醉染图书工业4.0:概念.技术及演进案例9787302532088

篇 工业4.0的概念、框架及意义章 新科技引发第四次工业 21.1 新科技正在引发产业 21.1.1 新时期的科技呈现出智能化、生态化等特点 31.1.2 新科技与产业变革的互动具有复杂 31.1.3 注重战略新兴产业的发展，兼顾传统产业 41.1.4 科技政策与产业政策的协调，推进科技发展战略 51.2 历次工业的演进 61.2.1 次工业 81.2.2 第二次工业 91.. 第三次工业 101.2.4 三次工业对社会的冲击 111.3 第四次工业正在拉开序幕 131.3.1 经济爆发式增长和就业困境 151.3.2 企业不改变就灭亡 161.3.3 放眼和优选 171.3.4 靠前的社会变革 181.3.5 无孔不入的技术 191.3.6 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 222.1 德国工业4.0战略计划简述 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.. 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 . 双重战略：成为靠前的市场和供应商 32 ..1 靠前的供应商策略 32 ..2 市场策略 33 .. 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 年优选数字化转型报告 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 7 .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 X 工业4.0概念、技术及演进案例 三校   文前.indd 10 2019/8/1 18:17:40 3.2.2 大数据是工业4.0 的基础与核心技术 81 3.. 大数据、云计算和AI 三者之间的关系 8 .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 的优选影响和展望 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” 10.2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.. 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 XI 工业4.0概念、技术及演进案例 三校   文前.indd 11 2019/8/1 18:17:40 4.5.2 工业信息安全在智能工厂中的关键 14.5.3 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.. 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 222 5.4.3 实施MES 给生命科学行业带来的优势 2 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1 5.5.1 PAT 和bD 概述 1 5.5.2 制药企业需要实施PAT 2 5.5.3 如何成功实施PAT 5.5.4 SIPAT ——西门子提供的PAT 数据解决方案 4 5.5.5 案例研究 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 XII 工业4.0概念、技术及演进案例 三校   文前.indd 12 2019/8/1 18:17:40 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.. 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 XIII 工业4.0概念、技术及演进案例 三校   文前.indd 13 2019/8/1 18:17:40 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 8.1 298 8.1.1 原则 298 8.1.2 《》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 3 .1 打响智慧战“疫”，守卫动物健康 3 .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重量数字化生产基地 327 XIV 工业4.0概念、技术及演进案例 三校   文前.indd 14 2019/8/1 18:17:40 9.2.1 实现跨越 327 9.2.2 研发提升 329 9.. 保反应无中断 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 个化涂料生产 335 9.4.2 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

雷万云，博士，先后从科技大学、西安交通大学、西北工业大学，分别获得信息科学技术专业的学士、硕士和博士，并在德国技术物理研究院学习工作二年。
雷万云博士是息技术领域的技术专家，曾任某大型国防科技研究所副所长，息技术学报编委会主任、主编，中国医药集团信息部主任，中国医药集团信息化专家组组长，国资委信息化专家组专家。有20余年信息化方面的研究与开发、实施和管理经验，是管理与信息化方面的专家、认不错企业信息管理师，尤其对集团企业和医药行业的信息化建设有深刻的理解和丰富的实践经验；现为全国工业化和信息化融合管理标准化技术委员会委员，中国首席信息官联盟专家委员会委员，中国人民大学CIO研究中心研究员，中国医药健康产业信息化联盟理事长。
近年来致力于企业云计算和工业4.0的研究，并著有《云计算――企业信息化建设策略与实践》《云计算――技术、平台与应用案例》《信息化与信息管理实践之道》《信息安全保卫战》及本书等企业信息化与云计算方面的书。

如果说过去的近二十年是消费互联网的黄金年代，中国在此期间诞生了BAT（中国三大互联网公司，B代表百度，A代表，T代表腾讯）等互联网巨头，那么时至今日，风头正逐渐转向产业互联网。互联网技术在改造完消费服务业后，正迅速而坚定地来到了工业领域，以“工业4.0”之名，掀起了对传统工业的。按照当今世界对历次工业演进的共识，可以这样简单表述：工业1.0是机械化，2.0是电气化和内燃机，3.0是自动化和信息化，4.0则是智能制造。2013年4月，德国正式推出“德国工业4.0战略”，一个全球的话题瞬间被引爆，对世界强国来说，这是一次争锋制造业变革发展和互联网下半场的机会，因而世界格局将会发生深刻变化。在新一轮的工业中，各国都在竞相构建自己的智能制造产业体系，这个体系背后是技术体系、标准体系、产业体系，是智能制造产业生态系统的权。换言之，各国新一轮工业的竞争，是未来优选新工业的标准之争。一个、一个地区或者一个行业及企业如果不能意识到这场变革的核心以及其中蕴藏的潜能，或者没有找到应对之道，那么当或地区、行业或企业在新技术上取得突破后将获得靠前地位。作为世界工厂的中国，各行各业都处在一个转型升级的岔路口上，要么，我们认识到这次新技术的机遇，并且能以正确的策略和路径，将其转化成经济上成功的新产品和服务；要么，就冒经济长期衰退的风险。直面“工业4.0”的时代背景，中国制造的机会在哪里？本书以这一主题展开讨论和论述，与读者一道探讨中国工业4.0的发展策略与路径。过去，马云看到了消费互联网的发展前景，成就了今天的。今天产业互联网的风口已经来临，谁将成为下一个马云，成为下一个BAT？是转型的传统制造企业，是工业4.0技术供应商，还是技术解决方案公司？好了，我们既没有预言也没有分析，预言工作还是留给预言家们吧。或许在10年后人们可以反观并评价今天所发生的一切，而不是今天就来评论。当今，已经有很多不同的、地区和大大小小的企业在着力理解工业4.0，并抓住这些机会从而开展踏实的工作。为了抓住机遇，找准向工业4.0 演进的策略与方法，社会各界必须正确理解工业4.0 的细节，诸如“第四次工业”“信息物理融合系统（CPS）”“智制造技术”等概念究竟意味着什么？如何避免这些概念的滥用而成为空洞的口号和浮躁的炒作，因为空洞的口号会阻碍而不是协同人们达到工业4.0 的既定目标。科技产业，如果错过了工业4.0，可能错过的就是一个时代。本书作为一本全面、系统、深入论述工业4.0 概念、技术和架构、演进策略与发方法以及应用的专著，正好弥补了这一领域的空白。全书由3 篇9 章组成。 篇工业4.0 的概念、框架及意义，包括 章新科技引发第四次工业，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。本书是笔者在对云计算等新一代IT 技术近十年研究的基础上，携手西门子智能制造专家历时三年多对工业4.0 的跟踪研究和多次赴德国汉诺威工业展览会学习考察，以及在对西门子安贝格等德国数字化工厂的参观考察基础上写作而成的一本关于工业4.0 专著。因此，这本书并不是关起门来写成的纯理论书籍，它正如工业4.0 的概念体系诞生一样，是对社会、科技发展以及现实需求变革的考察研究与总结。本书的主要特点有：一是系统地论述工业4.0。无论是对社会、经济和科技发展变革工业的论述，还是对历次工业演进过程的描述，都给读者一条工业4.0 的清晰演进脉络。二是对工业4.0 的概念、内容框架及基础知识、相关技术都逐一进行了系统阐述，帮读者建立起工业4.0 的基本概念和内容框架，以便深刻理解后续的关键技术和解决方案。三是本书的章节设计力求全面、科学，逻辑强，能让读者循序渐进地学习书中的内容。四是全面、系统地论述了工业4.0 的知识、基础技术、关键技术及解决方案。五是本书的不错和工业4.0 的原生。由于参与编写的作者大都是西门子公司的智能制造专家，而西门子本身又是工业4.0 的重要发起公司，以及笔者留学德国和长期用德语研究工业4.0 的手资料。在本书的写作过程中力求兼顾普及与专业、理论与实践相结合, 尽可能地照顾到不同层次和不同专业的读者，力求给广大读者呈现一个完整、系统和清晰的工业4.0 体系，以便作为大家日常学习、工作的案头参考书。本书对各章节结构做了精心的设计和安排，有较强的逻辑，力求系统、全面、专业和实践。如果您是企业管理人员，可以通过阅读 篇和第3 篇来思考企业的战略和管理，了解如何基于工业4.0 来成功实现企业转型升级，商业模式的创新，提升企业的核心竞争力，以适应新时代企业发展趋势。如果您是企业的CIO 或IT 人员，您将能从书中系统获取工业4.0 的技术知识和解决方案，以科学的策略和方法帮企业向工业4.0 演进，并将更深刻体会如何基于工业4.0 的理念来开展企业数字化、信息化建设，并尽早规划您的职业生涯。如果您是工业4.0 价值链上的一家解决方案公司或从事智能制造技术开发、服务的IT 人，通过本书的学习，可以更好地确立您在产业链中的角色，了解工业4.0 的发展态势、商业模式、技术架构，从而更进一步定位您所在公司的产品、技术或服务。如果您是部门的官员或工作人员，可以通过此书关键章节的学习来为规划、区域或行业发展、标准制定和为监管提供帮。如果您是大专院校学生，将获得从现有课本无法获取的知识，完善自己的知识结构，及早规划职业生涯，为走向社会提供良好的帮。总之，本书是值得所有关注工业4.0 的读者一读的兼顾普及与专业的参考书。本书编委会主任由西门子（中国）有限公司林斌和中国医药集团有限公司原副总封多佳担任，主编为雷万云博士和西门子（中国）有限公司姚峻博士。在编委会主任协调下，雷万云和姚峻编写了大纲和各章节的主要内容要点，雷万云对全书各章节内容进行了优化和统稿工作，并撰写了前言和致谢。姚峻对西门子（中国）有限公司的技术和解决方案章节部分进行了优化和统稿。其中， 篇由雷万云、中国民航信息网络股份有限公司王静、中国医药集团有限公司齐华编写；第4 章由雷万云、西门子（中国）有限公司徐一滨、谢海龙、张兆中编写；第5 章由西门子（中国）有限公司朱诚实、任张鑫、张靖、杨桂忠、刘姝琦、唐邦志、樊林、李辉编写；第6 章由雷万云、西门子（中国）有限公司王保建、苏昆哲编写；第7 章由雷万云、中国医药集团联合工程有限公司李厚强、北京智通翔云科技有限公司赵利华编写；第8 章由雷万云、中国民航信息网络股份有限公司王静编写；第9 章由西门子（中国）有限公司朱诚实、王晓玲、雷万云编写。工业4.0 是一个跨学科的复杂巨系统，并且由于时间仓促，参与编写的作者众多，对于书中的疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。关于对本书的建议和意见可以在我的（http://blog.sina.com.cn/alexalei）留言互动或写信到我的邮箱（Alexalei@189.cn）进行交流。博士 2019 年5 月于北京

"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。"