前言

工業4.0的概念起源于德國，現在已普遍引起世界各地行業專家的充分重視。各個工件在生產過程中將發揮日益交互式的作用，形成類似互聯網那樣分布在機器、工廠和供應鏈中的智能結構。通向這一嶄新的工業前景之路由日益分散的控制和驅動技術鋪就。然而，該技術在很大程度上依賴于故障安全通信系統是否能夠管理如此龐大的數據。高質量的POWERLINK和openSAFETY技術在應對這一挑戰方面擁有得天獨厚的優勢，有助于實現真正的第四次工業革命。

在十九世紀的第一次工業革命中，以煤和蒸汽作為動力的機器生產代替了手工勞動。第二次工業革命通過嚴格分工的裝配生產線實現了大規模生產。到了二十世紀中葉，晶體管等重大發明推動了第三次工業革命的發展。

大規模小批量生產

今天的消費者看重個性化，但又不愿意購買手工制品。這一悖論促使設備和機械制造商努力盡量減少批次更換之間的時間和工作量–最終通過自動化完美地解決這一問題。

傳統的生產控制流程過于死板，從而無法適應現代化生產的要求。多年來采取的眾多方法使它們變得更具適應性。其中一個成功的方法是將機器互聯并使用庫存管理和生產調度系統。

通信和分布式

基于以太網的POWERLINK通信協議的開放性已被證明在簡化與車間內第三方系統以及辦公環境中IT系統的通信方面非常有效。貝加萊APROL過程控制系統通過將整個機器網絡和樓宇自動化系統完全集成到單個生產系統中也做出了重大的貢獻。

龐大的數據需要實現安全且確定性傳輸，大量的運動軸必須實現高精度同步。這些任務要求高速數據通信向下直至各個傳感器和執行機構–在跨越廣闊網絡的硬實時性能方面沒有妥協。POWERLINK在所有這些方面的表現是市場上其它總線系統所無法比擬的。

另一個更適應生產的成功的方法是通過實時以太網平臺實現每臺機器的分布式智能。分布式控制和I/O系統以及內置智能的驅動系統可以使模塊化機器的開發變得更加容易，機器在運行期間就能實現重新配置。

貝加萊ACOPOS系列伺服驅動器是一個很好的例子，當它在2000年首次推出的時候就掀起了一場自己的小革命。驅動系統以及越來越多集成數據處理的傳感器也變得更加普遍，從而得以進一步在各個機器中分配計算性能和數據存儲。

從概念到調試的一致性

與此同時，軟件工程領域也已涌現出了全新的概念，允許產品開發人員洞察整個生產，以至于在此過程中不會迷失。幾何CAD模型可以被直接轉換成機器的NC程序，而且組件數據也可以被直接送入生產調度和仿真系統中。運動仿真和CAE程序中移動部件的動態特性可以被轉化成程序代碼來控制機器和設備，使用仿真工具可以從數學模型中生成處理算法。同時，互聯網正在延伸至用戶生活的各個角落，無論是在家中還是在辦公室內，不斷壯大的全局網絡正在取代在單獨計算機上集中存儲數據，這為管理并利用數據開啟了全新的可能。自上而下的命令結構正在讓位給客戶端-服務器系統的查詢和響應方案。

物聯網

德國聯邦政府提出的一項倡議旨在工業生產技術領域推廣這些機制的應用。這一舉措激發了工業4.0概念和第四次工業革命的興起，同時預測并鼓勵在設計生產流程中的基本范式轉變。后革命時代將會呈現所謂的“物聯網”實現產品分布式利用及數據處理，嵌入各個工件的信息連接至云平臺這樣的工業前景。

數字“4”似乎預示著遍布整個工業自動化世界中的方法論正在發生著徹底改變。越來越分散的生產流程對機器和系統制造商提出的最大挑戰在于軟件開發。

您可以在貝加萊自動化軟件AutomationStudio4中發現理想的解決方案。與市場上的其它系統有所不同，AutomationStudio4支持模塊化、事件驅動的軟件開發，可以完全自由地加載單獨模塊–甚至第三方軟件–無論是動態還是按需進行。AutomationStudio還提供無縫數據交換，并可以實現與M-CAD、E-CAD和仿真工具等同步。

由此造成的在生產控制方法上的劇變–包括諸如由工件發起的機器動態重構情況–伴隨著對工業通信的需求增加而同步進行。“需要傳輸的數據量和需要同步的運動軸數量一樣正在迅速增長，”EthernetPOWERLINK標準化組織（EPSG）總經理StefanSchönegger說道。“這些任務要求高速數據通信向下直至各個傳感器和執行機構–在跨越廣闊網絡的硬實時性能方面沒有妥協。POWERLINK在所有這些方面的表現是市場上其它總線系統所無法比擬的。”

動態開放，絕對可靠

為了實現不同制造商系統之間高度自動化的交互，盡量減少故障風險必不可少。“在這里，POWERLINK也完全能夠提供PLC和線路冗余方案，不需要使用任何專用計算硬件，”Schönegger說道。對工業通信網絡提出的另一個基本要求是與第三方系統的互操作性。“由一家供應商來提供所有難題的最佳解決方案簡直是不可思議的，”Schönegger說道。“兼容現有系統并致力于開放技術的堅實基礎絕對至關重要。”在工業4.0的背景下尚未得到應有重視的一個問題是職業安全。然而，采取限制生產進程靈活性或阻礙其充分發揮潛力的安全措施顯然適得其反。“將各個機器限制在安全罩中并非可行之道，”Schönegger確信說。“如果我們的目標是使機器和生產單元適應它們基于各個工件的配置，那么我們就需要獲得動態添加或重構機器模塊的自由。”同樣在這里，EPSG是建立在現場總線開發歷史和規范的基礎上的，早在探討懸而未定的第四次工業革命之前很早就已成立。

安全無限

“集成現場總線的安全控制系統是模塊化機器設計必不可少的組成部分。由于完全不受所使用的現場總線類型的約束，因此openSAFETY協議允許將統一的安全解決方案應用到各個模塊及整個機器上，即使它們之間使用不同的協議進行通信，”Schönegger解釋道。“憑借openSAFETY，一條生產線–包括其動態可配置的所有模塊單元–可以作為一個安全單元來實現管理。”操作員不會受制于防護欄，可以從不受約束的性能中充分獲益–這要歸功于完全集成于復雜運動鏈中的安全功能以及刀具中心點安全限速等特性。

openSAFETY能夠使整條生產線包括其動態可配置的所有模塊作為一個安全單元來實現管理。操作員不會受制于防護欄，可以從不受約束的性能中充分獲益–這要歸功于完全集成于復雜運動鏈中的安全功能以及刀具中心點安全限速等特性。

openSAFETY這些滿足未來高度靈活生產系統的優點可以歸功于其開放性，Schönegger強調說。“專有解決方案已經過時了。開放性將推動真正的工業4.0革命。”

“EthernetPOWERLINK標準化組織（EPSG）總經理StefanSchönegger

生產系統中無處不在的自動化邏輯分布，即所謂的工業4.0，對高效、可靠且開放的通信網絡提出了迫切的需求。POWERLINK和openSAFETY已經證明了它們的這些優勢，早已為滿足第四次工業革命的需要做好了準備。”