智能工厂，工业物联网优势、维护及IIoT和机器人介绍

由技术支持工程师Stephen Bettles审查（2024年2月）

第四次工业革命正在创造具有惊人新数据驱动能力的智能工厂。如果没有工业物联网的发展，这一切都将不可能实现。

物联网和智能工厂概念被视为第四次工业革命（工业4.0）的一部分，其中网络和物理系统通过增强的连接性融合，从而改变制造业。工业物联网结合了几种技术和概念，包括传感器和仪器、先进网络、网络安全、大数据和数据分析、云计算和边缘计算、人工智能和机器学习，以及机器人和其他形式的自动化。

就像数字化转型改变了日常生活一样，它也正在改变制造业。但什么是智能工厂呢？智能工厂是一个高度数字化的工厂，是一种将物理系统与计算机连接起来以收集和共享数据的生产设施。这不仅包括生产机械，还包括库存、备件和成品。通过连接机械和零件到互联网生成的数据可以用于改进流程，提高生产效率。

智能工厂的好处还包括改进质量控制、产品开发和物流。作为从生产机械收集数据的预测性维护制度的一部分，还可以预测机械故障之前的情况。

如果18世纪末的第一次工业革命见证了蒸汽，水力和机械动力的出现，第二次工业革命是由电力推动的，第三次工业革命是由计算机推动的，那么第四次工业革命将见证网络和物理系统的融合。

由于它改变世界的速度以及将数十亿人连接到前所未有的计算能力的可能性，工业4.0标志着一个独特的阶段。第四次工业革命的关键技术包括人工智能、自动驾驶汽车、3D打印、纳米技术、生物技术、量子计算以及物联网。

工业物联网数字工厂的关键应用之一是维护。通过从机械中收集大量数据，现在可以预测它何时会故障。这使工程师能够干预，而在过去，机械可能会直接故障，导致生产损失和非计划停机。工业4.0和维护通过收集数据并寻找机械性能中的异常来实现，这些异常可能是问题发展的早期警告信号。

这是一种比“故障修复”甚至是良好的预防性（计划性）维护制度更复杂的维护方法。如果没有物联网，这是不可能实现的。

与其他形式的自动化一样，利用工业物联网的主要好处之一是效率。几十年来，工业机器人一直被用来提高生产效率，但工业物联网通过利用数据来提高性能进一步增强了这一点。总的来说，正是制过程中的这些数据使制造商能够做出更好的决策。工业物联网的其他主要好处包括：

• 加快上市时间：借助工业物联网，制造业可以更快地响应市场需求。这还包括能够及早识别供应链中的问题。生产周期时间也可以得到改善，这有助于制造商更快地将产品推向市场。
• 预测性维护：机器故障造成的停机给制造商造成非常大的困扰。通过安装一系列的状态监测传感器，例如机床上的振动传感器，可以在故障发生之前收集指示性能异常的数据。这延长了机器的正常运行时间，降低了成本，并提高了生产率。
• 实现生产流程或整个工厂的数字化表示：数字孪生和虚拟现实的沉浸式环境可以帮助完成从设计新产品到远程运行工厂和培训技术人员进行维护等所有工作。这些技术还允许模拟变化，而不必冒险中断实际生产线。没有工业物联网所收集的生产数据，这一切都是不可能实现的。

工业物联网将会因为几种较新的技术而演变。其中之一是边缘计算，它在设备上处理数据而不是将数据传输到云端。这在可靠性、隐私性和安全性方面都有好处。另一个值得注意的行业趋势是使用人工智能和机器学习。这些技术为更加复杂和及时地分析工业物联网生成的数据提供了巨大的潜力。利用人工智能将有助于提高效率，使制造商做出更好的决策。

未来的自动化将会把数据分析与互联物理系统相结合起来，以日益创新和灵活的方式制造产品。这些未来工厂的许多方面，例如智能物流、先进机器人技术和3D打印技术，今天已经存在。未来，我们可能会看到自主移动机器人执行目前需要训练人员完成的复杂活动。增材制造预计将被用于在航空航天和国防等苛刻应用中创建成品部件而不是原型。增强现实也可能成为车间中的常见景象，被生产工人用来完美地执行操作。

未来的工厂可能会看到人们与人工智能驱动的机器人一起工作，以提高生产率和改善制造业。工业物联网现在所处的阶段只是一个开始！

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