本书汇集了工业 4.0 在生产、自动化和物流技术中具有长期的可持续性发展意义重要成果：IT 和自动化技术的挑战、西门子电气车间工业 4.0 生成系统、从无人驾驶到智能自动化移动平台、智能工厂中人机通讯的智能生产、人机交互技术。

无

2014年本套“德国工业4.0大全　第1～4卷”的第1版出版，名为《Industrie 4.0 in Produktion，Automatisierung und Logistik》（Bauernhansl，ten Hompel，Vogel-Heuser），在工业4.0领域的专业文献上迈出了重要的一步。但是，我们清楚地认识到，一本一直保持不变的书不能符合当前技术快速发展的要求。因此，我们决定从第2版开始把第1版分为4卷，以建立一个德国工业4.0的框架。工业4.0如今在世界范围内被广泛讨论并付诸实践。本套书由一篇篇独立的关于工业4.0在生产、物流和自动化领域中的课题文献组成。
第2版不仅对第1版的文献进行了修订，还在以下方面增加了许多新的文献：
价值生成的数字化
工业4.0中的自动化应用场景
信息物理系统的运行
工业4.0中的工程应用
自动化中的纵向和横向集成
工业4.0中的数据挖掘和数据分析及其法律问题
工业4.0中的人与机器之间的相互作用
作为信息物理系统一部分的智能电荷载体
工业4.0中的物料搬运技术
具有工业4.0功能的工业卡车
工业4.0系统中的混合服务
工业4.0中的物流系统的传感器和执行器
工业4.0中的物流系统的管理
为了实现内容上的全面扩展，我们组织了来自科学界和工业界的众多专家作为撰写团队，从科研和实践的角度来准备主题内容，就像第1版所做的那样。只有从这两个角度阐述、讨论和解决问题，才能得出我们的观点，展现出迈向工业4.0愿景的迁移路径。随着科学技术的发展，已涌现出许多成功的应用案例。从这个意义上讲，本书是一本可以作为研究人员、制造业从业人员和学生的参考书，而对于所有想从事这些令人兴奋的课题的读者，本书也会有所帮助。
我们感谢所有的作者、出版商、编辑团队和所有为此书做出贡献的人。特别感谢Springer出版社的Sigrid Cuneus以及我们的同事Andreas Bildstein和Sascha Feldhorst，他们坚持不懈的组织和协调工作，奠定了将浩繁的技术积累转化为本书的基础。

Birgit Vogel-Heuser
Thomas Bauernhansl
MichaeltenHompel
2016年4月

信息化与工业化

本书详细介绍了在工业4.0框架下,数字化、集成化、数据挖掘和分析、虚拟物理系统、人机交互等共性技术，以及这些技术在生产、自动化和物流等方面的应用。本书不仅对工业4.0的实施具有极大的指导意义，还对生产制造业、生产管理规划与咨询机构和企业用户都有很高的研究和参考价值。

作者简介
比吉特·沃格尔-霍伊泽尔（Birgit Vogel-Heuser），工程博士、教授，德国慕尼黑工业大学自动化和信息系统教席主任。
托马斯·保尔汉森（Thomas Bauernhansl），工程博士、教授，德国斯图加特大学工业制造和工厂管理（IFF）研究所所长、德国弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所所长，以及德国联邦政府工业4.0平台战略策划组成员、工业4.0联盟的执行主席。
迈克尔·腾·洪佩尔（Michael ten Hompel），工程博士、教授，德国弗劳恩霍夫物流和供给技术（GF）研究所所长、弗劳恩霍夫软件和系统技术（ISST）研究所所长，以及德国多特蒙德大学物料搬运和仓储技术（FLW）教席主任、国家工业4.0平台顾问委员会成员。

[德]比吉特·沃格尔-霍伊泽尔（Birgit Vogel-Heuser） 托马斯·保尔汉森（Thomas Bauernhansl） 迈克尔·腾·洪佩尔（Michael ten Hompel） 编：比吉特•沃格尔-霍伊泽尔（Birgit Vogel-Heuser），工程博士、教授，德国慕尼黑工业大学自动化和信息系统教席主任。
托马斯•保尔汉森（Thomas Bauernhansl），工程博士、教授，德国斯图加特大学工业制造和工厂管理（IFF）研究所所长、德国弗劳恩霍夫制造技术与自动化研究所所长，以及联邦政府工业4.0平台战略策划组成员、工业4.0联盟的执行主席。
迈克尔•腾•洪佩尔(Michael ten Hompel)，工程博士、教授，弗劳恩霍夫物流和供给技术（GF）研究所所长、弗劳恩霍夫软件和系统技术（ISST）研究所所长，以及德国多特蒙德大学材料搬运和仓储技术（FLW）教席主任、国家工业4.0平台顾问委员会成员。

为了抓住历史机遇，应对全球现代化工业技术发展的挑战，我国在2015年提出了实施中国制造强国战略的第一个十年行动纲领：中国制造2025（Made in China 2025）。为了便于从未来愿景、战略目标、发展理念、科研创新、核心技术以及工业应用等方面与德国工业4.0对标，受德国同事、原书作者的指定，由中德工业技术研究院组织翻译了这套“德国工业4.0大全　第1～4卷”，希望对实施中国制造2025提供“他山之石”，这也是原书作者对我们的极大信任和期待。
这套“德国工业4.0大全　第1～4卷”分为“智能生产技术”“自动化技术”“智能物流技术”和“技术应用”，系统和详细地介绍了德国工业4.0的最新成果和进展。本书为第4卷，详细介绍了在工业4.0框架下，数字化、集成化、数据挖掘和分析、虚拟物理系统、人机交互等技术在生产、自动化和物流等方面的应用，这些研究成果对工业4.0的实施具有极大的指导意义。
本书的翻译是在中德工业技术研究院和中德智能技术博士研究院的鼎力支持下，由同济大学中德学院机械学部德国CONTACT基金教席（开发方法与产品可靠性）林松教授、德国JUNGHEINRICH基金教席（技术物流）房殿军教授和天津大学机械工程学院邢元副教授承担。参加本书初稿翻译的人员（按姓氏拼音字母排序）还有宋泽芸、杨怀志、袁佩瑶、叶婷婷。在此对翻译组全体人员的辛勤劳动和不懈努力表示衷心感谢。
本书的德文原书中使用了大量的新概念，尽管译者与原作者在语义上做了大量的沟通，但由于目前尚无对应的中文专业术语，本书中难免出现中文术语不够精准之处，再加之时间仓促，在行文流畅方面还存在一定的不足，敬请广大读者谅解。

林松教授　同济大学中德学院
房殿军教授　同济大学中德学院
邢元副教授　天津大学机械工业学院
2019年3月

译者序
前言
第1章　第四次工业革命 …… 1
1.1　工业竞争加剧及生产日趋复杂的原因 …… 1
1.2　从分形的复杂性介绍产生智能工厂 …… 10
1.3　信息物理系统改变工厂规划和运转方式 …… 15
1.4　实时服务和一切皆服务是新生产关键的原因 …… 22
1.5　第四次工业革命中市场推动迁移的成功 …… 28
1.6　总结 …… 31
1.7　参考文献 …… 31
第2章　信息技术和自动化技术所面临的挑战和需求 …… 34
2.1　引言 …… 34
2.2　CPS为“工业4.0”带来了哪些可能 …… 35
2.3　信息物理系统必须为“工业4.0”做些什么 …… 37
2.4　参考文献 …… 45
第3章　工业4.0生产案例 …… 47
3.1　安贝格电子工厂（EWA） …… 47
3.2　生产自动化 …… 53
3.3　人机交互 …… 59
3.4　生产中工作站的自动信息流 …… 62
3.5　数据挖掘 …… 64
3.6　吸取教训继续前进 …… 66
第4章　实现工业4.0 …… 69
4.1　摘要 …… 69
4.2　制造业中工业4.0的基础 …… 69
4.3　应用场景“工艺流程中的数据综合” …… 72
4.4　设备制造商的观点 …… 73
4.5　技术和解决方案 …… 76
4.6　参考文献 …… 82
第5章　从无人驾驶运输系统到智能移动自动化平台 …… 83
5.1　摘要 …… 83
5.2　当今的无人驾驶运输系统 …… 84
5.3　工业4.0背景下无人驾驶运输系统面临的挑战 …… 87
5.4　移动自动化平台的最新进展 …… 90
5.5　移动性—自动化系统的新潜力 …… 94
5.6　参考文献 …… 96
第6章　自适应物流系统作为工业4.0的先行者 …… 98
6.1　自适应物流之路 …… 98
6.2　未来物流的创新技术 …… 99
6.3　人作为信息物理物流系统的参与者 …… 112
6.4　工业4.0下的物流—人与机器的智能合作 …… 124
6.5　参考文献 …… 125
第7章　价值链在半导体行业中的横向整合 …… 128
7.1　半导体行业价值网络的特性 …… 128
7.2　一体化价值创造网络的实现 …… 131
7.3　横向整合的机遇与挑战 …… 134
7.4　总结与展望 …… 136
7.5　参考文献 …… 136
第8章　信息技术的安全和云计算 …… 137
8.1　引言 …… 137
8.2　对云系统的要求 …… 144
8.3　解决方案和研究需求 …… 156
8.4　总结与展望 …… 166
8.5　参考文献 …… 168
第9章　智能生产、智能工厂中的人机通信 …… 171
9.1　人在未来生产中的角色 …… 171
9.2　来自一个智能工厂的示例场景 …… 181
9.3　在生产中为功能性载体提供信息 …… 186
9.4　不同机械装置中的生产信息集成 …… 191
9.5　参考文献 …… 204
第10章　人机交互 …… 205
10.1　引言 …… 205
10.2　人机交互技术的现状 …… 206
10.3　技术需求和尚未解决的研究问题 …… 209
10.4　当前的研究方法 …… 215
10.5　新应用场合 …… 218
10.6　参考文献 …… 220
第11章　“工业4.0”时代的人机交互 …… 222
11.1　引言 …… 222
11.2　信息物理世界的表现形式 …… 225
11.3　信息物理世界的互动形式 …… 227
11.4　移动的、对环境敏感的用户界面 …… 229
11.5　适应性的、学习型的辅助系统 …… 233
11.6　“工业4.0”用户界面的研发范例 …… 236
11.7　跨生产商和平台的用户界面的开发 …… 237
11.8　总结 …… 240
11.9　参考文献 …… 240
第12章　把握工业4.0的机遇 …… 242
12.1　引言 …… 242
12.2　第四次工业革命 …… 243
12.3　德国经济地位的机遇 …… 246
12.4　智慧数据及智能服务 …… 248
12.5　挑战：可接受性 …… 250
12.6　结论 …… 252
12.7　参考文献 …… 253
第13章　物流4.0 …… 255
13.1　引言 …… 255
13.2　物联网在物流领域的愿景 …… 255
13.3　规划4.0及领导决策层和执行决策层的分离 …… 257
13.4　供应链管理4.0或标准化未来的困境 …… 259
13.5　工业管理4.0—从自我控制到自我设计（即自我组织） …… 262
13.6　人与物流4.0—工业4.0后的“社交网络化工厂”的愿景 …… 265
13.7　参考文献 …… 266
第14章　工业4.0的原动力、前景、方法 …… 267
参考文献 …… 278