德國工業4.0大全 -- 第1卷：智能生產技術

Birgit Vogel-Heuser

工程博士、教授，德國慕尼黑工業大學自動化和信息系統教席主任。

Thomas Bauernhansl

工程博士、教授，德國斯圖加特大學工業製造和工廠管理（IFF）研究所所長、
德國弗勞恩霍夫製造技術與自動化研究所所長，
以及聯邦政府工業4.0平台戰略策劃組成員、工業4.0聯盟的執行主席。

Michael ten Hompel

工程博士、教授，弗勞恩霍夫物流和供給技術（GF）研究所所長、
弗勞恩霍夫軟體和系統技術（ISST）研究所所長，
以及德國多特蒙德大學材料搬運和倉儲技術（FLW）教席主任、
國家工業4.0平台顧問委員會成員。
 

目次

譯者序
前言
第一篇 工業4.0應用場景
第1章 生產應用案例 …… 2
1.1 引言 …… 2
1.2 計算機集成製造 …… 3
1.3 精益生產 …… 5
1.4 工業4.0 …… 16
1.5 總結 …… 27
參考文獻 …… 28

第2章 可變的未來汽車製造生產體系 …… 29
2.1 使用可變生產體系的動機 …… 29
2.2 靈活性與可變性 …… 30
2.3 梅賽德斯奔馳生產過程中的創新型自動化解決方案 …… 32
2.4 靈敏機器人的可變性 …… 36
2.5 研究型工廠ARENA2036通過整合新一代(輕型)
汽車產品與生產形態實現可變性 …… 40
參考文獻 …… 45

第二篇 信息物理生產系統
第3章 iBin―人工智能造就革命性的物流解決方案 …… 48
3.1 動機 …… 48
3.2 iBin系統描述 …… 52
3.3 展望 …… 55
3.4 潛力在哪裡 …… 60
參考文獻 …… 61

第4章 雲端控制 …… 62
4.1 引言 …… 62
4.2 目前控制系統的不足 …… 63
4.3 雲端控制系統 …… 66
4.4 雲端控制系統與機器的通信 …… 70
4.5 雲端控制技術的應用 …… 74
參考文獻 …… 75

第5章 用於預測性維護的信息物理系統 …… 77
5.1 引言 …… 77
5.2 智能組件的維護 …… 81
5.3 智能規劃系統的維護 …… 83
5.4 智能用戶界面的維護 …… 87
5.5 總結 …… 92
參考文獻 …… 93

第三篇 價值鏈的橫向和縱向集成
第6章 半導體行業價值鏈的橫向集成 …… 96
6.1 半導體行業價值網絡的特點 …… 96
6.2 實現價值網絡的集成 …… 99
6.3 橫向集成的機遇與挑戰 …… 101
6.4 總結 …… 104
參考文獻 …… 104

第四篇 工業4.0中的社會技術系統
第7章 工業4.0中的安全…… 106
7.1 引言 …… 106
7.2 安全挑戰 …… 107
7.3 用於柔性堆砌式系統的模塊化安全驗證過程 …… 112
7.4 動態設備配置的運行時間驗證 …… 120
7.5 總結 …… 122
參考文獻 …… 123

第8章 工業4.0的繼續教育和技能發展 …… 124
8.1 工業4.0介紹和應用領域 …… 124
8.2 生產場景及其發展途徑 …… 127
8.3 工業4.0能力要求的計算 …… 132
8.4 工業4.0中的繼續教育 …… 135
參考文獻 …… 137

第9章 減少生產中的決策 …… 139
9.1 引言 …… 139
9.2 現有遠程支持應用程序 …… 141
9.3 應用重點 …… 143
9.4 前景 …… 150
參考文獻 …… 151

第10章 工業環境中的人 …… 152
10.1 工業4.0中的數據流 …… 152
10.2 工業用途的擴展現實 …… 155
10.3 研究項目SmARPro …… 164
10.4 增強現實在工業中的前景 …… 170
10.5 總結 …… 173
參考文獻 …… 173

第五篇 工業4.0和IT安全的平臺
第11章 基於社區雲的安全的工業4.0平臺 …… 176
11.1 工業4.0：從概念到基礎設施 …… 176
11.2 虛擬堡壘Knox―巴登-符騰堡州的工業4.0機器和
工廠工程合作平臺 …… 179
11.3 技術方面的核心要素 …… 180
11.4 信任和接受：VFK的信任模式 …… 190
11.5 數字工業基礎設施的商業模式 …… 198
11.6 展望 …… 203
參考文獻 …… 204

第六篇 生產製造中的工業4.0
第12章 PLC自動化和信息技術的聯合使用 …… 206
12.1 引言 …… 206
12.2 機器設備軟件的意義 …… 207
12.3 開放核心工程平臺 …… 209
12.4 機械軟件―工業4.0的潛力 …… 215
參考文獻 …… 217
第13章 從自動化金字塔到企業控制網絡 …… 218
13.1 大數據和雲計算是工業4.0的推動力 …… 219
13.2 對企業信息技術的要求 …… 220
13.3 未來操作情況的機遇與前提條件 …… 222
13.4 總結 …… 224
參考文獻 …… 226

第14章 工業4.0―準備就緒 …… 227
14.1 初期的複雜性 …… 227
14.2 轉向工業4.0的初始情況 …… 228
14.3 工業4.0轉型的過程模型 …… 234
14.4 轉型方案 …… 238
14.5 總結和展望 …… 242
參考文獻 …… 243

第七篇 增值過程的數字化
第15章 商業模式創新 …… 246
15.1 引言 …… 246
15.2 工業4.0中的技術和應用領域 …… 248
15.3 生產型企業的商業模式導向 …… 249
15.4 商業模式的新成功邏輯 …… 252
15.5 商業模式場景的發展 …… 256
15.6 商業模式創新實踐：以365 FarmNet為例 …… 259
15.7 總結 …… 261