实施工业4.0——智能工厂的生产·自动化·物流及其关键技术、应用迁移和实战案例

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本书解答了有关工业4.0的以下问题：什么是工业4.0？它将如何变革生产，自动化和物流？在引进工业4.0时有哪些通向成功的因素？有哪些技术将进行改革，以及信息技术行业的未来将如何？本书以工业4.0的首次应用为出发点，讨论了从经济角度上看比较重要的一些问题，并为成功实现工业4.0制定了一个计划。该作品最重要的一部分内容，同时也是进行投资的前提，即是以直观的实践案例来具体描述信息技术行业所面临的一些挑战和要求。该作品的主题包括从基础技术，到垂直和水平方向的融合，到信息物理系统以及人机交互等方面。

托马斯保尔汉森教授（Thomas Bauernhansl），工程学博士，斯图加特大学工业生产与工厂经营管理学院院长，位于斯图加特的弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所（IPA）负责人，斯图加特大学生产能源效率学院院长。同时，保尔汉森教授也是德国工业4.0平台科学家顾问团的一员。

第一部分 引 言
第四次工业革命—价值创造的生产范例之路 2
从信息技术和自动化技术的视角看待挑战与要求 24
第二部分 应 用 案 例
工业4.0的实际应用 34
生产应用案例：从计算机集成制造到精益生产再到工业4.0 52
可变的未来汽车制造生产体系 66
工业4.0在西门子（巴伐利亚州安贝格）电子工厂的实用案例 78
基于代理动态地重新配置互联智能生产设备——用进化取代革命 93
使工业4.0成为可能——流程工业的机遇和利益 102
智能工厂的理念和应用案例 111
第三部分 基 础 技 术
iBin-Anthropomatik创造了革命性的物流方案 126
从无人驾驶运输系统到智能移动自动化平台 135
云端控制 145
高性能自动化技术把信息技术与生产联系起来 154
通过信息物理系统提高共同生产力 173
适应性的物流系统作为工业4.0的探路者 185
标准化水平与垂直通信：现状与前景 203
工业4.0—世界级选手的机遇与挑战 215

　　2013 年4 月，在汉诺威工业博览会上决定设立工业4.0 平台之后，工业4.0 这一概念得到了迅速发展。在此期间，这一概念被广泛引用，但这同时也让它的内涵变得模糊不清。所以，编写一本阐述工业4.0 核心要素的书籍就变得非常必要。
　　本书将围绕工业4.0 这一主题的方方面面，尤其是对工业4.0 战略所能带来的效益进行阐释。对这一理念的研究不仅应该基于技术层面，还应该是市场驱动的，我们认为这一点非常重要。从制造业的利益角度出发，我们研究的首要问题是“工业4.0 能给相关技术的使用者带来怎样的经济效益？”
　　因此在引入主题之后，本书第二部分会着重讨论分析应用案例。我们的首要任务是通过应用案例展示工业4.0 在实际应用中的潜力。在弄清楚主要问题与基本概念，以及从自动化技术角度对信息技术所面临的挑战与要求有了了解以后，各个行业对工业4.0 战略的针对性使用才能得到较好的阐释。
　　本书第三部分主要涉及一些基础技术和一个问题：“是哪些技术使得工业4.0 成为可能？”同时会研究这些技术在特定基础技术中的情况。也会指出因达不到工业4.0 基础技术所要求的条件（如安全性、关联性、标准化、费用）而出现的问题，并介绍一些旨在解决此类问题的研究活动。在最后，我们会解答“为什么提出的解决方案是明智的？”这一问题，同时说明其多种可能性。
　　迁移情景及过程是本书第四部分的主题。这一部分主要描述了工业4.0 背景下基础技术的变化过程及应用。在对初始状态的描述之后，我们会开始研究实际运用情景中可能遇到的挑战及在迁移框架下基础技术的应用。在这方面，与商业模型及年龄系统的研究、兼容性和第四次工业革命的范例，即开放性、实时性和安全性的相互联系发挥了重要的作用。在本书的第五部分，我们会从工业及研究的角度出发，探讨工业4.0 的机遇及其应用的可能性。
　　通过本书，我们想给读者提供这样一种可能性——让读者自己发掘出工业4.0 背景下附加的个人施展空间。读者应该了解到：“这会给我带来什么？什么是真正的新东西？工业4.0的真正内涵是什么？哪些东西并不属于工业4.0 这一概念？”拥有本书的读者应该学会评估与合理决策，知道哪些产品和解决方案是他们真正需要的，哪些挑战是他们能够利用手中现有资源克服的。除此之外，也有企业能够完全自发地重新塑造自己的商业模式及过程。所以，这些通向第四次工业革命可能的迁移方式是必不可少的。
　　本书内容为2014 年春季的情况。出版者希望在未来也提供一种框架，以继续书写第四次工业革命的历史。为此应该有一本《工业4.0 手册》收录本书中的文章，并补充其他文章和主题，不断更新。与革命性主题相符，本书会有线上版与纸质版以供选择。这是考虑到未来几年中可能出现的巨大变革。《工业4.0 手册》第一版预计会在2015 年由施普林格出版社出版，并且会不断更新。
　　本书编者按姓氏字母排序，所有的编者享有同等权利。
　　在此我们要感谢所有参与编写本书的作者，感谢编辑及审校人员，同时也感谢出版社各位同仁给予我们的大力支持与帮助。
　　另外，尤其要感谢我们的同事安德烈亚斯·比尔施泰因先生、布里吉特·施佩特博士、多萝特娅·庞特菲尔德女士、尤利娅娜·菲舍尔女士及苏珊·惠舍女士。他们在协调和组织方面的不懈努力保证了本书的按时出版。
　　托马斯·鲍尔汉斯教授、工程学博士
　　米夏埃尔·腾·洪佩尔教授、博士
　　布里吉特·福格尔?霍尔泽教授、工程博士
　　2014 年2 月前 言
　　2013 年4 月，在汉诺威工业博览会上决定设立工业4.0 平台之后，工业4.0 这一概念得到了迅速发展。在此期间，这一概念被广泛引用，但这同时也让它的内涵变得模糊不清。所以，编写一本阐述工业4.0 核心要素的书籍就变得非常必要。
　　本书将围绕工业4.0 这一主题的方方面面，尤其是对工业4.0 战略所能带来的效益进行阐释。对这一理念的研究不仅应该基于技术层面，还应该是市场驱动的，我们认为这一点非常重要。从制造业的利益角度出发，我们研究的首要问题是“工业4.0 能给相关技术的使用者带来怎样的经济效益？”
　　因此在引入主题之后，本书第二部分会着重讨论分析应用案例。我们的首要任务是通过应用案例展示工业4.0 在实际应用中的潜力。在弄清楚主要问题与基本概念，以及从自动化技术角度对信息技术所面临的挑战与要求有了了解以后，各个行业对工业4.0 战略的针对性使用才能得到较好的阐释。
　　本书第三部分主要涉及一些基础技术和一个问题：“是哪些技术使得工业4.0 成为可能？”同时会研究这些技术在特定基础技术中的情况。也会指出因达不到工业4.0 基础技术所要求的条件（如安全性、关联性、标准化、费用）而出现的问题，并介绍一些旨在解决此类问题的研究活动。在最后，我们会解答“为什么提出的解决方案是明智的？”这一问题，同时说明其多种可能性。
　　迁移情景及过程是本书第四部分的主题。这一部分主要描述了工业4.0 背景下基础技术的变化过程及应用。在对初始状态的描述之后，我们会开始研究实际运用情景中可能遇到的挑战及在迁移框架下基础技术的应用。在这方面，与商业模型及年龄系统的研究、兼容性和第四次工业革命的范例，即开放性、实时性和安全性的相互联系发挥了重要的作用。在本书的第五部分，我们会从工业及研究的角度出发，探讨工业4.0 的机遇及其应用的可能性。
　　通过本书，我们想给读者提供这样一种可能性——让读者自己发掘出工业4.0 背景下附加的个人施展空间。读者应该了解到：“这会给我带来什么？什么是真正的新东西？工业4.0的真正内涵是什么？哪些东西并不属于工业4.0 这一概念？”拥有本书的读者应该学会评估与合理决策，知道哪些产品和解决方案是他们真正需要的，哪些挑战是他们能够利用手中现有资源克服的。除此之外，也有企业能够完全自发地重新塑造自己的商业模式及过程。所以，这些通向第四次工业革命可能的迁移方式是必不可少的。