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推荐语：推进互联网+工业4.0切实落地，从制造向智造全力迈进

作者：张小强著

出版社：人民邮电出版社

出版时间：2017-03-01

书籍编号：30464726

ISBN：9787115446596

正文语种：中文

字数：195800

版次：1

所属分类：互联网+-人工智能

版权信息

书名：工业4.0智能制造与企业精细化生产运营

作者：张小强

ISBN：9787115446596

版权所有 · 侵权必究

内容提要

本书系统讲解了工业4.0、智能制造在企业精细化生产运营中的融合，帮助读者构建企业SCM供应链管理体系，讲解打造智能制造平台、实现个性化输出、调整生产结构、实现企业转型升级的方法，帮助读者深入了解工业4.0的本质及智能制造的实施、数据支持、创新驱动力，使企业在市场变幻的转型过程中调整、完善其转型战略和发展模式，在转型过程中逐步提升竞争力。本书适合各类制造型企业的总经理、厂长、生产经理、供应链管理者、质量经理、车间主任、科（课）长、一线管理者和生产管理干部阅读与学习。

序言

互联网和信息技术的发展，引起了工业生产的变革，每一次技术的进步，都会对工业发展产生巨大的影响。这些变化促进了经济发展，改变了人们的生活方式，也改变了世界的面貌。

近年，工业生产又迎来了一场变革，这次变革是以智能技术为核心的。德国首先提出了工业4.0的概念，美国叫“工业互联网”，而我国叫“中国制造2025”。叫法不同，其实本质内容是相同的，核心内容都是智能制造。

在工业发展历史上，迄今为止共发生了三次革命。第一次工业革命是18世纪英国发起的，以蒸汽机作为动力机为标志，人类从此进入了机器时代。第二次工业革命是19世纪电力进入工业领域，人类从此开启了“电气时代”，极大地促进了社会生产力的发展。第三次工业革命以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志，人类从此进入了“信息时代”。已经开始的第四次工业革命，是以互联网技术的应用为标志，即将开启“智能时代”。

工业4.0是德国政府《德国2020高技术战略》中提出的十大未来项目之一，其技术基础是网络实体系统及物联网。就是利用物联信息系统（Cyber-Physical System，简称CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个人化的产品供应。

工业4.0“智能化生产”是未来工业发展的趋势，因为工业是推动科技创新、经济增长和社会稳定的重要力量，其在世界上发挥的作用越来越重要。但是，随着市场竞争的日益激烈，客户的需求也在发生变化。客户需求新的、高质量的产品，甚至要求定制产品。所以，对工业生产来说，必须要提高生产力水平，并且还要以更少的能源和资源，来完成产品的生产，这样不但能降低生产成本，而且还能提高产品在市场上的竞争力。

我们知道，每个工厂都是在为两个目标而努力：一是生产出好的产品，二是把产品卖出去。然而，传统的工业生产都面临着生产和销售成本的压力，许多企业都遇到了困难。而这些困难是可以克服的，克服的方法就是工业4.0，工业4.0的优势就是在于实现虚拟生产和与现实生产环境的融合，采用创新软件、自动化技术、驱动技术及服务。以“智能制造”为基础的工业化生产，不但能提高生产效率和灵活性，而且还能大大缩短产品上市的时间，使工业企业在市场上具有明显的竞争优势。

为更好地把握本次工业革命的脉搏，本书分三个部分对工业4.0时代工业企业应该注意的事项进行了论述：一是详述“互联网+”时代的工业4.0；二是智能制造；三是企业精细化生产运营。

在“互联网+工业4.0”中，对于工业4.0的本质、如何把握工业4.0的机会和按照工业4.0的要求完成企业转型等方面，进行了深入浅出的阐述和解读。智能制造是工业4.0的要完成的目标，这一部分对智能制造的关键特征、实施支柱和数据支撑三方面进行了论述。工业4.0的重要特征就是工业生产的精细化运营，在本书的第三部分，对企业如何进行精细化运营，以及精细运营所要遵循的方式方法等进行详细的阐释。

本书的编写，主要让读者能深刻了解工业4.0，把握工业4.0的机遇，使企业成功转型，跟上时代发展的步伐。为了让读者更好地理解一些理论知识，本书在编写过程中，精选了大量案例，通过解读案例使本书通俗易懂。同时，书中最后一章精选了国内外一些巨头的经典案例，目的是让读者有学习的榜样。本书的编写的目的是希望能对工业企业在提高生产水平、完成升级转型、提高核心竞争力等方面有所帮助。

上篇 工业4.0

第1章 了解工业4.0导向，把握企业提升和超越的绝佳契机

从1760年的机械化工业革命开始，人类的工业化进程就产生了质的飞跃。虽然经历不了前三次工业革命，但一定要抓住第四次革命。世界正飞速地变化，也许当你还在惊叹于第三次工业革命带来的信息技术的飞跃时，一个崭新的工业4.0时代却已经到来。

1.1 工业4.0是万物互联

在工业发展的历史长河中，各个生产环节是相互关联的，在信息化社会这种互联更为明显。基于互联网的普遍应用，人们通过终端设备互联应用、互通信息，将虚拟与现实相结合，实现万物互联。

生产制造中的互联是工厂智能化的敲门砖，其通过设备之间、设备与产品之间等整个流程的互联实现产品的生产。同时，从产品的研制到物流配送实现万物互联，也为自动化生产打下了扎实的基础，如图1-1所示。

1.通过互联网万物互联

德国在2013年汉诺威工业博览会上首次提出了工业4.0的概念，把工业4.0定性为“以信息物理技术为基础的智能化生产”。没错，我们需要踩在工业3.0的肩膀之上攀登工业4.0的高山。工业3.0的主要标志是电子和计算机。信息技术在生活中被广泛应用，使得制造不断实现自动化。以机械替代人作业，减轻或替代人的体力劳动，而工业4.0要做的是通过这种信息技术实现万物互联。

图1-1 工业4.0万物互联

工业4.0通过互联网实现设备、产品、厂商和客户的互联，实现传感器、智能控制面板、通信系统和终端接收系统的互联互通。数字化简单操作与现实物理世界需求互联。这些交织在一起，形成一个庞大的通过互联网信息技术互联的体系。多方互通能够更好地让人类的生活实现智能化，这是工业4.0的核心思想。

霍尼韦尔名列《财富》100强。这是一家运用高科技并且多元化的制造企业。其业务涉及广泛，上到宇航产品，下至涡轮增压器，在中国20多个城市设有多家分公司，这是一家业务广泛的大企业。是什么让它做到如今的辉煌成绩呢？万物互联是它引以为豪的一点。霍尼韦尔正逐步实现互联建筑、互联工业、互联飞机、互联地铁以及互联机场等一系列的互联。

以霍尼韦尔的家居互联为例。全球已有超过1.5亿个家庭正在使用霍尼韦尔的技术，基于互联网通过移动终端设备实现与家居产品的互联互通。不必担心室内温度的变化，如在炎热的夏季下班之前就可通过移动设备控制空调降低温度，回到家直接就能享受清凉了。除了远程智能调控温度，消防系统、安防系统和水净化设备等都实现了互联，真正打造出了智能家居，使人们的生活更加舒适。

霍尼韦尔的成功源于它能够实现产品的互联，从而更好地满足客户的需求。通过万物互联，提高产品的工作效率，使产品智能化，从而更好地服务于人类。

2.设备与设备互联

通过不同类型、不同功能的设备互联，能够形成智能化的生产链；通过不同的智能生产链互联又组建一个智能车间；不同的智能车间互联，能组成一个智能化的工厂；不同的生产领域的智能化工厂互联便能构建一个智能化的生产制造体系。这些智能的生产链、智能的生产车间、智能的生产工厂都是一个完整的自由个体，但又可以根据需求完美匹配，完全满足消费者的各种需求。

3.设备与产品互联

设备与产品之间互联是设备之间互联的进一步发展，使生产设备与产品之间能够产生沟通。生产设备能够知道自己产品的生产顺序、知道该做什么；产品能够明白自己的生产信息、明白自己将被输送到哪里去、明白将被如何使用。工业4.0意味着智能化的工厂能够在没有人参与的情况下实现自动化生产。工业4.0能够让设备与零部件深度交流，最终依托互联使工厂实现自行运转。

4.虚拟与现实互联

工业4.0以现实的信息系统为核心，将物理设备与互联网进行关联。物理设备通过互联网具备了远程操作、计算及通信等功能。虚拟的数字化信息与现实的物理化设备结合起来，让原本冰冷的机器“热”起来，拥有生机。设备通过自我感知、自我适应、自我判断、自我诊断及自我修复等方式实现智能化，更好地服务于人类。

5.万物互联

万物互联是指人与人、人与设备、设备与产品等通过互联网交织在一起，能够互相感知，了解对方的要求、进程和数据。这样的改变能够使整个社会的工业结构更加清晰，使生产设备、生产场景以及生活场景清楚地展现在我们面前。人们通过带有感知、传输和处理等功能的终端设备，通过互联网实现与生产物之间的实时管理，最大程度地节约时间和人力成本。工业4.0的到来，标志着人类在生产上的智能化管理将越来越完善。

1.2 工业4.0是智能制造

智能制造是一个不陌生的字眼。智能化的生产制造能够提高产品的效率和品质，并把人从烦琐的工作中解放出来。自动化的生产、高科技的应用与智能制造相关联。智能制造改变传统的生产模式，建立智慧化的生产和生活体系，如图1-2所示。

图1-2 智能制造

1.综合特征

智能制造是基于新一代信息技术的研究，在设计、生产、管理和服务等各个环节上融会贯通，能够具有自我感知力、判断力和执行力等先进的技术能力，并能运用到生产创造中。智能制造不但包含智能制造技术，还包含智能制造系统。智能技术共同编织成一张智能系统的大网。智能系统能够通过自我学习与改进充实自己的信息库，更好地进行智能化生产。工业4.0的目标就是这种智能制造。

在经历过工业1.0的蒸汽生产、工业2.0的电气化生产、工业3.0的信息生产，又将迎来新的一次改变人类生产制造的大变革，即工业4.0。工业4.0要求生产信息化，设备自主智能思考、智能做决断及智能维护与更新。从生产线到用户使用产品一切实现智能化和简洁化。智能制造就是指依靠传感器、通信网络的物理信息系统，实现人、设备和产品之间信息资源的分享与互通。从而实现实时交流、互相认知的作用，是制造业与互联网紧密关联，使生产方式具有组织超柔性、定向性的特征。

2.智能制造系统

智能制造系统是一个庞大的智能化运作系统，在制造业的每一个角落都有它的足迹。在产品最初的设计、研发到产品的生产，再到产品的运输与维护，每一个环节都有智能化的体现。智能制造系统主要包括智能设备、智能生产、智能产品、智能管理和智能服务这5个方面，如图1-3所示。

图1-3 智能制造系统的5个方面

（1）智能装备

智能装备包括硬件设施的智能化和人才储备的多元化。软件、硬件一起抓，才能真正组建智能装备。工业4.0之所以不同于之前的工业革命，主要是因为它在硬件方面提出了更高的要求。要想达到工业4.0智能工厂、智能生产的目标就必须对硬件全面升级。半自动化的产品和设备会被智能化需求的市场所淘汰。企业对于新技术的需求在工业4.0时代是很大的，因此智能的硬件设备是必不可少的。这是一个新技术替代旧技术的时代，要全面打开市场，必须在智能装备上下足功夫。

硬件的全面升级要求软件必须跟上进度。要在智能化人才培养方面下更大力度，以此抓住时代变化的潮流，做市场的领导者。不要因为人才的缺失而造成木桶效应，导致制约工业4.0时代的发展。加大投入成本，使人员投入与硬件技术的投入相匹配。

（2）智能生产

智能生产是人类的一种理想的生产状态。能够通过使用PC、智能手机等任何一个智能的终端设备编辑、控制生产的全过程。生产过程中各个环节不断自主地进行交流沟通，最终满足用户的多种个性化需求。用定制代替批量化生产，让产品更合乎客户的心理需求，实现生产小而精。

不同行业、不同企业间开创新的制造模式。重建生产商、消费者和经销商的关系，重组新的产业信息、资金和运输间的关联。工业4.0时代到来后生产者不必迷茫，要在新的挑战中激流勇进，探索真正的智能化生产。

（3）智能产品

智能产品与传统产品最大的区别就是它能借助传感器、处理器及存储器等拥有感知、通信和存储的能力。有专家推测，到2020年，物联网下的智能产品数量将突破500亿。这是个庞大的数字，数量庞大的智能产品主要产生于人们使用的终端设备上。如智能穿戴、智能家居等都是通过智能化的终端设备显示和远程遥控操作的。

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