自動化計算機在工業(yè)4.0中扮演著主要引擎和神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵角色，是實現(xiàn)其愿景——高度靈活、高效、個性化的大規(guī)模智能制造——不可或缺的基礎(chǔ)技術(shù)。它們的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 實現(xiàn)智能決策與控制：

• 實時調(diào)整機器參數(shù)以優(yōu)化質(zhì)量或效率。

• 預(yù)測性維護：檢測設(shè)備異常并提前預(yù)警或觸發(fā)維護流程。

• 機器人控制：實現(xiàn)復(fù)雜、協(xié)調(diào)的自動化操作。

• 邊緣計算： 自動化計算機（尤其是工業(yè)PC、嵌入式系統(tǒng)、邊緣網(wǎng)關(guān)）部署在機器、產(chǎn)線或車間現(xiàn)場（邊緣），能夠?qū)崟r處理傳感器數(shù)據(jù)（如溫度、壓力、振動、圖像）。

• 實時響應(yīng)： 基于預(yù)設(shè)規(guī)則或內(nèi)置的AI算法（如機器學(xué)習(xí)模型），它們能在毫秒級時間內(nèi)做出本地化決策和控制指令，例如：

• 減輕云端負(fù)擔(dān)： 過濾、預(yù)處理數(shù)據(jù)，只將有價值的信息上傳到云端或工廠級系統(tǒng)，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬需求和云端計算壓力。

2. 連接物理世界與數(shù)字世界（信息物理系統(tǒng)的主要）：

• 數(shù)據(jù)采集與聚合： 自動化計算機通過各種工業(yè)總線（如Profibus, Modbus, CANopen）和工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議（如Profinet, EtherNet/IP, EtherCAT, OPC UA）連接傳感器、執(zhí)行器、PLC、機器人、CNC機床等物理設(shè)備。

• 協(xié)議轉(zhuǎn)換與標(biāo)準(zhǔn)化： 將來自不同設(shè)備、使用不同通信協(xié)議的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的格式（如OPC UA, MQTT），實現(xiàn)設(shè)備間的互操作性，是構(gòu)建“物聯(lián)網(wǎng)”的基礎(chǔ)。

• 提供數(shù)據(jù)接口： 向上層系統(tǒng)（如MES, ERP, 云平臺）提供實時、可靠的生產(chǎn)和設(shè)備數(shù)據(jù)。

3. 支撐數(shù)字孿生與仿真：

• 實時數(shù)據(jù)源： 自動化計算機提供的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)是驅(qū)動數(shù)字孿生模型的主要輸入。數(shù)字孿生需要精確反映物理實體的當(dāng)前狀態(tài)。

• 執(zhí)行控制指令： 基于數(shù)字孿生仿真優(yōu)化得出的參數(shù)或控制策略，需要通過自動化計算機下發(fā)給物理設(shè)備執(zhí)行。

4. 賦能人工智能與大數(shù)據(jù)分析：

• 數(shù)據(jù)預(yù)處理： 在邊緣進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、濾波、特征提取，為云端或本地服務(wù)器上的高級AI分析提供高質(zhì)量的輸入數(shù)據(jù)。

• 邊緣AI推理： 越來越多的自動化計算機具備足夠的算力，能夠直接在邊緣運行訓(xùn)練好的AI模型進(jìn)行推理（如視覺檢測、語音識別、異常檢測），實現(xiàn)較低延遲的智能應(yīng)用。

5. 提升生產(chǎn)的靈活性、效率和個性化：

• 柔性制造： 自動化計算機能夠快速接收并處理來自上層系統(tǒng)的訂單信息（如MES），動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)線配置、機器人任務(wù)、物流路徑，實現(xiàn)小批量、多品種的混合生產(chǎn)。

• 自適應(yīng)優(yōu)化： 基于實時數(shù)據(jù)和AI算法，持續(xù)優(yōu)化生產(chǎn)過程參數(shù)（如能耗、速度、良品率）。

• 個性化生產(chǎn)： 精確控制每個產(chǎn)品的制造過程，滿足客戶的個性化定制需求。

6. 增強網(wǎng)絡(luò)安全：

• 安全網(wǎng)關(guān)： 專門的工業(yè)安全計算機或防火墻可以作為網(wǎng)絡(luò)邊界設(shè)備，執(zhí)行訪問控制、入侵檢測、數(shù)據(jù)加密等安全策略，保護OT網(wǎng)絡(luò)免受IT網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)的威脅。

• 安全端點： 具備安全啟動、可信計算模塊等功能的自動化計算機，能提升設(shè)備自身的安全性。

7. 實現(xiàn)人機協(xié)作：

• 交互界面： 自動化計算機運行HMI軟件，為操作員提供直觀的生產(chǎn)監(jiān)控和操作界面。

• 安全監(jiān)控： 處理來自安全傳感器（如光幕、安全地毯）的數(shù)據(jù)，確保協(xié)作機器人在與人互動時的安全。

總結(jié)來說，自動化計算機在工業(yè)4.0中的作用是：

• 感知： 連接并獲取物理世界的數(shù)據(jù)。

• 思考（智能）： 在本地進(jìn)行實時數(shù)據(jù)處理、分析和決策（邊緣智能）。

• 執(zhí)行： 精確控制物理設(shè)備和流程。

• 連接： 作為信息物理系統(tǒng)融合的橋梁，打通設(shè)備層、控制層、車間層和企業(yè)層。

• 賦能： 為高級應(yīng)用（AI、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生）提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和計算能力。

沒有強大、智能、互聯(lián)的自動化計算機作為底層支撐，工業(yè)4.0所追求的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化和個性化生產(chǎn)就無從談起。它們是工業(yè)4.0得以落地的物理載體和計算主要。