工业4.0——概念、技术及演进案例 本书特色

这是一本全面、系统、深入论述工业4.0的概念、技术和框架、演进策略以及应用的著作。 全书由3篇9章组成。第1篇工业4.0的概念、框架及意义，包括第1章新科技革命引发第四次工业革命，第2章德国工业4.0战略分析，第3章工业4.0的概念、框架及启示；第2篇工业4.0的关键技术和解决方案，包括第4章智能制造的关键技术及组织结构，第5章智能制造解决方案，第6章工业互联网平台；第3篇企业组织向工业4.0演进的策略与方法及案例，包括第7章企业组织工业4.0的参考框架，第8章企业组织向工业4.0演进的策略与方法及途径，第9章企业组织向智能制造演进的案例分析。 本书首先讲解了由社会、经济和科技发展引领的工业革命，并详述了历次工业革命的演进过程，为读者清晰展示了工业4.0的演进脉络；其次，系统地阐述了工业4.0的概念、内容框架、基础知识、关键技术和解决方案，帮助读者建立起工业4.0的基本概念和内容框架。参与本书编写的作者大都是西门子的智能制造专家，而西门子本身又是工业4.0的重要发起公司，从而保证了本书的权威性。 本书的编写兼顾了普及性与专业性，理论与实践相结合，尽可能地照顾到不同层次与专业的读者。本书不仅适合作为大专院校相关专业的教材，也可作为企业管理人员、CIO、IT从业人员、政府相关工作人员日常学习和工作的参考用书。

工业4.0——概念、技术及演进案例 内容简介

雷万云博士携手西门子智能制造专家历时三年精心打造的一本权威、系统、准确论述工业4.0的专著。 针对大多数中国企业和管理者（包括智能制造方案服务商）的困惑，书中详细阐述了工业4.0的概念、框架、技术以及演进的策略与方法及案例，为中国企业和从事智能制造的人群提供了可借鉴与参考的智能制造方面的知识与实践案例。

工业4.0——概念、技术及演进案例 目录

第1篇 工业4.0的概念、框架及意义 第1章 新科技革命引发第四次工业革命......................................... 2 1.1 新科技革命正在引发产业革命.......................................... 2 1.1.1 新时期的科技革命呈现出智能化、生态化等特点............................... 3 1.1.2 新科技革命与产业变革的互动具有复杂性..................................... 3 1.1.3 注重战略性新兴产业的发展，兼顾传统产业................................... 4 1.1.4 科技政策与产业政策的协调，推进国家科技发展战略........................... 5 1.2 历次工业革命的演进.................................................. 6 1.2.1 **次工业革命........................................................... 8 1.2.2 第二次工业革命........................................................... 9 1.2.3 第三次工业革命.......................................................... 10 1.2.4 三次工业革命对社会的冲击................................................ 11 1.3 第四次工业革命正在拉开序幕......................................... 13 1.3.1 经济爆发式增长和就业困境................................................ 15 1.3.2 企业不改变就灭亡........................................................ 16 1.3.3 放眼国家和全球.......................................................... 17 1.3.4 前所未有的社会变革...................................................... 18 1.3.5 无孔不入的技术.......................................................... 19 1.3.6 权衡公共信息与个人信息.................................................. 20 第2章 德国工业4.0战略分析................................................. 22 2.1 德国工业4.0战略计划简述............................................ 23 2.2 德国工业4.0规划愿景................................................ 24 2.2.1 工业4.0愿景 ............................................................ 25 2.2.2 工业4.0下的未来情景 .................................................... 25 2.2.3 新型的商业机会和模式 ................................................... 27 2.2.4 工作场所的全新社会基础设施 ............................................. 28 2.2.5 全新的基于服务和实时保障的CPS平台 ...................................... 29 2.2.6 工业4.0之路............................................................. 30 2.3 双重战略：成为领先的市场和供应商................................... 32 2.3.1 领先的供应商策略 ....................................................... 32 2.3.2 主导市场策略 ........................................................... 33 2.3.3 双重战略及其关键特征 ................................................... 34 2.4 需求研究........................................................... 37 2.5 优先行动领域....................................................... 39 2.5.1 标准化和开放标准的参考体系 ............................................. 39 2.5.2 管理复杂的系统 ......................................................... 42 2.5.3 为工业提供一个全面宽频的基础设施 ....................................... 45 2.5.4 安全是工业4.0成功至关重要的因素 ........................................ 46 2.5.5 数字化工业时代工作的组织和设计 ......................................... 50 2.5.6 培训和持续的职业发展 ................................................... 52 2.5.7 规章制度 ............................................................... 56 2.5.8 资源效率 ............................................................... 59 2.6 德国如何与世界其他国家竞争......................................... 63 2.7 展望............................................................... 65 2.8 德国工业4.0的新动态................................................ 66 2.8.1 工业4.0对就业岗位的影响................................................. 66 2.8.2 新开设的“中小企业4.0能力中心”......................................... 66 2.8.3 2018年全球数字化转型报告................................................ 67 第3章 工业4.0的概念、框架及启示........................................... 69 3.1 工业4.0的概念和内容框架............................................ 69 3.1.1 工业4.0的概念........................................................... 69 3.1.2 工业4.0的两大目标....................................................... 70 3.1.3 工业4.0的内容框架....................................................... 71 3.1.4 工业4.0的主要内容....................................................... 72 3.2 工业4.0的主要基础技术.............................................. 76 3.2.1 支持工业4.0的新一代IT技术............................................... 77 3.2.2 大数据是工业4.0的基础与核心技术......................................... 81 3.2.3 大数据、云计算和AI三者之间的关系........................................ 82 3.2.4 5G技术的到来加速工业物联网发展.......................................... 84 3.3 深入剖析“工业4.0”及其重要意义.................................... 86 3.3.1 德国为什么提出工业4.0规划 .............................................. 86 3.3.2 对德国工业4.0我们如何认识............................................... 90 3.3.3 德国工业4.0的全球影响和展望............................................. 95 3.3.4 德国工业4.0对中国的启示................................................. 96 第2篇 工业4.0的关键技术和解决方案 第4章 智能制造的关键技术及组织结构....................................... 100 4.1 CPS数字物理融合技术............................................... 100 4.1.1 CPS数字物理融合技术国内外研究态势...................................... 101 4.1.2 CPS数字物理融合技术体系................................................ 101 4.1.3 智能制造的技术机理：“人-信息-物理系统”............................... 109 4.2 智能制造.......................................................... 112 4.2.1 智能制造的三个基本范式................................................. 113 4.2.2 数字化制造............................................................. 114 4.2.3 数字化-网络化制造...................................................... 114 4.3 新一代智能制造——数字化-网络化-智能化制造........................ 114 4.3.1 新一代智能制造的系统组成与系统集成..................................... 115 4.3.2 智能产品与制造装备..................................................... 115 4.3.3 智能生产............................................................... 116 4.3.4 智能服务............................................................... 116 4.3.5 智能制造云与工业智联网................................................. 116 4.3.6 系统集成............................................................... 117 4.4 工业互联网技术.................................................... 117 4.4.1 企业网络............................................................... 117 4.4.2 工业以太网............................................................. 124 4.4.3 PROFINET实时工业以太网................................................. 130 4.4.4 工业以太网网络规划..................................................... 135 4.4.5 西门子工业以太网产品................................................... 142 4.5 工业网络安全...................................................... 146 4.5.1 工业基础设施与控制系统的安全现状与威胁................................. 147 4.5.2 工业信息安全在智能工厂中的关键性....................................... 149 4.5.3 工业控制系统政策与法规的影响........................................... 150 4.5.4 纵深防御理念........................................................... 151 4.5.5 控制系统的层级划分与安全策略........................................... 153 4.5.6 控制系统安全应用场景与西门子的解决方案................................. 155 4.5.7 工厂信息安全服务....................................................... 158 第5章 智能制造解决方案................................................... 160 5.1 工厂自动化与智能工厂数字化平台.................................... 160 5.1.1 智能工厂数字化平台概述................................................. 160 5.1.2 西门子自动化系统SIMATIC PCS 7.......................................... 163 5.2 西门子工程设计与运维软件COMOS..................................... 193 5.2.1 COMOS平台的特点........................................................ 193 5.2.2 COMOS一体化工程设计.................................................... 195 5.2.3 COMOS与DCS的集成....................................................... 196 5.2.4 COMOS数字化工厂与一体化运维............................................ 199 5.3 智能工厂中的数据源泉.............................................. 202 5.3.1 工业识别获取准确的信息使工厂透明化..................................... 203 5.3.2 工业识别系统原理及应用举例............................................. 203 5.3.3 西门子工业识别产品线简介............................................... 205 5.4 西门子制造执行系统（MES）产品SIMATIC IT eBR....................... 212 5.4.1 SIMATIC IT eBR介绍..................................................... 212 5.4.2 生命科学行业实施MES的必要性............................................ 222 5.4.3 实施MES给生命科学行业带来的优势........................................ 223 5.4.4 某制药企业实施MES的经验分享............................................ 225 5.4.5 西门子生命科学行业数字化制造运营管理产品家族........................... 226 5.5 PAT过程分析技术................................................... 231 5.5.1 PAT和QbD概述........................................................... 231 5.5.2 制药企业需要实施PAT.................................................... 232 5.5.3 如何成功实施PAT........................................................ 233 5.5.4 SIPAT——西门子提供的PAT数据解决方案................................... 234 5.5.5 案例研究............................................................... 238 第6章 工业互联网平台..................................................... 240 6.1 工业互联网的概念.................................................. 240 6.1.1 如何理解工业互联网..................................................... 240 6.1.2 工业互联网与工业物联网（IIoT）是什么关系............................... 241 6.1.3 工业互联网平台......................................................... 241 6.1.4 工业互联网与智能制造的关系............................................. 242 6.1.5 工业互联网与工业大数据的关系........................................... 242 6.1.6 工业互联网目前的成熟度................................................. 243 6.2 西门子MindSphere平台.............................................. 243 6.2.1 MindSphere概述......................................................... 243 6.2.2 MindSphere融合真实世界与数字化世界..................................... 244 6.2.3 MindSphere开放式平台即服务（PaaS）..................................... 247 6.2.4 MindSphere在特定领域行业的应用和数字化服务............................. 252 6.2.5 采用全数字化双胞胎进行闭环创新......................................... 256 6.3 美国工业互联网.................................................... 258 6.3.1 工业互联网的由来....................................................... 258 6.3.2 工业互联网联盟的运行机制............................................... 259 6.3.3 美国工业互联网的三大法宝............................................... 259 6.3.4 GE的工业云平台......................................................... 262 6.4 工业互联网平台发展趋势............................................ 266 6.5 对我国工业互联网发展的启示........................................ 268 第3篇 企业组织向工业4.0演进的策略与方法及案例 第7章 企业组织工业4.0的参考框架.......................................... 272 7.1 RAMI 4.0术语...................................................... 272 7.2 整体架构模型...................................................... 273 7.3 小公司怎么参与.................................................... 274 7.4 联合的走向........................................................ 275 7.5 中国智能制造参考架构.............................................. 276 7.6 数据编码标准体系建设.............................................. 279 7.6.1 数据编码标准体系建设的目标、内容及意义................................. 279 7.6.2 主数据编码管理体系概述................................................. 280 7.6.3 智通翔云主数据管理解决方案及系统....................................... 282 7.7 医药行业4.0的参考框架分析......................................... 284 7.7.1 医药行业自动化和信息化现状............................................. 285 7.7.2 医药行业4.0的推动力.................................................... 286 7.7.3 《医药工业发展规划指南》智能制造解读................................... 289 7.7.4 医药行业4.0的参考框架分析.............................................. 291 7.7.5 推进医药行业4.0面临的问题与应对之策.................................... 296 第8章 企业组织向工业4.0演进的策略与方法及途径............................ 298 8.1 中国制造2025...................................................... 298 8.1.1 原则................................................................... 298 8.1.2 《中国制造2025》规划................................................... 299 8.1.3 内容概要............................................................... 300 8.2 两化融合与工业互联网.............................................. 300 8.2.1 工业互联网与两化融合................................................... 301 8.2.2 工业互联网政策解读..................................................... 302 8.3 向工业4.0演进的策略及途径......................................... 303 8.3.1 智能制造现状比较分析................................................... 303 8.3.2 建设数字化企业的策略................................................... 304 8.3.3 数字化工厂的演进途径................................................... 305 8.4 智能化工厂规划的核心要素.......................................... 310 8.4.1 数据的采集和管理....................................................... 311 8.4.2 设备联网............................................................... 312 8.4.3 工厂智能物流........................................................... 312 8.4.4 生产质量管理和设备管理................................................. 312 8.4.5 智能厂房设计........................................................... 313 8.4.6 智能装备的应用......................................................... 313 8.4.7 智能产线规划........................................................... 314 8.4.8 制造执行系统........................................................... 314 8.4.9 生产无纸化............................................................. 314 8.5 企业组织向工业互联网演进的策略与方法.............................. 315 8.5.1 工业互联网是制造业转型升级的必由之路................................... 315 8.5.2 深入理解工业互联网..................................................... 316 8.5.3 制造业向工业互联网演进的路径........................................... 318 第9章 企业组织向智能制造演进的案例分析................................... 323 9.1 打响智慧战“疫”，守卫动物健康.................................... 323 9.1.1 智慧蜕变正当时......................................................... 324 9.1.2 端到端集成：从一体化工程到一体化运维................................... 325 9.1.3 纵向集成：快速响应复杂的市场需求....................................... 325 9.1.4 横向集成：挖掘大数据背后的价值......................................... 326 9.2 凯赛携手西门子打造生物制造领域的世界级数字化生产基地.............. 327 9.2.1 实现跨越............................................................... 327 9.2.2 研发提升............................................................... 329 9.2.3 保证反应无中断......................................................... 329 9.2.4 稳定高效的生产......................................................... 330 9.2.5 一体化运维............................................................. 331 9.3 弯道超车——西门子打造的全流程自动化无菌车间...................... 332 9.3.1 四大亮点打造样板车间................................................... 332 9.3.2 不仅是条生产线......................................................... 333 9.3.3 协作典范............................................................... 334 9.4 澳大利亚多乐士——实现任何颜色可调制.............................. 334 9.4.1 个性化涂料生产......................................................... 335 9.4.2 仿真贴合现实........................................................... 335 9.4.3 无纸化生产实现高效归档................................................. 336 9.4.4 提高生产效率，降低能源消耗............................................. 337 9.4.5 公司秉承合作传统....................................................... 337 9.5 解码蓉生——西门子助力“中国血液制品”............................ 337 9.5.1 目标：两化融合......................................................... 338 9.5.2 事半功倍的信息化利器................................................... 338 9.5.3 拥有大数据将拥有未来................................................... 340 9.6 医药供应链云服务物流平台.......................................... 340 9.6.1 赛飞药品供应链云服务平台综述........................................... 340 9.6.2 项目背景及目的......................................................... 341 9.6.3 解决方案及关键技术..................................................... 341 9.6.4 主要功能及业务......................................................... 344 9.6.5 应用情况及成效......................................................... 346 9.7 他山之石：欧洲企业向工业4.0演进趋势及案例......................... 347 9.7.1 欧洲企业演进现状综述................................................... 347 9.7.2 通向数字化工厂的蓝图................................................... 354 9.7.3 国内数字化工厂的省思................................................... 355 9.7.4 基于工业4.0框架下的智慧供应链发展趋势.................................. 357 参考文献.................................................................. 359

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