37、工业4.0：从设计原则到核心技术的全面解析

工业4.0：从设计原则到核心技术的全面解析

1. 工业4.0的设计原则

工业4.0的概念通常基于四个设计原则，这些原则为构建工业4.0系统和应用的核心需求提供了通用框架。

1.1 互联与互操作性

在工业4.0中，万物互联（IOE）通过无线通信网络和物联网将机器、设备、传感器和人员相互连接形成。这不仅实现了工业4.0组件和智能工厂之间的互操作性，还在增强普适计算和互联网接入的交互中发挥了重要作用。为了实现组件的灵活互联，通用通信标准至关重要，这也导致了工业4.0设计中的模块化。常见的技术如物联网、云计算、雾计算和网络物理系统（CPS）等被用于实现这一设计原则。

1.2 去中心化

工业4.0系统和应用旨在实现去中心化决策。参与者在互联/互操作以及内外部生产单元透明信息共享的背景下，自主执行流程和任务。只有在必要的特殊情况下，任务才会转移到中央或更高级的处理系统完成。借助CPS（使用嵌入式计算机、传感器和执行器）以及雾/边缘计算（在节点级别利用本地和全局信息），工业4.0实现了去中心化，这些技术能够自主控制和监控物理世界。

1.3 信息透明

当工业4.0中利用CPS和物联网实现现实世界与控制论生态圈的融合时，信息透明得以实现。这种融合明确了智能制造参与者之间如何透明地共享上下文感知信息。由于智能工厂成员需要上下文感知的证据来做出明智选择，因此各种方案利用从虚拟和现实世界收集的信息来实现其功能。通过将传感器数据与数字化机器模型连接，实现了现实与虚拟世界的融合，从而构建了现实生态圈的控制论副本，提供了一种全新的信息透明方法。

1.4 技术协助

在工业4.0