全球背景下的工业4.0

中国数字经济规模占GDP比重已超过36%，预示新工科领域的工业4.0原理和概念，正以无法抗拒的力量在新技术革命中快速地渗透在大数据分析、5G技术、区块链、工业互联互通技术中；在整个工业体系中，这些概念无时无刻不起着催化剂作用。工业4.0的要义，把创意性活动交由人类，而大量重复繁琐的工作交由机器，走向万物互联，从而把人的价值优选化。

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。

李庆党，1973年生，德国卡塞尔大学电气工程博士，青岛科技大学教授、博士生导师、泰山学者海外特聘专家，青岛科技大学中德科技学院院长、中德经济工程研究所所长。中国科技部、工信部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、青岛市机器人产业协会会长；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。 研究领域为基于德国工业4．0及中国制造2025为指导的智能系统与装备：轨道交通系统与装备；汽(机)车及零部件智能制造系统与装备；家用电器、通讯设备等领域的智能制造系统与装备：石化、塑料橡胶等流程领域的智能制造系统与装备；微纳米机电系统(MEMS／NEMS／MOEMS)器件与制造工艺；人工智能、工业机器人、工业互联网：经济工程、产业链以及产业集群规划与管理等。 共承担和参与国际、国家、省部级横向重大科技创新科研项目10余项，出版论著3部，发表SCI／EI论文30余篇，申报专利30余项。获省部级科技成果奖2项。为政府和企业讲座培训}近1000人次。

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
认知制造学习系统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(RAMI4.0)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4.0167
博世在工业4.0方面的投入170
“智能工程与制造4.0”中优选化数据集成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3.0246
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4.0275
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4.0288
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