数字化实现柔性生产的德国实践

本书由计算机集成制造技术和数字工厂的应用引出工业4.0倡议，介绍了作者正通力合作的相关组织和知名企业，总结了已有的标准政策和技术方案，全面翔实地分析了工业4.0进程中所需的全新技术及其在应用中将会面临的挑战和机遇，根据不同的企业类型和需求整理出它们在未来发展道路上将会遇到的难点、痛点，并提出了相应的解决方法。 本书还描述了产品生产过程中不同阶段及工厂内不同设备的数字化解决方案，探索了未来数字化开发模型在产品整个生命周期内的作用。 本书将知识讲解、理论分析和实际案例相结合，为读者展现了未来工业4.0发展的全貌。本书不仅适合制造领域的科研人员参考学习，也为企业内部的管理人员和工作人员在该领域做出相关决策时提供基础依据。

[奥]弗里德里希·佩施克（Friedrich Peschke），工学博士，汽车和机械工程行业的管理顾问，专注于全球化的产品开发以及工业4.0。他既是行业认证的工业4.0专家，也拥有企业质量和质量管理评估师资质。此外，佩施克博士还作为项目协调员活跃在维也纳工业大学的试点工厂项目中。

前言 第1章 德国数字化与工业4.0概述1 1.1 从计算机集成制造（CIM）到数字工厂4 1.2 数字孪生9 1.3 面向服务的运营模型16 1.4 工业4.0倡议及其标准概览17 1.4.1 工业4.0倡议的起源17 1.4.2 工业4.0平台18 1.4.3 德国信息技术和通信新媒体协会（BITKOM）19 1.4.4 德国电气和电子制造商协会（ZVEI）20 1.4.5 德国机械设备制造业联合会（VDMA）21 1.4.6 标准化委员会（SCI）——德国工业4.0标准化路线图21 1.4.7 开放通信平台（OPC）统一架构22 1.4.8 自适应制造开放式解决方案（ADAMOS）—— 机械及设备制造标准23 1.4.9 PLCopen24 1.4.10 PLCnext24 1.4.11 德国机床制造商协会（VDW）倡议——通用机床接口标准（UMATI）26 第2章 数字化带来的挑战29 2.1 组织数字化35 2.1.1 企业规模37 2.1.2 实施方法44 2.1.3 工业部门/领域46 2.1.4 总结47 2.2 数字化和业务流程48 2.3 应用数字化（IT）55 2.4 生产基础设施的数字化62 2.4.1 生产设备62 2.4.2 运营技术（OT）架构67 2.5 互通性和安全性69 2.5.1 工业环境中的通信70 2.5.2 信息与数据安全79 第3章 数字化用例开发的解决方案82 3.1 产品的解决方案85 3.2 生产流程的解决方案97 3.2.1 计划方法103 3.2.2 执行方法（Execution）107 3.2.3 监控方法（Monitoring）113 3.2.4 预测及改进方法118 3.2.5 实际案例119 3.3 生产设施的解决方案120 3.3.1 生产单元123 3.3.2 流水线124 3.3.3 混合制造126 3.3.4 装配127 3.3.5 可提供支持的方法和组件132 第4章 开发和评估数字化用例的流程模型136 4.1 流程模型中的元素137 4.2 SCORk——供应链运作参考流程模型138 4.2.1 SCORk流程141 4.2.2 SCORk实际用例149 4.3 企业系统与控制系统集成国际标准：ISA 95（DIN EN 62264）150 4.4 技术引擎157 4.5 开发和评估数字化用例具体的流程模型159 4.5.1 步骤1——范围界定（Scoping）162 4.5.2 步骤2——评估（Assessment）164 4.5.3 步骤3——确认（Identification）164 4.5.4 步骤4——选择（Selection）168 4.6 应用实例：机器数据采集（MDE）175 4.6.1 步骤1——MDE范围界定175 4.6.2 步骤2——MDE评估176 4.6.3 步骤3——MDE确认178 4.6.4 步骤4——MDE定义178 4.6.5 应用实例总结183 4.7 经验数据和文献用例184 4.7.1 关于奥地利中型企业工业4.0应用研究中的用例185 4.7.2 应用UMATI的机床用例185 4.7.3 合作项目——企业4.0186 第5章 总结与展望188 5.1 动机188 5.2 现有成果189 5.3 必要性和展望190 参考文献192 术语表200