面向中国制造2025的智能工厂

本书从智能制造概念出发，介绍目前世界上在智能制造方面比较超前的一些制造强国关于智能制造实施路线、方针，同时分析和解读了我国提出的“中国制造2025”的相关政策、战略思考，旨在为读者客观了解当前制造业的发展趋势，结合我国智能制造业的发展实际及存在的突出问题，来思考中国智能制造中智能工厂的构成和实施。
由陈卫新主编的《面向中国制造2025的智能工厂》共分9章，内容包括中国制造2025与智能制造，智能制造创新模式，智能工厂的信息设施，智能工厂的生产信息的管控，智能工厂的安防管理，智能工厂的生产环境管理，智能工厂的能源管理，企业综合信息服务管理系统，智能工厂的实践。
本书对于我国智能制造工程相关技术人员和管理人员都有很强的实用价值和借鉴作用。

序
前言
本书的范围与价值
第1章中国制造2025与智能制造1
1.1在全球智能制造热潮中的工业4.01
1.1.1美国重振制造业2
1.1.2英国高价值制造4
1.1.3日本智能制造系统6
1.1.4德国工业4.06
1.2中国制造202512
1.2.1发展背景12
1.2.2中国制造2025要义14
1.3智能制造相关技术标准24
1.3.1工业4.0标准化路线图24
1.3.2中国智能制造标准25
1.3.3国内外智能制造相关标准化组织27
参考文献29
第2章智能制造创新模式31
2.1智能制造新模式31
2.1.1离散型数字化制造31
2.1.2流程型智能制造32
2.1.3网络协同制造33
2.1.4大规模个性化定制33
2.1.5远程运维服务34
2.2智能制造推动智能工厂的创新34
2.2.1智能工厂34
2.2.2智能工厂关键技术创新35
2.2.3智能工厂工作流程创新51
参考文献52
第3章智能工厂的信息设施53
3.1基础技术要求53
3.1.1电磁兼容53
3.1.2防爆56
3.1.3信息设施的安全性57
3.1.4可靠性65
3.2工厂信息系统布线66
3.2.1信息系统布线原则66
3.2.2信息系统布线规划66
3.2.3布线系统的分级与选用69
3.2.4线缆布放、电气防护、接地及防火要求71
3.2.5综合管网工程73
3.3工厂网络系统75
3.3.1网络系统建设原则75
3.3.2网络系统建设目标76
3.3.3网络逻辑架构76
3.3.4核心交换模块77
3.3.5厂区有线接入模块78
3.3.6厂区无线接入模块78
3.3.7互联出口模块79
3.3.8安全防护模块80
3.3.9运维管理模块80
3.3.10智能工厂网络基础架构80
3.3.11四级骨干网81
3.3.12三级生产管理网82
3.3.13二级生产控制网82
3.3.14二级与三级网络互联83
3.3.15三级与四级网络互联83
3.3.16广域网互联83
3.4工厂计算机网络数据中心83
3.4.1数据中心的组成要素84
3.4.2数据中心规划85
3.4.3数据中心分区85
3.4.4数据中心服务器区分层、分级86
3.4.5集中存储方案88
3.4.6分层存储方案89
3.4.7持续数据保护方案90
3.4.8远程灾备方案91
3.4.9数据中心的运维管理92
3.5信息机房98
3.5.1建设内容98
3.5.2机房建设原则99
3.5.3信息机房规划要求100
3.5.4机房装修101
3.5.5电气系统102
3.5.6不间断电源系统105
3.5.7机柜配电106
3.5.8照明工程107
3.5.9机房管路桥架线缆敷设107
3.5.10防雷接地108
3.5.11机房空调系统109
3.5.12新风系统109
3.5.13排烟系统110
3.5.14环境和设备监控系统110
3.5.15机房安全防范系统111
3.5.16机柜系统111
3.5.17消防报警及气体灭火系统112
3.5.18其他要求112
参考文献112
第4章智能工厂的生产信息的管控114
4.1智能工厂管控平台及其总体架构114
4.2CPS概述115
4.2.1CPS的起源115
4.2.2世界各国对CPS的研究115
4.2.3CPS的定义和特征116
4.2.4CPS的意义117
4.3智能感知及自动控制117
4.4生产制造执行系统（MES）119
4.5企业资源管理计划（ERP）120
4.6互联网+制造122
4.7云计算123
4.7.1云计算的概念及基本特征123
4.7.2云计算的体系架构124
4.7.3云计算与智能制造125
参考文献126
第5章智能工厂的安防管理127
5.1视频监控127
5.1.1视频监控的发展及构成127
5.1.2视频监控的系统组成129
5.1.3视频监控前端130
5.1.4视频监控传输网络136
5.1.5监控中心系统138
5.1.6视频智能技术145
5.2企业一卡通155
5.2.1门禁管理155
5.2.2考勤管理162
5.2.3梯控管理164
5.2.4巡查管理166
5.2.5消费管理167
5.2.6访客管理169
5.3报警管理171
5.3.1报警系统的发展171
5.3.2报警系统组成172
5.3.3报警系统功能174
5.4车辆管理176
5.4.1系统概述176
5.4.2系统组成176
5.4.3系统功能177
5.4.4场景应用179
5.5企业安全综合管理平台181
5.5.1平台概述181
5.5.2平台总体框架181
5.5.3平台功能182
参考文献185
第6章智能工厂的生产环境管理186
6.1智能工厂基础环境186
6.1.1环境指标通用要求187
6.1.2不同企业类型对环境指标要求193
6.1.3基础环境变量的控制197
6.2智能工厂环境控制198
6.2.1空气调节198
6.2.2空调水系统198
6.2.3空调风系统199
6.2.4通风与除尘200
6.2.5智能工厂环境自动控制203
6.3工厂环境智能控制的设计213
6.3.1厂房环境智能控制系统设计214
6.3.2厂房智能化集成系统设计221
参考文献224
第7章智能工厂的能源管理226
7.1工厂能源管理概述226
7.1.1工厂能源管理的建设目标226
7.1.2工厂能源管理设计依据227
7.1.3工厂能源管理设计原则227
7.1.4设计内容及定位228
7.2工厂能源管理229
7.2.1电力监管229
7.2.2燃气监管235
7.2.3供用水监管238
7.2.4热能回收241
7.3生产用气监管244
7.3.1生产用气监管概述244
7.3.2生产用气监管系统结构和功能245
7.3.3生产用气监管系统特点246
7.4可再生能源监管247
7.4.1太阳能光伏发电技术247
7.4.2光伏并网逆变器248
7.4.3太阳能光伏电站监测及通信248
7.5工厂能源综合管理平台249
7.5.1综合监控功能249
7.5.2基础能源管理功能255
参考文献260
第8章企业综合信息服务管理系统261
8.1综述261
8.1.1主要功能特点包括261
8.1.2主要内容包括261
8.1.3信息标准体系262
8.2目标和范围263
8.3系统架构263
8.4信息管理系统264
8.4.1外网网站264
8.4.2内网门户266
8.4.3移动门户268
8.4.4单点登录269
8.4.5协同办公管理系统270
8.4.6人力资源管理271
8.5合同管理系统271
8.6档案管理系统272
8.7供应商管理与交易系统275
8.7.1系统综述275
8.7.2系统架构276
8.7.3主要功能276
8.7.4采购计划管理277
8.7.5招投标管理277
8.7.6流程管理279
8.7.7供应商交易管理279
8.7.8系统特性279
8.8企业内部管理与应用280
8.8.1知识管理系统280
8.8.2统一用户管理系统282
8.8.3企业邮件系统284
8.8.4统一接口关系285
8.8.5统一工作流引擎286
8.8.6统一内容管理288
8.8.7统一的单点登录289
8.8.8与Office集成290
8.9移动开发技术291
参考文献292
第9章智能工厂的实践293
9.1智能工厂规划设计293
9.1.1建设目的293
9.1.2建设原则293
9.1.3建设内容294
9.2智能工厂设计案例294
9.2.1亨克电梯工厂概况294
9.2.2亨克电梯工厂对智能工厂的期望297
9.2.3亨克电梯工厂的智能化298
9.2.4智能电梯厂的运营303
9.3厂区物流服务系统304
9.3.1智能物流服务系统的构成305
9.3.2关键技术307
9.3.3应用案例312
9.4机器人应用概要319
9.4.1工业机器人在物流行业的应用319
9.4.2机器人在生产操作中的应用320
9.5智能工厂案例汇编320
9.5.1高压开关智能工厂320
9.5.2工业搬运车辆智能工厂322
9.5.3电站锅炉智能工厂324
参考文献326
编后记327

序信息通信技术尤其是互联网、云计算、大数据、物联网、集成电路、传感器的快速发展以及与各行各业的深度融合重新定义了制造业，制造业价值链的每个环节——研发、设计、生产、销售、服务都在经历重新定义，以智能制造为代表的新一轮产业变革在全球兴起，数字化、网络化、智能化日益成为未来制造业发展的主要趋势，智能制造浪潮席卷全球。为加速我国制造业转型升级、提质增效，2016 年5 月，国务院发布了中国政府实施制造强国战略第一个十年的行动纲领《中国制造2025》，将智能制造作为主攻方向，加速培育我国新的经济增长动力，抢占新一轮产业竞争制高点。目前，我国制造业的机械化、电气化、自动化、信息化正在发展过程中，地区、行业、企业的发展水平极度不平衡，许多地区和领域信息化与工业化融合还远未完成，智能制造面临关键技术、智能制造标准、智能制造信息化基础、智能化集成应用等一系列问题，推动我国制造业智能转型还需要从各个方面做长期艰苦的努力。《面向中国制造2025 的智能工厂》一书着力于智能制造的最基础部分——工厂基础设施，不但从宏观上描述了世界主要国家智能制造的发展态势，而且结合智能制造的实现，给出了智能化工厂基础设施的功能与特征，设计工厂运营必需的智能化系统，并以应用案例的方式，从实践的角度提出如何支撑智能制造的实现。全面实施《中国制造2025》，需要重点领域的共性技术的突破，所以在智能制造工程中，探索新一代信息技术与制造装备融合的集成创新和工程应用亟为重要，《面向中国制造 2025的智能工厂》在这方面进行了有益的尝试，会对我国智能制造业的发展发挥积极的促进作用，对我国从事智能制造事业的工程技术和研究人员具有很强的实用价值和借鉴意义。中国科学院上海高等研究院院长上 海 市 电 子 学 会 理事长封松林前 言随着云计算、物联网、互联网+和大数据技术的不断演进，推动了传统制造业的变革与创新。通过发展以数字化、信息化、网络化和智能化为核心内容的先进制造技术，以先进制造技术和先进制造理念为基础，从而推动制造产业的发展，实现制造业新的一次革命——智能制造。智能制造是集成了技术创新、模式创新和组织方式创新的先进制造系统，也是集成制造、精益生产、敏捷制造、虚拟制造、网络化制造等多种先进制造系统和模式的综合。智能制造概念一经提出，在全球范围内引起了业界的极大关注，无论是来自政府的政策引导，还是全球产业发展趋势驱动，以及日益繁多的新兴技术的出现，都推动并引导着智能制造向更深的空间发展。目前，世界主要工业化发达国家都纷纷出台以先进制造业为核心的智能制造实施战略，无论是美国的“再工业化”，德国的“工业4.0”，还是日本的未来“无人化工厂”等，都将智能制造作为重振制造业战略的重要抓手，并影响着全球范围内制造产业的布局。新的一轮工业革命即将拉开序幕，智能制造所引发的新的制造业革命将重构全球制造业的竞争格局。中国作为制造业大国，需要走中国特色的道路，把制造大国变成制造强国，在世界制造市场中占有更大的份额，获得足够的话语权，并赢得生存与发展的更多机会。以“互联网+”和“智能制造”为核心，我国政府制定了“中国制造2025”的发展战略，为中囯制造成为中国智造指明了方向和布署具体实施行动。智能制造需要有智能的生产条件，如何提升工厂的信息化和智能化技术的应用水平，我们都在努力探索。针对这一情况，上海市电子学会建筑智能化技术专业委员会组织有关专家和行业资深人士编写了本书，以满足广大企业和建筑智能化的从业人员和读者的需要。本书结合“中国制造2025 与智能制造”的相关概念，对互联网时代的制造工厂信息化基础和智能化环境给予了深入的分析与介绍。本书共分为9 章，讲述实现智能工厂所需的信息化基础和智能化环境的构成和具体实施。第1 章介绍了中国制造2025 与智能制造的关系和我国实施智能制造政策背景和步骤，由涂煊、徐东、陈廷炯撰稿；第2 章介绍了智能制造的创新模式，由涂煊、徐东、陈廷炯、顾永兴撰稿；第3 章介绍了智能工厂的信息基础设施，由陈卫新、梁凤伟、许笑旻撰稿；第4 章介绍了智能工厂的生产信息管控，由顾永兴、王奕、陶钧、吴毅平撰稿；第5 章介绍了智能工厂的安防管理，由王俊卿撰稿；第6 章介绍了智能工厂的生产环境管理，由黄志波、邓经生、罗启军撰稿；第7 章介绍了智能工厂的能源管理，由吴斌、吴烨琪、巫文龙、李东庆、周虹撰稿；第8 章介绍了企业综合信息服务管理系统，由包贞强撰稿；第9 章介绍了智能工厂的实践，由陈卫新、沈彦、张勇杰、顾永兴、刘典勇、邬知衡撰稿。本书编写得到了江苏达海智能系统股份有限公司、上海工业自动化仪表研究院（工业过程自动化国家工程研究中心）、上海宝信软件股份有限公司、上海信业智能科技股份有限公司、杭州海康威视系统技术有限公司、上海能誉科技发展有限公司等单位的大力支持与帮助，在本书成书过程中还受到了业内众多专家的指点，对此我们一并致以最诚挚的谢意。由于智能制造和智能工厂尚在实践和发展中，同时也限于我们的认知，书中一定存在不足与错误，恳请广大读者给予批评与指正。上海市电子学会建筑智能化技术专业委员会