智能氣動技術將標準化與靈活性相結合，推動氣動技術進入工業4.0時代。智能氣動技術將傳統氣動技術的優點與受控和復雜的電動運動控制的優點結合起來。盡管簡單，但它集成了比常規技術更多的功能。隨著技術和經濟需求的不斷提高，自動化正朝著網絡化、分散化、智能化和功能集成化的方向發展。

　　在工業4.0時代，對諸如解釋環境信息之類的附加功能的需求也在不斷增長。通訊功能，包括使各個組件相互通訊的能力，正在開拓新的領域。這樣可以進行更具體的預防性維護，并為自動調節系統的自主生產掃清障礙。

　　機電一體化的現狀

　　常規機電系統將機械系統、電子設備、控制技術和信息技術結合在一起，使它們能夠在實際的自動化應用中進行交互。它們是確保將氣動裝置集成到機電應用中的唯一方法，并且對氣動驅動器的精確定位至關重要。

　　模塊化的機電一體化系統有助于廣泛的功能集成，如提高系統的適應性和標準化程度。這將導致整個價值鏈的系統改進和優化，因為需要選擇、采購、組裝和連接的組件更少。數字通信還具有其它好處，例如減少電磁兼容性（EMC）對模擬值的影響，有助于排除系統故障。

　　缺乏靈活性

　　盡管模塊化機電一體化系統有很多好處，但靈活性仍有提升的空間。只有在進行昂貴且費時的升級改造后，才能在設計和工程流程中進行系統適配改造，或者在運行期間進行更改格式所需的參數變更。

　　模塊化設計提供了一定的靈活性，但僅在特定模塊范圍內。一般規則是，在設計階段必須考慮任何可能的參數變更。根據以往經驗總結出來的“10倍規則”，后續調整的成本可能將會增加10倍。不管是需要更改大小以適應負載變化，或是添加最終客戶需求的新功能，都沒有什么區別。

　　Festo智能閥門配置了工業以太網、通過應用程序實現靈活功能的控制器、帶有用于閉環控制的傳感器、模擬和數字輸入以及集成壓力和溫度傳感器的閥門。圖片來源：Festo

　　信息物理系統

　　盡管信息物理系統（CPS）存在許多定義，但并沒有公認的定義。但可以肯定的是，CPS將在工業4.0應用中扮演關鍵角色。

　　就基本結構而言，CPS是機電系統，但它還集成了智能傳感器和更強大的軟件智能。通過CPS可以使用內部記錄的數據來預先確定外部影響，而無需額外的傳感器，然后通過合適的通信接口與其它系統，在內部和外部共享此信息。

　　這種系統可以在不需要新的或附加硬件的情況下進行自適應，因為功能自適應可以使用軟件和應用程序執行，或者系統自動調整，或者通過控制系統指令執行的。

　　工業4.0的實施要求（例如系統范圍的數據應用）取決于系統和產品，因此應用可能會受到限制。原因很簡單：由于沒有數據接口，傳感器記錄在設備中的數據無法與其它工作站共享。例如，比例閥中測得的溫度數據，僅在對閥本身的處理中應用。即使可以提供確定諸如控制柜中風扇是否有故障的手段，也不會執行其它診斷功能。

　　未來的制造業工廠需要能夠集成傳感器和工業4.0接口的產品。這個接口必須符合數據管理和通信的國際標準。作為IEC62541系列標準的一部分發布的軟件接口標準OPC統一架構（OPC-UA）就是一個很好的例子。

　　柔性技術和工業4.0

　　在氣動部件中，執行器以橋式電路形式連接，這也是推動工業4.0向前發展的新技術之一。帶有集成智能傳感器的4個2/2壓電式先導閥和隔膜提升閥，提供了極大的靈活性。與傳統的機電一體化系統相比，這些智能傳感器直接嵌入在智能閥島中。這意味著，不再需要通過配置器來選擇單獨的壓力測量傳感器模塊。由于壓力測量傳感器可用于諸如診斷功能之類的任務，因此也擴展了功能范圍。

　　4個2/2隔膜提升閥串聯連接以形成全橋。

　　每個隔膜提升閥（灰色）均由2個壓電閥（藍色）按比例控制。

　　數字控制活塞可以承擔在常見的方向控制中廣泛應用的機械控制活塞的功能。

　　智能閥島技術

　　得益于可下載的運動控制應用程序，智能閥島可將傳統的2/2通、3/2通、4/2通或4/3通閥功能，以及比例技術和伺服氣動功能整合到一個設備。所有這些功能都可以使用運動控制應用程序在CPS中實現。這很特別，因為所有這些都可以用同一種類型的閥完成。

　　該閥結合了氣動和電氣自動化技術的優勢。智能氣動閥將復雜的運動、可變的位置、狀態監視和其它功能集成到一個組件中，同時消耗更少的能量。

　　與“硬連線”的常規系統相比，智能閥島在靈活性、實現速度和總體經濟效益方面要高得多。由于更改系統中的參數，并不一定意味著需要修改硬件，因此“10倍規則”不再適用。即使在設計階段之后的某個階段需要進行變更，其成本也較低。

　　由于可以通過軟件應用程序快速激活新功能，因此機器開發人員可以創建基本的機器類型，然后根據選擇的應用程序，為其配備不同的功能和特性。

　　自動化的新維度

　　數字化將對制造業產生了重大影響。CPS首次啟用了將機械系統、電子設備和軟件結合在一起的解決方案，并使系統為包括氣動在內的工業4.0應用做好了準備。與模塊化機電一體化系統相比，它們將高度的標準化和靈活性結合在一起，這令人印象深刻。由于智能氣動閥將氣動功能與機械硬件分離開來，并通過應用程序使它們可用，因此就可以使用一種閥執行多種氣動運動任務。這為整個價值鏈帶來了很多可衡量的收益。

　　CPS解決方案可實現復雜的運動控制，例如緩慢回撤到最終位置，以及各種速度曲線或定位任務，這些之前只能通過伺服氣動或電氣自動化來實現。它們還使實現各種功能、狀態監視、預防性維護變得更容易，并且降低了能耗。實施CPS可以簡化流程，提高生產率和流程可靠性，從長期看來，為購買CPS而付出的任何更高的成本，OEM廠商和最終客戶都會得到回報。