智慧工厂：中国制造业探索实践[按需印刷]

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本书对工业4.0等为代表的全球先进制造业动向、意义和本质进行了全面解读；对工业4.0、智能制造使能技术进行概括、梳理和展望；对中国的制造业优势、劣势、机会和威胁进行分析；对中国特定条件下发展智能制造、智慧工厂的策略和路径进行阐述；对中国智慧工厂1.0近三年的理论、框架和实践进行总结；对国内外经典案例进行展现；对中国未来可能实现超越的战略战术进行预测和研判。

彭 瑜
1960年毕业于清华大学动力系，上海工业自动化仪表研究院教授级高级工程师，长期从事工业过程控制系统的研究开发工作。自1996年后，研究领域集中在PC控制、现场总线、工业以太网、MES，以及现场设备的无线通信；近些年主要研究智能制造相关的自动化技术。凭借在发展我国工程技术事业方面做出的特殊贡献，1993年起获国务院特殊津贴。现任中国自动化学会理事、中国仪器仪表学会专家委员会委员、PLCopen中国组织名誉主席、POWERLINK中国用户协会理事长、中国科技自动化联盟荣誉会员、智慧工厂开放平台技术顾问委员会主席、全国智能制造综合标准化工作组专家。
王 健
清华大学电机系电机及其控制专业本科和电力电子技术专业硕士。北京易能立方科技有限公司董事总经理，北京卓易智慧科技服务有限公司董事总经理，中国科技自动化联盟联合创始人，"中国智慧工厂1.0"概念的提出者和主要推动者之一，主导智慧工厂1.0体系、框架、标准的制定，具备工业自动化，尤其是电机和驱动控制领域逾20年工作经验，不仅是技术专家，也是行业市场专家和管理专家。近年来，致力于装备制造乃至整个制造业的转型升级路径和制造业创新创业领域的研究，对美欧先进制造业的战略动向非常熟悉。在智慧工厂理念推广和最佳实践、企业技术创新、市场创新和商业模式创新、技术商业化和技术转移、专利分析和知识挖掘等方面曾经给多家著名企业、机构提供咨询服务，也是最早研究并向国内传播工业4.0和工业互联网思想的专业人士。
刘亚威
清华大学机械工程专业本科，北京航空航天大学飞行器总体设计专业硕士。中航工业发展研究中心副研究员，长期从事先进国防制造技术发展、国防制造创新体系、制造成熟度管理，智能制造等领域研究，主持多项总装与科工局项目研究并发表数十篇论文，参与航空科技与中国制造2025相关规划制定。

前言
第1章　我国制造业的回顾与发展 1
1.1　我国工业化和制造业的概述 1
1.2　从人口／质量维度分析我国制造业的状况 8
1.3　我国制造业发展的经验教训 10
1.4　我国制造业的成功案例和发展机遇 13
1.5　实施制造强国战略《中国制造2025》 18
参考文献 19
第2章　美欧智能制造政策动向 21
2.1　美欧对智能制造的定义 21
2.2　美欧智能制造发展概况与特点 24
2.2.1　欧盟 25
2.2.2　德国 29
2.2.3　美国 34
2.3　美欧重要计划与项目 39
2.3.1　国际“智能制造系统”计划 39
2.3.2　欧盟“未来工厂”计划 43
2.3.3　德国“工业4.0”计划 49
2.3.4　美国“智能制造领导力联盟”计划 54

　　前 言当前，全球范围内掀起了一场互联网与工业融合创新的大潮，西方发达国家纷纷推出旨在振兴先进制造业，确保国家制造竞争力的战略举措。美国推出了再工业化战略、工业互联网等先进制造计划，着力构建国家制造业创新网络，并推动成立了先进制造业国家智库。德国制定了高技术战略2020并将工业4.0称为第四次工业革命，英国制定了高价值制造计划，日韩也在大力推动机器人革命。中国则进入经济新常态，两化深度融合，智能制造兴起，“中国制造2025”作为国家制造业战略发布，“互联网+”成为被热议的名词。
　　面临如此重大的产业变革，以及面对众多新技术、新概念、新模式和新思维，无论政府决策者、产业研究者、产业投资者、高校院所科研人员，还是作为创新主体的制造业企业的管理者、广大工程技术人员，都急需了解全球先进制造领域的趋势、动向以及背后的动因，了解制造业使能技术、管理思维的发展态势、应用价值，以及从全球和国内经典案例中汲取营养。制造业的各利益相关者都需要得到客观、凝练、精准的知识传递和行动指南，而不仅仅是从浩瀚的互联网信息和碎片化的阅读中获得片鳞半爪的认识。
　　中国科技自动化联盟是以自动化和科技相结合为主题，面向科学研究、技术开发及先进制造领域的行业组织。近年来，该联盟倡导“中国智慧工厂1.0”的创新理念，并进行了大量理论探索、传播与实践，同时该联盟也是德国“工业4.0”和美国“工业互联网”的*早接触者、研究者之一。该联盟创立的智慧工厂开放平台已经初步形成了一个国际化的开放的生态系统，集聚了一批有志于探索、实践智慧工厂的企业和专家。在智慧工厂开放平台上发起成立的“智慧工厂研究与出版”工作组（WG4）肩负着编撰智能制造相关图书的使命。
　　本书就是该联盟内部一批专家携手合作完成的首部图书。这部图书共6章，第1章从总结中国过去30年制造业发展的成功经验和失败教训开始，不仅探讨相关技术/市场因素，还涉及理念、管理、组织、文化等非技术性因素，以及人口等宏观经济变量对制造业的影响。第2章则变换角度，站在全球视野对美欧先进制造的政策动向和内在逻辑进行梳理，同时也列出中国智能制造相关产业政策。第3章从分析数字化工厂和智慧工厂的要素CPS开始，较为全面地讲解建设智慧工厂所需要的各方面使能技术。本书的第4~第6章则系统地总结了该联盟近年来倡导的“中国智慧工厂1.0”理论、框架以及**实践，试图为广大中小企业实施智能制造指明道路，提供手段。
　　本书第1章由上海工业自动化仪表研究院彭瑜教授主笔，宝钢中央研究院首席研究员郭朝晖补充了关于人口质量维度的分析，并提供了宝钢案例；中软国际互联网技术服务集团制造业务副总裁王军博士、上海二纺机原副总工程师周锦碚高工均提供了有价值的分析。本书第2章由中航工业发展研究中心副研究员刘亚威主笔，西门子美国研究院的高级研究员魏东补充了美国先进制造的部分数据、工业和信息化部软件与集成电路促进中心（CSIP）战略研究处王菲女士提供了中国国内智能政策的内容。第3章使能技术部分仍旧由彭瑜教授主笔，上海东方申信科技发展有限公司高级工程师蒋志超也参与了本章的编写。第4～第6章由中国科技自动化联盟副理事长兼秘书长王健编写，金品智慧制造科技有限公司总经理成蜀元先生则贡献了有价值的针对中小企业的调查，并提出了围绕小企业做系统设计的若干思路和方法。另外，倍福自动化中国公司、天津宜科电子公司均提供了实用化的智慧工厂解决方案，进一步充实了本书内容。
　　本书在编撰过程中，得到了一些著名专家的悉心指导和帮助。美国辛辛那提大学预测性维护中心的李杰教授、上海科技情报所缪其浩老师均多次参加编委会会议，提供了许多真知灼见。李杰教授还提供了若干有关工业4.0和工业大数据的文章作为参考。针对本书的编撰，我也曾当面请教原教育部副部长吴启迪教授，获得了她的热情鼓励和肯定。
　　*后，还要特别感谢中国科技自动化联盟理事长梁力强先生，他在成书的过程中始终给予关心和支持，对本书的方向和原则进行了宏观把握；感谢中国科技自动化联盟秘书处和易能立方公司的诸位同仁，没有你们卓有成效的后台组织、沟通联络、图文编辑、资料采集等大量辛勤的幕后工作，本书将很难按时交付。感谢机械工业出版社华章公司计算机出版中心的温莉芳总编和本书的策划王颖副总编，她们给予了本书作者团队**程度的尊重和认可，并提出了许多富有价值的改进建议。
　　中国科技自动化联盟作为首都创新大联盟的重要成员，负责组建运作智能制造专委会和开放创新工作委员会。本书也是创新大联盟智能制造专委会2015年度的重要成果输出之一。
　　时光荏苒。回想起来，从本书开始策划到组织团队，再到编撰出版，历时一整年。这一年来，各位作者都克服了许多困难，尤其是部分作者年事已高，而其他作者都肩负着重要的管理岗位或技术岗位，有的还身兼数职，要抽出相对完整的时间来写书异常艰难。在今天这样一个不仅写书，甚至连严肃阅读都非常奢侈的时代，依靠大家的决心和毅力，*终完成此书，这的确是一件令人欣慰的事情。至于本书所未表达的种种缺憾，以及可能出现的文字错误，只好留待下一个版本修订完善。
　　王健2015年12月3日
　　

　　梁力强中国科技自动化联盟理事长、德国倍福自动化有限公司中国区董事总经理
　　现代自动化技术越来越离不开信息与通信技术，它们之间的相互渗透构成了智能制造的重要基石。本书作者多工作于自动化行业，长期的实践与思考使他们对中国制造业的现状与未来有独到的见解，也为智慧工厂建设指出了可行的路径。
　　田劲松中国科技自动化联盟副理事长、上海高威科电气技术有限公司总经理
　　如果说机器人是制造业王冠上的明珠，人工智能将使这颗明珠发出璀璨的光芒！智慧工厂体现的不是技术，而是人类的智慧。
　　李 虹中国科技自动化联盟副理事长、宜科（天津）电子有限公司副总经理
　　德国工业4.0的兴起，以及中国制造2025规划给处于低迷的中国制造业打了一剂强心针，面对新的历史发展机遇，我们更应该用冷静的思维、创新的技术，推动智慧工厂落地生根。
　　陈冰冰中国科技自动化联盟副理事长、广东华南计算技术研究所所长
　　中国制造2025是中国制造业由大转强的宏伟蓝图，也是制造人持之以恒的梦想和追求。该书的出版是中国科技自动化联盟艰苦卓绝实践工作的精彩总结，里面的一个个鲜活案例无不凝聚着联盟人的汗水与智慧。随着联盟的日益壮大与发展，实践工作的日益深入，科技自动化理论与内涵也必将得到极大丰富和拓展。愿天下有识之士们联合起来，共同携手推动中国制造业的振兴与进步！
　　

　　特别的是，美国比较明确地提出了智能制造在国防领域的需求。国防部牵头组建的数字化制造和设计创新机构，主要就是研究设计、工程、制造和维护全生命周期中数字化数据的交换，以及数据在供应链网络间的流动。这里的创新方向主要是智能化，包括先进制造企业、智能机床、先进
　　分析以及信息物理系统安全。
　　另外，由于软件在智能制造中的突出地位，GE、IBM等美国企业很早就开始重视软件的作用。GE公司跳出制造业的思维模式，致力于软件投入，构建自身的数据分析能力。IBM公司在这一点上更为领先，它认为管理海量数据的时代即将到来，因此极为重视数学上的解析能力。转型软性制造为这些软硬兼容的企业全面参与智能制造的硬件基础设施和软件基础结构建设打下基础。
　　（3）政府、企业的支持力度
　　在美国政府提出的振兴美国制造的战略中，智能制造相关的内容占据了很大篇幅。能源部支持了“智能制造领导力联盟”计划，商务部支持了“智能制造”项目，国防部支持了包括“下一代制造技术计划”、“数字化制造和设计创新机构”在内的一系列项目。企业尤其是终端产品制造商的广泛参与也加强了政府智能制造项目的研发目的性与应用可行性，比如GE公司就提出了“工业互联网”，并组建了研发联盟。