工业自动化
再上新高度

今天的革命是制造业的数字化，由诸如工业物联网 (IIoT)、机器人技术、增强现实和人工智能等先进技术推动。 这些新一代技术有助于提高生产率和安全性，减少停机时间和提高能源效率。继续阅读了解此类技术在应用到工业环境后起到哪些作用，及其现在和未来能够对企业带来哪些好处。

工业物联网

IIoT 由连接的设备、传感器和计算机组成，可收集和分析制造环境中的数据，帮助减少浪费和低效的问题。机器对机器通信 (M2M) 和传感器创造了能让 IIoT 繁荣发展的环境。 各类企业已开始通过 IIoT 和自动化来监控生产设施的内部环境，并尽量减少能源使用，从而降低制造成本。通过使用智能头盔等设备与生产设备进行通信，还能提高生产的安全性，并改善工作条件。 工业 4.0 是智能制造的核心，可实现在云中存储并处理大量数据。这意味着无论是否在现场，制造商都能在不停产的情况下，以完全精确的方式监控、维护和调整设备。 它由开源设备和软件提供辅助，通过计算机编程方式实现对流程的更大操控力和灵活性。 这是因为软件具有任何人都可以检查、修改和增强的源代码 – 计算机程序员可操控代码来改变程序或应用程序的工作方式。 IIoT 正从多方面改变工业景象，并且其影响力还会有增无减。

机器人技术在崛起

使用机器人替代人类完成危险或重复性的工作正逐渐成为一种流行趋势。国际机器人联盟 (IFR) 预测到 2020 年全球各类工厂将安装超过 170 万台新型工业机器人，这并不让人惊讶。 IIoT 将使机器人硬件变得更智能、更快、更有意识。例如，移动机器人与传感器相结合，可识别何时有工作人员进入到区域，然后减速或停止生产，以便进行输入操作。这种类型的机器人被称为合作机器人，它能与人类及其他设备合作，从而更智能地工作。 机器人的应用领域范围很广，从基本的操控臂到自主车载机器。在全球主要制造行业，包括食品、饮料、制药、航空航天和建筑业，机器人变得越来越普遍。 借助机器人实现自动化，使精确度和生产力均超出人力水平。此外，新一代机器人不仅更易于编程，所采用的语音和图像识别等功能将使其更易于使用。

现实生活中的增强现实

随着工业 4.0 和智能制造的发展，我们将更多地考虑增强现实 (AR) 对于工业应用的价值。这种新工具能让公司在虚拟世界中创建和测试场景，可在制造产品之前先模拟产品的设计过程和装配生产线。 AR 通过将工人与设备连接起来并允许工人与传感器数据交互，能够为制造业注入新的活力。该技术旨在通过减少生产停工时间，快速识别问题，保证流程运转，实现高效率的运营。 这可以通过将虚拟现实叠加到真实世界中的 AR 眼镜来实现。这样一来，工程师就能看到有关螺栓、电缆、零件号以及如何装配特定部件的说明。 此外，还可以使用 AR 移动应用程序扫描 QR 代码来查看实时视频、图形、图像，或者用它来修复机器。 许多制造商已开始探索增强现实可为工业环境带来的好处，随着 AR 软/硬件的持续改进，这种趋势将成为必然。

人工智能与机器学习

人工智能 (AI) 系统可显示与机器状态和生产效率有关的信息，还可以检测不规则性，使机器能够从经验中不断学习，从而执行类似人类的任务。同时，机器学习是人工智能的一个子领域，它使用统计技术赋予计算机对数据进行“学习”的能力。 机器学起来比人类快得多，因为它能实时分析大量数据并将其变成可操作的改进，通过避免错误来帮助加速生产和降低成本。 借助人工智能和机器学习，制造商能实现更高生产能力，并优化机器、员工和供应商成为最佳组合。 该技术还能用于机器人，不仅能让机器人与人类一起安全地工作，还能将机器人轻松重新编程以执行新的任务（这一点和依赖于每个动作都需要大量编程的传统工业机器人不同）。 最大的好处之一就是通过预测性维护提高了正常运行时间和生产效率。将人工智能与工业机器人技术集成，机器可自行监控准确性和性能，并在需要维护时发出信号，从而避免昂贵的停机时间。 使用人工智能和机器学习可提高各供应链环节的工作效率，包括仓储、运输、客户反馈、生产和包装。

未来将会怎样

到 2022 年，预计该地区有一半的制造企业将会建造智能工厂，显然工业自动化的格局正在发生变化。 继续阅读了解我们提供的大量产品和设计工具将如何助您在自动化领域更上一层楼。

我们着眼于研究公司应如何发展其架构，以满足更多以数据为驱动的客户需求。对已迁移到数字平台的用户来说，将数据收集和流量集成到更宽泛的操作中则是向前迈进了一步。

随着工业物联网 (IIoT) 和工业 4.0 的出现，众多公司纷纷跳上数字列车，越来越多的垂直行业张开双臂拥抱数据驱动型基础设施所带来的各种益处。 OEM 也正在大力推进更强的连通性和数据能力，也可以说是受终端用户的需求所驱使。无论哪种情况，贯穿整个价值链和供应链的连通性正是这次第四次工业革命最深层次的原因。

工厂主、生产线主管和机器操作员通过访问更多数据，能够更深刻地理解各自的操作，最终让他们有能力制定出更明智的实时决策，从而能够精细调整生产过程。随后，还能对相关数据进行历史分析以找到趋势，在短期内与更多企业共享，帮助企业规划预测、维护和物流工作。最终目标是实现更大的灵活性，使机器能更灵活应对不断变化的市场需求，并增强对其他操作的主动性。

上海新松机器人自动化股份有限公司 (Shanghai SIASUN Robot and Automation Co., Ltd) 早已意识到数据型架构（而不仅仅是涵盖其特定领域的架构）的潜力。该公司主营点焊、弧焊、操作、组装、胶合、喷涂和铸造等各种工业用途机器人，公司的宗旨是不仅提供更强的连通性，还致力于提高其机器人解决方案的效率和灵活性。

该公司成立于 2000 年，现已成为中国最大的机器人制造商之一。该公司拥有独立的研发部门，专业提供可满足从食品、包装到汽车和卡车等各种工业应用领域所需的机器人设计和制造服务。

要实现这种灵活性和连通性的愿望，需要部署一种先进的自动化和运动解决方案，不仅要提供机器人应用所要求的精度和可重复性，还要求无论在生产环境内部还是外部，都能将所有重要连接传送到更广泛的系统中。应用程序黑盒控制器的时代将一去不复返。当今客户需要的是一种开放式、可扩展的系统，而且基于在网络上运行、提供即插即用能力的现成硬件，不仅仅是在线路端，还要求能连接到更广泛的企业。

新松公司选用了来自施耐德电气的 PacDrive 3 运动控制平台。PacDrive 3 是一套基于成熟逻辑运动技术的完整自动化解决方案，主要用于以运动为中心的机器，可在一个硬件平台上统一管理 PLC、运动和机器人控制功能。因采用了集中式架构，使它能够控制各种多轴伺服驱动解决方案。除了应用于机器人领域，在同样注重精度和可重复性的包装和材料处理领域也得到了应用。

每个机器人都有三到四个 Lexium 52 伺服放大器和电机与 PacDrive 3 解决方案一起运行，通过 Sercos 和 OPC UA 进行通信，并在施耐德电气的 EcoStruxure Machine Expert 程序中进行编程，新松公司在令人难以置信的短时间内完成了整个编程工作。由 PacDrive 3 部署的开放技术采用了国际标准，从而降低了复杂程度，大大帮助了设计、测试、安装、调试、启动、运行和维护。

新松公司在使用 PacDrive 3 后，其并联机器人的性能效率提高了 30%。这不仅为新松公司带来了强劲的销售量，最终还为终端客户提供了更大的节省。在已成功部署到电子制造业、制药生产线和食品包装领域的基础之上，新松公司正规划实施更多施耐德电气的智能制造解决方案，以进一步提升其竞争力，并推动出口机会的增长。

EcoStruxure 是施耐德电气旗下的一种单机、开放式、物联网型、即插即用架构，其设计初衷是为多个工业领域（包括电力、IT、建筑、机器、工厂和电网）带来创新和提供信息。这种广泛连通性的最终目标是实现安全性、可靠性、运行效率和可持续性方面的增值。事实上，基于 EcoStruxure Machine 的应用程序已证实了以下优势：机器集成速度提高了 40%，维护时间节省了 50%，面市时间缩短了 30%，资源利用率也得到了提高。

EcoStruxure Machine 提供了产品连通性和边缘控制领域的关键技术，并使用云技术来分析和数字服务，PacDrive 3 解决方案还能融入更大的产品方案中。通过 Modicon PLC 和 PAC 提供中央数据连通性，支持使用各种互补产品，所有产品均可向 IIoT 混合架构添加数据，进而增强了上述决策制定过程。内置施耐德电气的 Magelis STO 紧凑型 HMI、Altivar 低压交流电机驱动器、Lexium 伺服驱动器和电机以及 TeSys 电机断路器、接触器和反向接触器和封闭式电机启动器。

欧时致力于帮助客户迈出踏入智能制造的第一步。这尽管一概念听起来有点吓人，但即插即用型硬件和向导型编程方式能使这种进化比看起来要容易得多。所有施耐德电气产品及其他许多产品均可通过 RS 获得。在开放标准驱动型行业中，创建下一代解决方案真的非常容易，它不仅解决了当今数据不足所带来的经济问题，还为未来的迭代提供了基础，所有这些都将围绕连通性和无缝互连的数据路径展开。

工业物联网

从现场到办公应用之间基于以太网的无缝数据交换是工业 4.0 向未来机器网络提出的主要挑战之一。作为专业通信公司，菲尼克斯电气提供的相应解决方案不仅功能全面、安全可靠，还易于处理，助您轻松应对未来挑战。 不管是人还是机器，有一件事是肯定的：没有沟通就什么也干不成。但在现实交流中，经常会发生双方互不理解或没法正确沟通的情况。原因可能有同时说话的人太多、语言不通或表达个人观点的方式太复杂。误会很容易造成不可预见的后果，这是事实。因此，采用统一的语言和规范化的沟通方式成为所有参与者之间无障碍信息交流的基本前提。这也适用于机器和系统中的数据交换。 在过去，具备以太网能力的部件数量仍相对有限，但随着通用以太网通信的发展，其数量也不断攀升。结果就导致网络上不必要数据流量的风险也与日俱增。连接了未经授权的设备或偶然建立的环路会对生产过程造成干扰。如果用户还需用到特殊协议（如 PROFINET 或 EtherNet/IP™），则所用设备必须满足特殊要求，才能保障数据交换的安全可靠。诸如云计算解决方案、IT 安全、智能设备的使用或可能发生的安全远程维护等技术趋势也会影响到网络通信能力。对机器制造者来说，这意味着他们必须不断地规划和服务更大的网络，这些网络又不断地补充着新技术。而这一切都必须由其内部员工和客户员工来管理。

统一运营理念

为满足这类需求，除了连接组件和控制数据传输的交换机之外，可在机器网络中使用新的设备类型。例如，要将移动终端设备或传输系统连接到自动化网络，可使用无线模块。为了确保将机器安全地集成到生产网络中，安全组件的使用也日益增多。它们还允许进行加密，从而可安全的从远程访问机器。机械制造业的国际竞争压力很大。为满足客户对易操控设备的需求，明智的做法是由单个制造商提供所有需要的网络组件。这形成了一种统一运营理念，并为价格谈判创造了空间。作为专业通信公司，菲尼克斯电气的 FL 交换机 2000、FL WLAN 1100、FL mGuard 和 TC Cloud Client 产品系列将提供可满足现代机器网络特殊需求的最佳解决方案（图 1）。

可诊断的高可用性网络

过去，非托管交换机通常用作机器制造中的网络参与者之间的接口。原因是其价格低廉，易于启动。然而，随着网络参与者的数量不断增加，这些设备无法满足随之而来的日益增长的通信需求。例如，非托管交换机没有用于网络诊断或减少数据负载的机制。因此，它们在现代机器网络中的用途有限。 另一方面，智能交换机则正好具有这些功能。得益于最优匹配的功能，它们将易用型非托管设备的优点与托管交换机的强大功能结合到一起。菲尼克斯电气的新型 FL 交换机 2000 产品系列还额外支持环路抑制的冗余机制，以及 PROFINET 和 EtherNet/IP™ 传输标准的基本功能。创新的非托管模式界面友好、易于操作。它允许将设备用作非托管交换机，而用于稳定网络的管理功能维持在后台运行。使用 FL 交换机 2100 型号，还可设置用于千兆位通信的机器网络。

可靠的无线技术

安全的远程访问

无论是将机器连接到生产网络、集成到云解决方案还是由机器制造商进行远程维护，在任何应用中安全和加密通信能力都是至关重要的。TC Cloud Client 和 FL mGuard 产品系列的远程维护模块可确保服务人员能通过互联网远程连接到机器和系统。视具体需求而定，要么通过运营商网络建立连接，要么通过全球 4G LTE 移动网络建立连接（图 3）。

配置简单

许多机器制造商更愿意使用在他们的网络中可轻松设置的设备。为避免费时费力地配置更复杂的组件，机器制造商常故意放弃拥有功能强大的、可诊断网络的各项优势。如上所述，他们常使用具有即插即用功能的非托管交换机。这些只需连接到电源和网络即可使用。无需执行任何配置。 为了将配置需求降至最低（即便是具有管理功能的组件），在不丧失诸多优点的情况下，菲尼克斯电气推出的新设备已被优化用于机器制造应用，且易于配置。除了通常提供的配置选项之外，如浏览器中基于 Web 的管理和 SNMP（简单网络管理协议），2000 产品系列交换机和 TC Cloud Client 均配有 SD 卡。使用该卡，可根据需要经常复制已创建的配置。如果用户需要更换有缺陷的组件，无需为更换设备重复执行在初始配置中涉及的大量工作。此外，FL WLAN 1100 和 FL 交换机 2000 产品系列的无线模块还提供通过命令行接口 (CLI) 进行配置的选项。

网络管理透明化

自动化网络与日俱增，这一趋势给日渐庞大的机器制造商带来的网络管理负担也越来越重。此外，他们还抱怨网络管理工作既耗时又费钱。因此，许多公司正在寻找简化网络管理的解决方案。菲尼克斯电气提供了一种新的软件工具即 FL Network Manager，其中包含了管理交换机以及 WLAN 和安全组件的所有重要功能 – 从初始设备配置和现场运行期间的监视功能到界面友好型配置和固件管理。 在过去，必须对每一台设备单独执行固件更新。通过 FL Network Manager，现在可以同时更新所有组件。配置网络中的设备同样容易。只需一步即可将所有配置文件保存到本地，并在需要时加载到（替换）设备上。集成式 BootP/DHCP 和 TFTP 服务器功能使我们不再需要使用多个不同工具来配置设备参数。FL Network Manager 将自动化网络的所有重要管理功能组合成一种透明工具。