在經歷了以走數字化道路為目標的行業中的幾項工作之后，并收到了一些關于我們文章的評論，要求我們演示如何構建自動化 4.0項目，我們為您呈現這項工作，為您提供技術讀者和學生.

我們不打算窮盡這個主題，甚至假設一個模型，而是以實際和直接的方式展示當今工業自動化項目中必須考慮的因素，這些因素將滲透到工業 4.0中。

工業數字化

數字化是人類語言形式的演變，知識的傳遞、管理和掌握的方式，可以追溯到說話者的時代，這個詞，說得好，在社會中表現出深厚的知識和尊重，還有教育、科學和演說家時代的政治。

隨著寫作的發展，隨著可以傳播印刷文字的媒體，我們有了一種新的傳播模式。

文本、文件、簽名……這一切都滲透到我們今天的社會，雖然處于向數字化的過渡階段，但我們的模式是基于文件、書籍、印刷和寫作。

計算數據處理創造了一種新的信息格式。文件、文字、文字和所有形式的交流都變成了數字化，創造了一個新的社會。

至少我們正處于轉型的這個階段，現在可以在沒有手寫或簽名的情況下以數字方式簽署文件。政府以數字方式管理所有文件，這就是我們社會的運作方式。

通過數字化，我們誕生了所謂的社會 4.0，人類組織的所有領域都通過數字數據進行管理。政府、健康、教育、安全、流動性和工業，開始與這個社會聯系起來，使用我們可以稱之為 4.0 的新技術，這只是對第四次工業革命的暗示。

要將行業帶入數字化水平，需要經過一條轉型路徑，但主要是設計自動化系統以響應新數字化行業的需求。

我們所熟知的自動化金字塔，即我們的自動化 3.0，是一個分層結構，它的相互通信是通過多個接口完成的，但是它是一個垂直模型，它僅限于工廠及其部門，缺乏靈活性和高延遲決定。

新的數字產業必須用自動化 4.0 來設計，現在基于自動化支柱，主要是因為我們擁有所有信息的互連，不僅是垂直的，而且是水平的，貫穿整個業務價值鏈，真實地交互時間。

正如我們所說，我們正處于過渡階段，從自動化金字塔演變為自動化支柱，主要變化將是：

在該領域：

借助 IoT 物聯網層大幅增加設備信號。

掌控之中：

控件將分布在智能設備上的各個領域，并在云端進行監督。

在管理和控制系統（HMI、MES、Scada、ERP、BI、PCP）中：

它們往往是集成的，在一個單一的云環境中工作，相互連接的工具。

自動化 4.0 項目的技術

要從自動化 4.0 架構設計工業 4.0，需要一些技術，主要是一種連接數據、人員和流程的新格式。

下面是一個列表，它并未涵蓋所有技術，但貫穿了當今自動化 4.0 項目必須遵守的要點：

· 分布式控制單元（現場）——智能 I/O 模塊（輸入和輸出）和低點密度控制，但具有高處理和通信能力，分布式和互連

· 安全（數據和信息）領域 (IoT)– 由于 I/O 模塊和控制器分布并連接在網絡中，通常采用基于以太網的標準，數據訪問的入侵風險是永久性的，因此需要安全項目. 網絡安全

· EDGE層——云場層，用于生產單元或生產部門的自主決策，數據分析在該系統中進行，僅向外部提供監督所需的信息

· 連通性（通信支柱）——連通性和單一數據接口，必須允許所有自動化縱向和橫向互連，沒有更多的層，但信息的相互關系，基于RAMI 4.0的模型，是對此的參考

· 分布式控制單元（云）——分布式控制單元還將與本地云通信，但具有監督功能，基于規劃數據、資源、質量等，形成獨特的生態系統

· 本地云——新的數字產業將數據和控制集中在自己的云中，有自己的工具和需求，可以說是CPD數據處理中心，控制生產過程，只把需要的東西外化

· PLC/DCS（虛擬）——與擁有本地云一樣，控制和指揮工具將集中，分布式和本地控制層將形成一個單一的優先數字環境，用于高級控制以及管理和監督富有成效的決策

· FOG 層——與 EDGE 層目標相同，但現在處理來自所有規劃和接口的數據，用于智能決策，統一數據

· 數據骨干網（IIoT）——連接行業價值鏈、業務單元，是滿足工業4.0概念的先決條件，一個能夠連接供應商、外部部門、客戶和行業本身的網絡。互連所需，所有外部元素都是 IIoT（工業物聯網）

· 云（外部）——使用外部云計算，應用AI（人工智能）等工具，進行決策和使用大數據，統一整個工業商業生態系統，提供決策動態場景，加速時間和減少錯誤。

這種數字自動化結構的基本功能

這種數字自動化結構的基本操作是以所有網絡組件之間實時交換數據并使用系統進行決策為前提的。

關于主要操作點，我們可以描述：

· 在現場，控制和信號是分布式的，本地處理和本地數據分析

· 在連接性方面，所有設備都必須允許水平數據層，形成可互操作的連接。

· 系統具有本地云，具有現場集中控制、監督和決策服務

· 骨干連接整個產業價值鏈

· 外部云使用AI人工智能服務，在生產鏈中進行交互

預期收益

作為工業 4.0 現實的模型，使用自動化 4.0 架構的預期好處是什么，我們描述了主要的好處：

· 通過云端的分布式控制和集中控制，讓生產變得靈活

· 使用開放協議和接口（OPC-UA 和 MQTT）簡化通信層

· 本地決策（數據挖掘和機器學習）（EDGE 和 FOG）

· 僅按需使用外部云

· 將AI應用于運維，專注于Prognostics的運維管理和維護

當前的挑戰

這些架構的技術和設計模型在知識方面非常新，這帶來了挑戰，我們可以在下面描述其中的一些：

· 設計具有分布式控制的自動化系統

· 設計具有水平數據協議和接口的網絡

· 創建本地虛擬化系統，允許中間云處理（EDGE 和 FOG）

· 通過骨干網（IIoT 工業物聯網）互連價值鏈

· 利用外部云服務（在必要的范圍內）并應用人工智能

注意事項

作為要點的建議，我們可以描述在實施數字化項目時應注意的事項，重點是自動化：

· 在生產塊（數量）和產品線（品種）中設計您的生產過程

· 跨生產線或生產單元分配信號和控制

· 使用需要最少接口或網關的通信技術（OPC-UA 和 MQTT）

· 創建本地云層（EDGE 和 FOG）并使用本地數據分析（R 和 Python）

· 創建本地指揮和控制以支持靈活、集中的生產以進行生產監督

· 將價值鏈連接到本地云進行數據分析（使用 RAMI 4.0）

· 使用外部云來利用高級數據工具（人工智能和大數據）

趨勢

系統、組件和供應商在不斷發展，今天我們可以指出一些短期趨勢，對于已經指向現實的新技術，以滿足這種需求范圍：

· 小型控制和 I/O 設備和連接（OPC-UA、MQTT、TSN）

· 分布式工控機，在FOG和EDGE層形成本地云

· 價值鏈提供商已經在 IIoT 骨干網中擁有用于標準化連接（云）的結構化數據

· 來自制造商的外部云服務，具有行業就緒的解決方案（SIEMENS、Rockwell、Yokogawa、Emerson、GE 等）

結論

我們得出結論，工業自動化系統是生產部門的指揮和控制結構，為數字工業設計系統，滿足工業 4.0的要求，是一條新發展、新概念和新模式的道路，需要新的思想和打破范式。