10、工业4.0与网络物理系统：推动行业变革与发展

工业4.0与网络物理系统：推动行业变革与发展

1. 工业4.0与网络物理系统概述

在当今数字化时代，工业正经历着从手工制造向机器制造的转变，其中工业4.0这一新型工业革命备受瞩目。工业4.0借助网络物理系统（CPS）、智能农业、物联网、机器学习、云计算、人工智能、区块链技术等新兴趋势，实现了制造业的自动化和信息交换。

与前三次工业革命不同，工业4.0与CPS紧密相关。第一次工业革命以蒸汽机动力和机械装置为标志；第二次工业革命利用电力实现大规模制造和装配线生产；第三次工业革命则由电子芯片和信息技术引领。而工业4.0引入了新的制造原则，包括：
- 虚拟装配方法：通过将传感器生成的信号与虚拟工厂和再现模型相连，实现装配方法的虚拟化。
- 增强互操作性：通过扩大可用性，增强装配之间的互操作性。
- 分布式和智能决策计划：实现分布式和智能的决策制定。
- 实时数据收集：能够实时收集数据。

网络物理系统（CPS）结合了“网络”和“物理”两个概念，将计算机能力与物理设备能力相结合。2006年，Helen Gill首次提出了CPS这一概念，它与嵌入式系统设计相关，并且与工业4.0、物联网、无线传感器网络自动化和云计算等最新先进技术密切相关。自主汽车系统、健康监测系统、智能农业系统、机器人制造等都是CPS的应用实例。

CPS的基本通信模型中，传感器将物理参数转换为电信号，这些信号通过高速安全互联网传输到执行器，执行器再将电信号转换为物理输出。

2. 通用参考架构模型

2.1 工业4.0架构

工业4.0采用了一种分层的全球架构，该架构由四层组成：
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