工业4.0起航：未来始于想象

【编者按】随着工业4.0时代的来临，高度网络化的系统结构开始出现，其中囊括了各行各业的人员、各种各样的IT系统、自动化组件和机器。安全、保障和控制智能分配之间的相互作用成为工业4.0获得成功的主要因素。

工业4.0、物联网或智能工厂，这些术语都在说明工厂和机械的网络化趋势方兴未艾。信息科技（IT）和自动化（AUT）紧密相连。这就意味着，凭借未来产业的高度网络化，公司可以提升附加值，同时削减成本。

工业4.0可谓第四次工业革命的代名词，但其所带来的远不止发展进化那么简单。因为工业4.0的基础是假定所有参与者均有意愿进行变革。这并不是指采用众多全新技术，或者只是最近才将其用于生产活动。RFID和WLAN等技术的使用早已不是什么新鲜事，可以通过这些技术对数据进行记录和评估，并将其传输至实时生产控制系统内。

随着复杂程度的提升，对安全的理解也在发生变化

实际的挑战是如何将自动化和IT这两个领域结合起来，形成切实可行的解决方案。下面这个安全相关的实例足以表明其复杂程度：如果对所有通信进行分散化处理，安全通信需求便会上升，后者在安全方面（机械安全）和保障方面（操作安全）均有要求，需要等量齐观予以考虑。

安全领域现已具有相当充分的投资保障和法律确定性特征。其中部分原因在于需要遵循规范和标准：安全完整性等级（SIL）等各种术语现已明确规定，还可对危险等级进行分类，执行风险评估。自动化组件的网络化增加了系统复杂性，也因此增加了未经授权的访问风险。

保障问题，亦即防止未经授权访问机器及其数据，尚未得到适当解决；此外还需对产品和专业知识进行保护。这就需要制定通用标准；需要开发出一些方法来创建安全架构和安全准则，满足安全和保障要求。

整体安全理念有赖于安全和保障的相互配合，同时逐渐调整系统架构进行促进，期间遵循开放标准，并且考虑到存在多个不同的制造商。核心问题包括：对产品、工艺和机器进行明确、安全的身份验证，以及在整个生产过程中进行安全的信息交换。至于安全方面，需要检查保障问题对功能安全的影响程度。

没有付诸实施的保障措施，即使再好也毫无价值；或者更糟糕的是，如果保障措施因耗时过多、缺乏了解或未能知情而人为落空，即使再好也无济于事。这里给出一些与功能安全类似的情况：安全措施不得对工厂和机械的可用性造成负面影响。因此安全领域内的各项原则可以一一对应地迁移至保障领域。

模块化工厂要求分布式智能

客户产品要求个性化、单位式产品数量更大、产品生命周期日益缩短，这些都是驱动工业4.0发展的因素，它们导致生产系统批次变得更小，重新配置变得更加频繁。因此，在通往未来自动化制造的道路上，模块化和分散化是两个关键的成功因素。能以用户友好型方式对分布式智能进行控制的自动化系统则是实现这一目标的先决条件。届时便可将工厂分解为若干个独立运行的可管理单元。

模块化工厂结构遵循机电学方法。其基本原理是将机器开发过程中涉及的所有学科（机械、电子和自动化技术）整体融合起来。通用化规定如何将多种独特的自动化技术组件和相应的软件工具集成在一起，形成自动化解决方案。这种通用性延伸覆盖自动化金字塔的全部四个层级（管理层级、运行层级、控制层级和现场层级）。机电学方法甚至要求能将控制功能“迁移”至单个机电模块内。可支持该方法的控制系统将发挥核心作用。

这就是目前系统的局限所在。您可以创建软件模块，但当功能强大的中心控制系统执行这些软件模块时，单个模块的调试就会变得复杂。本地控制系统可以用于实现模块自动化，但在建立模块之间的通信时，这将会增加所需的工作量。

正是出于这一原因，体现工业4.0精神的自动化所需的解决方案应能对控制智能进行分配，同时保证多个控制系统经过必要的联网后，仍便于用户进行处理。凭借兼容工业4.0的自动化系统PSS 4000，Pilz不断努力寻求始终模块化的、可分配化的方法。通过这种方式，就能从分散控制结构中获益，同时不必承担将程序分配给多个不同控制系统时通常会造成的复杂性增加的情况。

从根本上说，我们应将工业4.0视为一种愿景，一种让德国作为工业国家，可以实现更强竞争力目标的愿景。因此，每一家制造公司均应参与到工业4.0中来，这一点非常重要。将问题限制在纯粹技术层面是非常缺乏远见的行为。若要持续性地获得市场认可，需要奉行的原则之一就是创建机器间和机器内标准通信机制。只有当兼顾这两个方面的要求时，才能获得用户认可的、切实可行的解决方案。

工业4.0需要标准化

除了技术，工业4.0安全解决方案仍旧面临来自商业层面、心理层面和培训层面的挑战。例如，目前仍旧缺乏合适、通用、标准化、可用于执行合乎要求的安全解决方案的行业操作平台。尤其是在工业4.0的作用下，网络化趋势方兴未艾，同时价值网络内多个合作伙伴间随后展开了合作，这些都迫切需要对经验和认可流程做出比较。

各种协会和研究项目（例如“智能工厂KL”研究平台）发挥了重要的作用；在此行业内，业务和研究并举，逐渐产生了创新工厂系统，集中形成了模范工厂。此类平台的重要任务之一便是制定标准。因为需要统一标准，以便将工业4.0的首创精神落实到企业中。届时用户便可使用多个供应商提供的组件来装配生产线，灵活、快速地适应不断变化的各种情况。这样便可在整个价值链内普遍实现多家公司之间的合作。

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