次工業(yè)革命相媲美的進(jìn)步所推動(dòng)。這些發(fā)明結(jié)合了物理、數(shù)字和生活世界的功能性和安全性。這是一次協(xié)助利益相關(guān)者利用融合技術(shù)創(chuàng)造一個(gè)可持續(xù)的、以人為本的未來機(jī)遇。

工業(yè)4.0的定義是互操作性、透明性、技術(shù)幫助和分散決策。圖1描述了如何識(shí)別和實(shí)施工業(yè)4.0，在工業(yè)4.0中，IIoT允許設(shè)備鏈接，創(chuàng)建真實(shí)世界數(shù)據(jù)的虛擬副本，使操作員能夠可視化/分析流程，并盡可以自主地做出執(zhí)行任務(wù)的決策。

圖1 工業(yè)4.0的設(shè)計(jì)原則

第四次工業(yè)革命，或稱工業(yè)4.0，為制造業(yè)的長(zhǎng)期問題帶來了答案，例如，如何在降低風(fēng)險(xiǎn)和成本的同時(shí)提高產(chǎn)量和質(zhì)量。它展示了如何考慮增加資產(chǎn)價(jià)值和提高利用率的許多不同方法。

在工業(yè)4.0的幫助下，智能機(jī)器將變得更加智能，工廠將變得更加高效，流程將變得不再那么浪費(fèi)，生產(chǎn)線將變得更有適應(yīng)性，生產(chǎn)力將全面提高。它建立在智能、安全和無縫連接的基礎(chǔ)上，利用協(xié)作機(jī)器人和移動(dòng)通信，支持快速物料處理，監(jiān)控工廠車間的每一個(gè)細(xì)節(jié)，并通過預(yù)測(cè)性維護(hù)來延長(zhǎng)機(jī)器的壽命。這些可能性是通過智能化、使用高質(zhì)量、安全、和無縫連接來實(shí)現(xiàn)的?？傮w而言，制造設(shè)施將受益匪淺，因?yàn)樗鼈兛梢詫?shí)現(xiàn)整體自動(dòng)化的終級(jí)目標(biāo)。

要想成功實(shí)現(xiàn)向工業(yè)4.0的轉(zhuǎn)型，大量的前沿技術(shù)需要投入使用。被稱為工業(yè)4.0的制造業(yè)數(shù)字革命成功的關(guān)鍵是讓各種相關(guān)技術(shù)高效地協(xié)同作業(yè)。

通信、傳感、控制、安全和電源管理是確保工廠車間高效工作環(huán)境的五種主要技術(shù)類別（圖2）。工業(yè)4.0的概念是在設(shè)想一個(gè)通信不中斷的場(chǎng)景，并分別利用每個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新。

圖2 工業(yè)自動(dòng)化推動(dòng)者

采用先進(jìn)的傳感、控制和通信的新系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)智能工廠顛覆性技術(shù)中的典范。功能安全和智能電源管理解決方案的集成，使人們能夠安全工作并提高系統(tǒng)效率。標(biāo)準(zhǔn)化和通用規(guī)范是確保一致性和實(shí)現(xiàn)工業(yè)4.0合規(guī)性的唯一途徑。提高系統(tǒng)的效率和互操作性，并讓它們?cè)谶\(yùn)行中學(xué)習(xí)，是對(duì)制造商長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)力的巨大促進(jìn)。

在上述所有場(chǎng)景中，您需要有效的方法來快速、可靠和安全地連接子系統(tǒng)/設(shè)備。瑞薩電子提供一系列專門設(shè)計(jì)于工業(yè)環(huán)境的連接解決方案。因此，它們提供安全可靠的覆蓋范圍、高設(shè)備密度、可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的延遲以及機(jī)器、流程和數(shù)據(jù)的完全可見性。

工業(yè)通信是工業(yè)系統(tǒng)的基本組成部分，它允許單個(gè)控制單元通過網(wǎng)絡(luò)管理多個(gè)輸入/輸出模塊，而不考慮系統(tǒng)中使用的其他技術(shù)的性質(zhì)。工廠的網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)由電機(jī)控制、運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器人和經(jīng)典可編程邏輯控制器（PLC）等應(yīng)用組成。

工業(yè)網(wǎng)絡(luò)包括廣泛的技術(shù)，如工業(yè)以太網(wǎng)（如EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、CC-Link IE、Modbus-TCP、PowerLink、Sercos III、OPC-UA）和現(xiàn)場(chǎng)總線（如Profibus、Modbus RTU/ASCII、DeviceNet、CANopen、Asi-5、IO-Link）。在工業(yè)自動(dòng)化中，PLC、SCADA和DCS是控制的三種重要方式。有現(xiàn)場(chǎng)儀表、智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、分布式輸入/輸出控制器和HMI系統(tǒng)。為了設(shè)備之間相互連接和通話，這些設(shè)備需要強(qiáng)大而有效的網(wǎng)絡(luò)或通信規(guī)則。它們將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、控制器和PC連接在一起，以便通過有線或無線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)和控制信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)總線是另一種本地控制區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，用于自動(dòng)化程度較高的復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)?？刂破髋c智能傳感器、制動(dòng)器和轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字鏈路，可以雙向傳輸。Profibus和基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線是過程自動(dòng)化中使用的兩種現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和I/O模塊可以通過各種通信網(wǎng)絡(luò)連接。根據(jù)所使用的協(xié)議，有許多不同種類的通信網(wǎng)絡(luò)。

工業(yè)以太網(wǎng)是一種在工業(yè)環(huán)境中使用不同協(xié)議的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議有Ethernet/IP、Profinet、Modbus-TCP、EtherCAT、PowerLink、OPCUA、CC-Link IE等，提供確定性和實(shí)時(shí)控制。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，像現(xiàn)場(chǎng)總線這樣的通信技術(shù)已經(jīng)接管了自動(dòng)化領(lǐng)域。這是因?yàn)樗梢酝瑫r(shí)與多臺(tái)設(shè)備通話，從而節(jié)省資金，使用更少的資源，并減少大量工作。以下是控制系統(tǒng)目前使用的一些重要工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的概述。

圖3 常用的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）的實(shí)施需要有一個(gè)核心前提，那就是保證不間斷的實(shí)時(shí)通信。瑞薩電子提供各種MCU和MPU設(shè)備以及所有必要的構(gòu)建模塊，以開發(fā)涵蓋領(lǐng)先工業(yè)通信協(xié)議的廣泛網(wǎng)絡(luò)解決方案，包括EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、CC-Link、Modbus等。我們的設(shè)備解決方案，如RA、RX MCU、RZ MPU或Renesas R-IN engine（“R-IN engine”）解決方案，附帶專用的軟件支持套件，使設(shè)計(jì)和工程團(tuán)隊(duì)能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用開發(fā)，以加快上市速度。

下圖很好地說明了現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)如何在工業(yè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中相互覆蓋的部分。

圖4 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)交互

上述情景清楚地證明，推動(dòng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)擴(kuò)張的關(guān)鍵是擁有一個(gè)互聯(lián)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)新時(shí)代制造業(yè)的生產(chǎn)力和可持續(xù)性目標(biāo)。我們知道，可靠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要，因?yàn)楣S一直在尋找提高產(chǎn)量、可持續(xù)發(fā)展，并能同時(shí)提高質(zhì)量、適應(yīng)性和網(wǎng)絡(luò)安全的最佳途徑。就網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠?，市?chǎng)增長(zhǎng)是顯而易見的，而成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的復(fù)興也尤其令人興奮。

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