通過互聯的工業設備和增強的計算，工業4.0使利益相關者能夠優化設施和提高生產力。第四次工業革命是指由于互聯和智能自動化引發21世紀技術、工業、社會模式和程序的快速轉變。這是工業發展的一個新篇章，可與第一、第二和第三次工業革命相媲美的進步所推動。這些發明結合了物理、數字和生活世界的功能性和安全性。這是一次協助利益相關者利用融合技術創造一個可持續的、以人為本的未來機遇。

工業4.0的定義是互操作性、透明性、技術幫助和分散決策。圖1描述了如何識別和實施工業4.0，在工業4.0中，IIoT允許設備鏈接，創建真實世界數據的虛擬副本，使操作員能夠可視化/分析流程，并盡可以自主地做出執行任務的決策。

圖1 工業4.0的設計原則

第四次工業革命，或稱工業4.0，為制造業的長期問題帶來了答案，例如，如何在降低風險和成本的同時提高產量和質量。它展示了如何考慮增加資產價值和提高利用率的許多不同方法。

在工業4.0的幫助下，智能機器將變得更加智能，工廠將變得更加高效，流程將變得不再那么浪費，生產線將變得更有適應性，生產力將全面提高。它建立在智能、安全和無縫連接的基礎上，利用協作機器人和移動通信，支持快速物料處理，監控工廠車間的每一個細節，并通過預測性維護來延長機器的壽命。這些可能性是通過智能化、使用高質量、安全、和無縫連接來實現的。總體而言，制造設施將受益匪淺，因為它們可以實現整體自動化的終級目標。

要想成功實現向工業4.0的轉型，大量的前沿技術需要投入使用。被稱為工業4.0的制造業數字革命成功的關鍵是讓各種相關技術高效地協同作業。

通信、傳感、控制、安全和電源管理是確保工廠車間高效工作環境的五種主要技術類別（圖2）。工業4.0的概念是在設想一個通信不中斷的場景，并分別利用每個領域進行創新。

圖2 工業自動化推動者

采用先進的傳感、控制和通信的新系統，是實現智能工廠顛覆性技術中的典范。功能安全和智能電源管理解決方案的集成，使人們能夠安全工作并提高系統效率。標準化和通用規范是確保一致性和實現工業4.0合規性的唯一途徑。提高系統的效率和互操作性，并讓它們在運行中學習，是對制造商長期競爭力的巨大促進。

在上述所有場景中，您需要有效的方法來快速、可靠和安全地連接子系統/設備。瑞薩電子提供一系列專門設計于工業環境的連接解決方案。因此，它們提供安全可靠的覆蓋范圍、高設備密度、可準確預測的延遲以及機器、流程和數據的完全可見性。

工業通信是工業系統的基本組成部分，它允許單個控制單元通過網絡管理多個輸入/輸出模塊，而不考慮系統中使用的其他技術的性質。工廠的網絡控制架構由電機控制、運動控制、機器人和經典可編程邏輯控制器（PLC）等應用組成。

工業網絡包括廣泛的技術，如工業以太網（如EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、CC-Link IE、Modbus-TCP、PowerLink、Sercos III、OPC-UA）和現場總線（如Profibus、Modbus RTU/ASCII、DeviceNet、CANopen、Asi-5、IO-Link）。在工業自動化中，PLC、SCADA和DCS是控制的三種重要方式。有現場儀表、智能現場設備、監控計算機、分布式輸入/輸出控制器和HMI系統。為了設備之間相互連接和通話，這些設備需要強大而有效的網絡或通信規則。它們將現場設備、控制器和PC連接在一起，以便通過有線或無線的方式發送數據和控制信號。現場總線是另一種本地控制區域網絡，用于自動化程度較高的復雜工業系統。控制器與智能傳感器、制動器和轉換器之間的數字鏈路，可以雙向傳輸。Profibus和基金會現場總線是過程自動化中使用的兩種現場總線技術。工業現場設備和I/O模塊可以通過各種通信網絡連接。根據所使用的協議，有許多不同種類的通信網絡。

工業以太網是一種在工業環境中使用不同協議的以太網網絡，協議有Ethernet/IP、Profinet、Modbus-TCP、EtherCAT、PowerLink、OPCUA、CC-Link IE等，提供確定性和實時控制。隨著數字技術的發展，像現場總線這樣的通信技術已經接管了自動化領域。這是因為它可以同時與多臺設備通話，從而節省資金，使用更少的資源，并減少大量工作。以下是控制系統目前使用的一些重要工業通信網絡的概述。

圖3 常用的工業網絡技術

工業4.0和工業物聯網（IIoT）的實施需要有一個核心前提，那就是保證不間斷的實時通信。瑞薩電子提供各種MCU和MPU設備以及所有必要的構建模塊，以開發涵蓋領先工業通信協議的廣泛網絡解決方案，包括EtherCAT、Profinet、Ethernet/IP、CC-Link、Modbus等。我們的設備解決方案，如RA、RX MCU、RZ MPU或Renesas R-IN engine（“R-IN engine”）解決方案，附帶專用的軟件支持套件，使設計和工程團隊能夠專注于應用開發，以加快上市速度。

下圖很好地說明了現場總線和工業以太網如何在工業網絡設置中相互覆蓋的部分。

圖4 工業網絡：現場總線和工業以太網交互

上述情景清楚地證明，推動工業網絡市場擴張的關鍵是擁有一個互聯的工業網絡，從而實現新時代制造業的生產力和可持續性目標。我們知道，可靠的工業網絡至關重要，因為工廠一直在尋找提高產量、可持續發展，并能同時提高質量、適應性和網絡安全的最佳途徑。就網絡拓撲而言，市場增長是顯而易見的，而成熟的現場總線技術的復興也尤其令人興奮。

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