製造業目前討論最熱烈的話題之一是工業4.0。從廣義上講，工業4.0整合了工業自動化和數據交換領域最新推出的一系列創新成果，展示了巨大的應用潛力，能夠幫助工廠車間提高生產率，減少浪費，改進產品質量，提升生產靈活性，降低運營成本，還可為工廠車間帶來無數其他益處。
對於這種新型“工業物聯網”對他們而言意味著什麼，各製造商和分銷商持有不同的觀點。考慮到全球製造商業務運營的高度多樣化，以及在區域、行業、規模和競爭環境方面存在的差異，工業4.0應用潛力的充分發揮將繼續保持積極態勢。雖然應用空間正在不斷演變，但有一件事是很明確的：工業4.0將會影響未來幾年內製造業的發展方向。
本白皮書將詳細探討當前有關工業4.0的思考，此外還將概述生產商和分銷商存在的一些關鍵機遇，以及視覺技術作為任何工廠最重要的一種數據生成技術，能夠為這些企業所發揮的強大作用。
什麼是工業4.0？
該術語本身比較難懂，這種表述來源於之前發生的三次“工業革命”，其中距離最近的一次工業革命與20世紀70年代計算機、可編程工具和數字化在製造環境中的適用有關。
如今，業界經常提及“工業4.0”。德國“工業4.0”這一術語也是如此，這是業界最早提出的相關概念。在美國，它有時被稱為“工業物聯網”（Industrial Internet of Things），被認為是“物聯網”的一個子集，英文名稱有時縮短為“Industry of Things”。
第四次工業革命（簡稱“工業4.0”）通常與大數據、雲計算和深度學習方面的技術進步相關，特別是與傳感器等信息物理系統（CPS）應用的顯著增加有關，這類系統能夠收集數據，供製造商和生產商識別以及跟蹤元件和組件。該數據收集過程使設備之間能夠自主交換信息，獨立進行控制，以及彼此互動，從而提高了運營流程的自動化水平。跟之前的“工業革命”所經歷的過渡期一樣，工業4.0的興起也將需要一個逐步明確的過程。
工業4.0一開始是德國政府發起的一項名為“2020年高科技戰略行動計劃”的倡議，旨在提升該國的製造業。德國政府持續投資了數億美元，鼓勵學術界、企業界和政府機構共同展開研究。雖然最早對工業4.0的開發產生最大興趣的是德國企業以及一些鄰國企業，但現在世界各地的企業對這一新興概念的興趣正在不斷增加。
工業4.0的前景和益處
工業4.0系統能夠將原始數據轉化為可操作的信息和見解，進而推動真正的、可評估的性能改進。它採用雲計算和深度學習方法對其在製造過程中採集的“大數據”進行分析，以發現流程改進趨勢，從而做到這一點。現如今，在許多情況下，製造商都可以收集數據，但這些數據始終處於斷開和孤立狀態。未來，在機器視覺等富數據技術的推動下，這些數據將得到積極的共享和使用。
製造系統的通信網絡將可以收集市場上反饋的信息，並利用這些信息對生產參數進行微調。舉例來說，一家制藥公司的製造系統經通信網絡提醒，得知某個特定地區報告的過敏案例高出預期後，其可以觸發生產線增加生產量，並下達額外的原材料訂單。
自動化生產線設備的自主學習、自主控制和自主優化功能水平將不斷增加，能夠快速、準確地完成複雜的任務，同時將人工干預控制在最低限度。目前有一些創新設備在操作員的引導下，已經可以提供這種功能，但隨著工業4.0的推出，這些生產線設備的自動化水平將會進一步提高。
隨著機器人、機器視覺系統、原材料輸入以及生產線的其他方面能夠相互直接通信，製造商將獲得更大的生產靈活性。由此帶來的益處可能包括能夠在一條生產線上生產更廣泛類型的部件，或者以更具成本效益的方式，生產更小批量的特定產品，甚至包括定製產品。
同樣地，通過雲計算和移動設備即時訪問數據和運營信息，工人將可以及時獲取具有時效性的關鍵信息，如停機時間通知、不符合規格等生產異常情況的詳細信息、維修需求以及其他需要現場干預的關鍵問題。這將使員工能夠從任何位置監控趨勢、分析數據以及進行干預。製造商也將能夠通過雲計算導出他們整座運營設施內最成功生產線的相關性能信息，然後將這些“最佳做法”實施到所有其他生產線上。
通用互連性——工業4.0的主要障礙
製造商很可能會要求其供應商加大對工業4.0創新的投資力度。這種壓力在一些行業已經變得很明顯，這表明機器人、人機界面（HMI）以及其他自動化領域的供應商存在巨大的商機。但要充分利用這些機遇，併為自己及其製造商客戶帶來收益，這些供應商將會面臨挑戰。
目前，典型的工廠環境包含各種各樣的通信協議，其中許多通信協議是由個別製造商開發、啟用或支持的，這極大地阻礙了重要數據的傳輸。對一家工廠而言，要充分實現工業4.0帶來的益處，其必須在所有設備和位置上建立即時、自動且通用的通信協議。因此，要充分利用工業4.0帶來的益處，工廠必須願意考慮新的模式，雖然現有的通信協議通常在應用上已經取得了成功，在新的通信模式可能會對其提出挑戰。
要實現從虛擬專用網絡遠程訪問生產線，工廠需要制定一致的程序，包括用戶登錄和認證、權限設置、活動記錄以及通信協議與相應IT目錄和數據庫之間的鏈接。通信協議可能需要根據通用標準進行配置和分佈，無論製造商或功能如何，所有產品都能夠“交流”這些協議。目前正在推廣或開發的通用協議包括：
- OPC統一架構（OPC UA），或者稱為“工業互操作性標準TM”，由獨立機構OPC基金會（康耐視是該基金會會員）建立，並得到了德國工業4.0委員會的倡導。2016年，在歐洲自動化工程組織VDMA的協作下，OPC基金會啟動了視覺分委員會，旨在制定“OPC UA機器視覺配套規範”。
- 開放設備網製造商協會（ODVA）（康耐視是該協會成員）制定了以太網/IP和設備網（DeviceNet）通用互操作性規範，目前正在推動這些規範的實施。
- 最近推出的通用協議還包括智能邊緣鏈接和驅動（FIELD）系統，該系統是由一些私營企業合作開發的，包括FANUC公司（一家位於日本的全球性機器人和工廠自動化供應商）、Cisco Systems、Rockwell Automation和Preferred Networks（一家人工智能解決方案提供商）。
機器視覺在智能化工廠的應用
機器視覺是自動化系統一個必不可少的元素。相比機器視覺，生產線的任何其他組成部分都無法收集更多的信息，在評估產品和定位缺陷以及收集信息用於指導業務運營和優化機器人及其他設備的生產率方面，它們也無法提供更多的價值。不同於簡單的傳感器，視覺傳感器能夠生成大量圖像數據，從而增強它們在工業4.0環境下的效用。
隨著數據分析能力的提高，通過視覺設備所收集的大量數據將可用於在工業4.0工廠環境下識別和標記缺陷產品，瞭解缺陷細節，並快速有效地進行干預。
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