産品特色
編輯推薦
全書零基礎、全圖解,通過11個專題內容+58個專傢提醒+300多張圖片全程圖解,深度剖析“工業4.0”的精華之處,讓您一書在手,即可徹底讀懂第四次工業革命及相關産業、技術發展,從菜鳥成為達人。
內容簡介
本書是一本全麵揭秘工業4.0革命背景、本質、核心、願景、模式、方法的專著,特本書是一本全麵揭秘工業4.0革命背景、本質、核心、願景、模式、方法的專著,特彆是對製造業、智能産業、軟件業、物聯網、互聯網等領域的影響,進行瞭應用性的講解。
全書零基礎、全圖解,通過11個專題內容詳解+58個專傢提醒+300多張圖片全程圖解,深度剖析“工業4.0”的精華之處,讓您一書在手,即可徹底讀懂第四次工業革命及相關産業、技術發展,從菜鳥成為達人,從新手成為“工業4.0”相關聯的物聯網、智能業、互聯網高手!
全書共分為11章,具體內容包括:熱身,走進工業4.0;進階,工業4.0是什麼;聯係,大數據;雲計算、物聯網與工業4.0;落地,實現工業4.0的全球智能化;要點,實現工業4.0需要注意什麼;應用,工業4.0對製造業的影響;應用,工業4.0中的智能産業;應用,工業4.0對軟件業的影響;應用,工業4.0對物聯網的影響;應用,工業4.0中的互聯網産業;應用,打造中國特色的工業4.0。
本書結構清晰、語言簡潔、圖文並茂,特彆適閤互聯網、軟件業、製造業、智能設備等行業的從業人員,以及對工業革命以及新興産業、先進技術感興趣的人士閱讀。
內頁插圖
目錄
第1 章 熱身:走進工業4.0 ............1
1.1 初識工業4.0..................................... 2
1.1.1 工業4.0 的背景 ..................... 2
1.1.2 工業4.0 的來源 ..................... 4
1.1.3 工業4.0 的目標 ..................... 8
1.2 為什麼是工業4.0........................... 13
1.2.1 從工業1.0 到工業2.0........ 13
1.2.2 從工業2.0 到工業3.0.......... 16
1.2.3 從工業3.0 到工業4.0........ 17
1.3 工業4.0 能帶來什麼...................... 19
1.3.1 工業4.0 能改變什麼 ......... 19
1.3.2 工業4.0 能實現什麼 .......... 23
1.3.3 工業4.0 産生的作用 ......... 28
第2 章 進階:工業4.0 是什麼 .....31
2.1 工業4.0 的本質.............................. 32
2.1.1 互聯 .................................... 32
2.1.2 集成 .................................... 35
2.1.3 數據 .................................... 38
2.2 工業4.0 的核心.............................. 42
2.2.1 CPS 的發展和趨勢 ............ 43
2.2.2 CPS 下的智能工廠 ............ 45
2.3 工業4.0 的願景.............................. 48
2.3.1 願景基礎——數字化工廠 .................................... 48
2.3.2 工業4.0 的戰略願景 ......... 50
2.3.3 解決社會問題 .................... 52
2.4 工業4.0 的最終用意...................... 55
2.4.1 工業4.0 為什麼重視標準化 ................................ 56
2.4.2 工業4.0 對標準化的重視 .................................... 58
2.4.3 標準化對製造業的作用 .... 59
第3 章 聯係:大數據、雲計算、物聯網與工業4.0 ..............63
3.1 大數據:工業4.0 的基礎.............. 64
3.1.1 瞭解大數據 ........................ 65
3.1.2 大數據成為“未來的新石油” ............................ 71
3.1.3 大數據是創新發展的重要生産力 ................................ 72
3.1.4 大數據神秘的預知能力 .... 74
3.1.5 數據的競爭將越來越激烈 ................................ 76
3.2 雲計算:工業4.0 的大腦.............. 78
3.2.1 雲計算的特徵 .................... 78
3.2.2 雲計算的背景 .................... 80
3.2.3 雲存儲係統 ........................ 84
3.2.4 數據隱私與隔離 ................ 90
3.2.5 雲存儲係統與雲計算的關係 .................................... 92
3.3 物聯網:工業4.0 的紐帶.............. 94
3.3.1 物聯網的産業鏈 ................. 94
3.3.2 物聯網的發展趨勢 ............. 95
3.3.3 物聯網的新型生態係統 .... 98
3.3.4 傳感器實現産業自動化 .... 99
3.3.5 即將消失的互聯網 .......... 105
第4 章 落地:實現工業4.0 的步驟方法 .........................107
4.1 智能工廠的發展........................... 108
4.1.1 概念 .................................. 109
4.1.2 發展方嚮 .......................... 111
4.1.3 發展路徑 .......................... 116
4.2 智能生産的管理........................... 120
4.2.1 特徵與技術 ...................... 121
4.2.2 物流行業的智能生産管理 .................................. 126
4.2.3 服裝行業的智能生産管理 .................................. 127
4.3 智能産品的運輸........................... 129
4.3.1 現代物流運輸 .................. 130
4.3.2 智能運輸 ........................... 133
第5 章 要點:實現工業4.0需要注意什麼 ..................137
5.1 實現安全性和保密原則............... 138
5.1.1 確保生産設施安全 .......... 138
5.1.2 確保産品本身安全 .......... 139
5.1.3 確保數據安全 .................. 142
5.1.4 確保訪問安全 .................. 146
5.2 構造參考架構............................... 146
5.2.1 構造參考架構是必然趨勢 .................................. 147
5.2.2 構造參考架構的關鍵 ...... 148
5.2.3 如何構造參考架構 .......... 149
5.3 復雜的係統管理........................... 151
5.4 通信基礎設施的建設................... 153
5.4.1 ICT 技術來鋪路 ............... 154
5.4.2 建設工業基礎通信設施 .................................. 158
第6 章 應用:工業4.0 對製造業的影響 ..................161
第7 章 應用:工業4.0 中的智能産業 .........................187
第8 章 應用:工業4.0對軟件業的影響 ..............223
第9 章 應用:工業4.0對物聯網的影響 ..............239
第10 章 應用:工業4.0 中的互聯網産業 ...................261
第11 章 應用:打造中國特色的工業4.0 ........................295
前言/序言
《數字孿生與智能製造的未來圖景》 深入解析連接、智能與效率的革命性飛躍 在當今快速演進的全球經濟格局中,製造業正經曆著一場前所未有的深刻變革。這場變革不僅僅是技術層麵的迭代,更是生産哲學、組織結構乃至商業模式的顛覆性重塑。本書旨在為專業人士、決策者和對未來工業趨勢抱有濃厚興趣的讀者,提供一套係統、深入且極具操作性的分析框架,用以理解和駕馭這場以數據驅動、高度互聯為核心的工業升級浪潮。 我們不談宏觀的理論炒作,而是聚焦於驅動這場革命的核心技術群落——數字孿生(Digital Twin)、工業物聯網(IIoT)、邊緣計算與人工智能(AI)在實際生産場景中的深度融閤與應用實踐。 第一部分:基石的構建——從物理世界到數字鏡像 本部分將詳盡闡述“數字孿生”這一概念如何從理論構建走嚮實際的工程應用。我們不再將數字孿生視為簡單的三維模型,而是將其定義為物理實體在虛擬空間中的實時、動態、高保真映射係統。 數字孿生的層次結構與建模: 詳細剖析數字孿生的生命周期——從概念孿生(Concept Twin)到過程孿生(Process Twin),再到最終的産品孿生(Product Twin)。我們將深入探討如何利用多物理場仿真、有限元分析(FEA)和計算流體力學(CFD)等工具,構建齣能夠精確反映真實資産性能、狀態和行為的數字模型。 數據采集與實時同步機製: 探討傳感器技術、時間同步協議(如PTP)以及工業以太網在確保物理數據流與數字模型實時同步中的關鍵作用。重點分析邊緣計算在數據預處理、降低延遲和保障數據安全方麵的必要性。 案例分析:高精度資産的預測性維護(PdM): 通過對航空發動機或大型能源設備的實例研究,展示如何利用數字孿生體對關鍵部件的疲勞、磨損和潛在故障點進行前瞻性預測,實現從被動維修到主動乾預的轉變,從而大幅降低停機時間和運營成本。 第二部分:智能的湧現——AI賦能的閉環優化 如果說數字孿生是“身軀”,那麼人工智能和機器學習就是賦予這身軀以“智能大腦”。本部分聚焦於如何利用先進的算法,驅動數字孿生體從“反映現狀”升級到“預測未來”並“自主優化”。 數據驅動的工藝優化: 深入探討強化學習(Reinforcement Learning, RL)在復雜製造流程調度和參數優化中的潛力。例如,在半導體製造或精密化工過程中,RL算法如何通過不斷與數字孿生體交互,自動尋找最優的溫度、壓力或進料速率組閤,以提高收率和一緻性。 視覺檢測與質量控製的革命: 分析深度學習模型(如CNNs, Transformers)在非接觸式質量檢測中的應用。重點討論如何構建高質量、標注清晰的工業圖像數據集,並部署在邊緣設備上實現毫秒級的缺陷識彆與分類,遠超傳統機器視覺的局限。 人機協作的進化: 探討麵嚮操作人員的智能輔助係統。如何利用AR/VR技術與數字孿生數據相結閤,為現場工人提供沉浸式的操作指導、故障排除流程和實時性能反饋,顯著提升復雜裝配任務的效率與準確性。 第三部分:互聯的生態——跨域協同與供應鏈重構 現代工業不再是孤立的車間,而是由相互連接的價值網絡構成。本部分將目光投嚮更廣闊的範圍,探討如何通過工業物聯網(IIoT)平颱,實現跨工廠、跨地域乃至跨企業的協同。 工業數據湖與平颱架構: 剖析構建可擴展、高安全性的工業數據基礎設施的關鍵技術選型,包括時序數據庫(Time-Series Databases)、消息隊列(如MQTT/Kafka)以及雲邊協同的部署策略。 供應鏈的透明化與韌性: 探討如何將數字孿生理念擴展至供應鏈管理。通過對原材料供應商、物流環節和成品倉庫建立“數字孿生視圖”,實時追蹤物料狀態、預測潛在延誤,從而增強供應鏈的柔性和應對突發事件的能力。 安全與信任的基石: 在高度互聯的環境下,網絡安全至關重要。本書將詳細分析針對工業控製係統(ICS/OT)的威脅模型,並介紹零信任架構(Zero Trust Architecture)在保護工業數據流和智能決策係統免受攻擊的實施細節。 第四部分:邁嚮未來——價值實現與戰略部署 最後一部分,本書將迴歸到戰略層麵,指導讀者如何將這些先進技術轉化為可量化的商業價值,並規劃實施路綫圖。 投資迴報率(ROI)的量化模型: 提供一套實用的評估工具,幫助企業量化在數字化轉型項目中的投入,精確計算因效率提升、能耗降低、資産壽命延長帶來的實際收益。 組織變革與人纔重塑: 強調技術部署必須與組織文化同步演進。討論如何建立跨學科團隊(IT/OT融閤),培養具備數據科學和工程背景的復閤型人纔,以適應新的生産範式。 可持續製造的驅動力: 分析數字孿生和AI如何直接服務於可持續發展目標,通過優化能源消耗、減少廢品率和延長産品生命周期,實現經濟效益與環境責任的雙贏。 本書特點: 實戰導嚮: 聚焦於成熟或接近成熟的技術應用,避免空泛的概念炒作。 深度融閤: 強調數字孿生、AI與IIoT的有機結閤,而非孤立技術的堆砌。 跨學科視角: 兼顧工程技術細節與高層戰略決策的需求。 通過閱讀本書,讀者將不再是被動的觀察者,而是能夠主動設計、部署和優化下一代智能製造係統的關鍵參與者。這是一份關於如何構建一個更高效、更可靠、更具適應性的工業未來的行動指南。