全球背景下的工业4.0

在机械化、大规模生产和自动化普及之后，数字化正紧随其后。工业4.0将改变大多数公司的整个价值链！国际倡议正通过全球的网络化对生产方式进行彻底的变革，同时也提高了工厂的生产效率，为“智能工厂”的发展铺平了道路。除工业4.0联盟外，世界各地还有更多的联盟：在北美洲，存在着美国工业互联网联盟（IIC）；在亚洲，有着日本企业主导的“产业价值链主导权倡议”（IVI）和中国制造2025倡议。 为了更好地理解“价值链的信息化”的整体概念及其实施后将产生的结果，本书在众多知名作者的通力合作下，对工业4.0这一整体概念中最重要的组成部分以及基本方面进行了介绍。其目标是，在未来的工业自动化和机械工程行业中，来自不同制造商的各种系统将可靠、高效地进行交互，全球各地的用户将能够在世界上的任何地方访问他们熟悉的产品和解决方案，并能确保其制造解决方案的多功能性和跨系统通用性。为此，各章对工业4.0的核心概念、基础技术、标准化路径、国际联盟和其他倡议（例如it’s OWL）进行了介绍，同时还对几个实际案例做出了报告。除了法律方面以及安全和保障的主题外，还讨论了工业4.0对教育领域和职业领域产生的影响。简而言之，本书向读者展示了大量使用互联网、技术流程和业务流程的集成、现实世界的数字成像和虚拟化以及“智能”产品的可行性所带来的潜力。 本书为工业4.0和类似的国际行动（例如IIC和IVI）提供了结构性的辅助，其特别适用于： ？希望更多了解与工业4.0相关的技术、标准和倡议的用户。 ？想要获得有关工业4.0完整概述的供应商。 ？希望为第四次工业革命做好准备的企业技术决策者和负责人。

克里斯蒂安？曼蔡 Uticor Automation的销售和营销主管，负责自动化制造商的各种管理任务,资深市场研究专家。 李努斯？施劳宜普纳 科隆莱茵应用技术大学的市场导向型企业管理教授。他的工作领域侧重于工业4.0方向。 罗纳德？海因策 工学博士，德国电气工程师协会出版社、《专业媒体数字化工厂》期刊、德国电工杂志《开放式自动化》的主编，同时，他还是MES D.A.CH联合会管理委员会成员。 译者：李庆党,德国卡塞尔大学电气工程博士，青岛科技大学中德科技学院院长、教授、博士生导师、泰山学者海外特聘专家，青岛科技大学中德经济工程研究所所长，青岛市机器人产业协会会长，中国科技部、工信bu及山东省工信厅智能制造专家、青岛市互联网工业发展专家咨询委员会委员；德国卡塞尔大学客座研究员、德国工程师协会及德国电气工程师协会（VDI/VDE）成员。

1 导论 …………………………………………………………………………… 1 2 核心方案 ……………………………………………………………………… 9 技术基础 ……………………………………………………………………… 10 信息物理系统的功能与挑战 ………………………………………………… 17 物联网系统 …………………………………………………………………… 22 预测性维护──从传感器到SAP系统………………………………………… 28 从设备通过预测性维护网关到云端…………………………………………… 34 工业云通信──从传感器到云端 …………………………………………… 39 认知制造学xi系统 …………………………………………………………… 44 物流互联──价值链的优化 ………………………………………………… 48 MES──工业4.0的关键要素 ………………………………………………… 54 制造执行系统（MES）的发展趋势 …………………………………………… 60 造物工程 …………………………………………………………………… 64 3 标准化…………………………………………………………………………… 69 信息化发展对工业4.0的指导作用…………………………………………… 70 工业4.0参考架构模型 (RAMI 4.0) ………………………………………… 75 工业4.0、工业4.0参考架构模型和工业4.0组件：不进行标准化，都将无 法实现…………………………………………………………………………… 80 工业4.0的关键：从传感器到云语义的互操性……………………………… 95 eCl@ss──工业4.0本体的产品数据标准 ……………………………… 101 独立于制造商、对通过自动化标记语言AutomationML控制系统原始数据 的交换………………………………………………………………………… 106 4 联盟…………………………………………………………………………… 133 工业4.0平台──一个融合了政治、商业、工会和科学的联盟………… 134 工业互联网联盟……………………………………………………………… 138 工业价值链──日本及亚洲的发展驱动力………………………………… 142 基于工业4.0的中国智能制造的结构和环境……………………………… 147 大型云服务器供应商及机器学习策略……………………………………… 156 5 初步成果及后续发展………………………………………………………… 163 智能工厂──从构想到实践………………………………………………… 164 北威州智能技术系统集群（it's OWL）──适用于中型企业的工业4.0 167 博世在工业4.0方面的投入………………………………………………… 170 “智能工程与制造4.0”中最大化数据集成 …………………………… 178 实操案例：智能现场设备和自校正制造 ………………………………… 182 实操案例：使用云解决方案对电梯运行过程进行优化…………………… 187 实操案例：拉法基?霍尔西姆建筑公司的预测性分析 …………………… 191 实操案例：自动控制柜结构 …………………………………………… 196 实操案例：工业4.0升级 ………………………………………………… 200 实操案例：工业4.0在制冷装备诊断上的应用…………………………… 204 实操案例：离散型智能制造新模式在新能源汽车动力电池生产智能化工 厂的应用……………………………………………………………………… 208 实操案例：流程型智能制造新模式在乳制品智能制造中的应用………… 231 6 专题…………………………………………………………………………… 245 工业4.0对应法律3.0……………………………………………………… 246 工业4.0框架下《联邦数据保护法》的应用 …………………………… 248 工业4.0中的通信安全……………………………………………………… 251 7 人的角色……………………………………………………………………… 265 物联网、服务和人：以协作机器人为例，探讨工业4.0对人的影响… 266 日常工作中的工业4.0 …………………………………………………… 275 新需求下的教育及培训理念发展 ……………………………………… 280 8 展望………………………………………………………………………… 287 在私有制企业中实施工业4.0 ………………………………………… 288 数据是工业4.0的根基…………………………………………………… 294 展望未来…………………………………………………………………… 298 专业术语注释汇编…………………………………………………………… 305 作者介绍……………………………………………………………………… 309