第1卷主要针对面向工业4.0的生产技术，包含下列要点：工业4.0应用场景、信息物流生产系统、增值链的垂直于水平集成、面向工业4.0的社会技术系统、面向工业4.0和信息安全的平台、工业4.0生产的导入场景、增值数字化。

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》，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无法满足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课题内容，就像我们第1版中所做的那样。只有从科研和实践的角度阐述、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，已呈现出许多成功的应用案例。从这个意义上讲，本套书可以作为研究人员、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研究的读者，本套书也会有所帮助。
我们感谢所有的作者、出版商、编辑团队和为此套书做出贡献的人。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
Michael ten Hompel
2016年4月

信息化与工业化

本书描述了面向工业4.0的生产技术，包括计算机集成制造、信息物理生产系统、IT安全平台等，充分展现了工业4.0时代智能生产技术及其发展。此外，还展望了工业4.0时代企业控制网络的前景，并介绍了面向工业4.0的管理系统。本书对生产制造业、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1卷，描述了面向工业4.0的生产技术，包括计算机集成制造、信息物理生产系统、IT安全平台等，充分展现了工业4.0时代智能生产技术及其发展。本书还展望了工业4.0时代企业控制网络的前景，并介绍了面向工业4.0的管理系统。本书对生产制造业、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。
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）房殿军教授承担。参加本书初稿翻译的人员（按姓氏拼音字母排序）还有李博星、刘健、卢彦廷、黄哲昱、蒋红琰、张新艳、倪添翼、王昕杰、叶剑。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，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。

译者：房殿军 教授　同济大学中德学院
　　　林　松 教授　同济大学中德学院
　　　张新艳 　　　同济大学机械学院
2019年3月

译者序
前言
第一篇　工业4.0应用场景
第1章　生产应用案例 …… 2
1.1　引言 …… 2
1.2　计算机集成制造 …… 3
1.3　精益生产 …… 5
1.4　工业4.0 …… 16
1.5　总结 …… 27
参考文献 …… 28
第2章　可变的未来汽车制造生产体系 …… 29
2.1　使用可变生产体系的动机 …… 29
2.2　灵活性与可变性 …… 30
2.3　梅赛德斯奔驰生产过程中的创新型自动化解决方案 …… 32
2.4　灵敏机器人的可变性 …… 36
2.5　研究型工厂ARENA2036通过整合新一代（轻型）
　　 汽车产品与生产形态实现可变性 …… 40
参考文献 …… 45
第二篇　信息物理生产系统
第3章　iBin—人工智能造就革命性的物流解决方案 …… 48
3.1　动机 …… 48
3.2　iBin系统描述 …… 52
3.3　展望 …… 55
3.4　潜力在哪里 …… 60
参考文献 …… 61
第4章　云端控制 …… 62
4.1　引言 …… 62
4.2　目前控制系统的不足 …… 63
4.3　云端控制系统 …… 66
4.4　云端控制系统与机器的通信 …… 70
4.5　云端控制技术的应用 …… 74
参考文献 …… 75
第5章　用于预测性维护的信息物理系统 …… 77
5.1　引言 …… 77
5.2　智能组件的维护 …… 81
5.3　智能规划系统的维护 …… 83
5.4　智能用户界面的维护 …… 87
5.5　总结 …… 92
参考文献 …… 93
第三篇　价值链的横向和纵向集成
第6章　半导体行业价值链的横向集成 …… 96
6.1　半导体行业价值网络的特点 …… 96
6.2　实现价值网络的集成 …… 99
6.3　横向集成的机遇与挑战 …… 101
6.4　总结 …… 104
参考文献 …… 104
第四篇　工业4.0中的社会技术系统
第7章　工业4.0中的安全…… 106
7.1　引言 …… 106
7.2　安全挑战 …… 107
7.3　用于柔性堆砌式系统的模块化安全验证过程 …… 112
7.4　动态设备配置的运行时间验证 …… 120
7.5　总结 …… 122
参考文献 …… 123
第8章　工业4.0的继续教育和技能发展 …… 124
8.1　工业4.0介绍和应用领域 …… 124
8.2　生产场景及其发展途径 …… 127
8.3　工业4.0能力要求的计算 …… 132
8.4　工业4.0中的继续教育 …… 135
参考文献 …… 137
第9章　减少生产中的决策 …… 139
9.1　引言 …… 139
9.2　现有远程支持应用程序 …… 141
9.3　应用重点 …… 143
9.4　前景 …… 150
参考文献 …… 151
第10章　工业环境中的人 …… 152
10.1　工业4.0中的数据流 …… 152
10.2　工业用途的扩展现实 …… 155
10.3　研究项目SmARPro …… 164
10.4　增强现实在工业中的前景 …… 170
10.5　总结 …… 173
参考文献 …… 173
第五篇　工业4.0和IT安全的平台
第11章　基于社区云的安全的工业4.0平台 …… 176
11.1　工业4.0：从概念到基础设施 …… 176
11.2　虚拟堡垒Knox—巴登-符腾堡州的工业4.0机器和
　　　工厂工程合作平台 …… 179
11.3　技术方面的核心要素 …… 180
11.4　信任和接受：VFK的信任模式 …… 190
11.5　数字工业基础设施的商业模式 …… 198
11.6　展望 …… 203
参考文献 …… 204
第六篇　生产制造中的工业4.0
第12章　PLC自动化和信息技术的联合使用 …… 206
12.1　引言 …… 206
12.2　机器设备软件的意义 …… 207
12.3　开放核心工程平台 …… 209
12.4　机械软件—工业4.0的潜力 …… 215
参考文献 …… 217
第13章　从自动化金字塔到企业控制网络 …… 218
13.1　大数据和云计算是工业4.0的推动力 …… 219
13.2　对企业信息技术的要求 …… 220
13.3　未来操作情况的机遇与前提条件 …… 222
13.4　总结 …… 224
参考文献 …… 226
第14章　工业4.0—准备就绪 …… 227
14.1　初期的复杂性 …… 227
14.2　转向工业4.0的初始情况 …… 228
14.3　工业4.0转型的过程模型 …… 234
14.4　转型方案 …… 238
14.5　总结和展望 …… 242
参考文献 …… 243
第七篇　增值过程的数字化
第15章　商业模式创新 …… 246
15.1　引言 …… 246
15.2　工业4.0中的技术和应用领域 …… 248
15.3　生产型企业的商业模式导向 …… 249
15.4　商业模式的新成功逻辑 …… 252
15.5　商业模式场景的发展 …… 256
15.6　商业模式创新实践：以365 FarmNet为例 …… 259
15.7　总结 …… 261