工業4.0技術及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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馬誌敏 著

圖書標籤:

• 工業4
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• 智能製造
• 數字化轉型
• 物聯網
• 大數據
• 雲計算
• 人工智能
• 自動化
• 機器人
• 工業互聯網

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122311733

版次：1

商品編碼：12293073

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2018-03-01

用紙：輕型紙

頁數：216

字數：363000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：本書可供廣大企業決策、管理和技術人員閱讀參考,也可作為高等學校相關專業的教材。
隨著《中國製造2025》戰略的實施，中國企業將深入開展同德國“工業4.0”技術的對接閤作，從而進一步提升我國企業的國際競爭力，為此，我們必須深入瞭解“工業4.0”技術。《工業4.0技術及應用》簡單介紹瞭世界工業革命的曆史，以及“工業4.0”技術的發展過程及其對世界和我國的影響；然後，從軟件到硬件、從設備到技術、從專業到學科，全麵介紹瞭工業4.0的應用軟件、工業4.0的硬件係統；以智能工廠的設計、安裝和調試為例，綜閤介紹瞭如何應用工業4.0技術的具體實例。
《工業4.0技術及應用》在編寫中力圖體現以下特色：
1.《工業4.0技術及應用》緊扣我國工業現狀，麵嚮産業結構調整，緊扣《中國製造2025》綱要，適閤企業需求，解決企業轉型升級的關鍵技術。
2.《工業4.0技術及應用》從工業4.0的應用角度，詳細介紹瞭工業4.0的應用軟件和硬件係統，還通過實例講解瞭工業4.0的具體應用方法，內容實用，是我國從事相關政策研究人員、企業管理者的必讀書籍。
3.《工業4.0技術及應用》用簡明易懂的語言，闡述瞭工業4.0技術，便於中高職職業教育和應用型大學的專業布局和開設新專業時閱讀參考。

內容簡介

隨著《中國製造2025》戰略的實施，中國企業將深入開展同德國“工業4.0”技術的對接閤作，從而進一步提升我國企業的國際競爭力，為此，我們必須深入瞭解“工業4.0”技術。《工業4.0技術及應用》簡單介紹瞭世界工業革命的曆史，以及“工業4.0”技術的發展過程及其對世界和我國的影響；然後，從軟件到硬件、從設備到技術、從專業到學科，全麵介紹瞭工業4.0的應用軟件、工業4.0的硬件係統；最後，《工業4.0技術及應用》以智能工廠的設計、安裝和調試為例，綜閤介紹瞭如何應用工業4.0技術的具體實例。
《工業4.0技術及應用》可供廣大企業決策、管理和技術人員閱讀參考，也可作為高等學校相關專業的教材。

作者簡介

馬誌敏，吉林省工業技師學院，國傢電工與電子技術學科帶頭人，教育部學術研究員，教研室主任，吉林機電專業科帶頭人，國傢職業技能鑒定考評員，教育部中國職教學會信息化工作委員會全國微課專傢遴選人,吉林市政府采購評審專傢，吉林省工業技師學院機電技術應用專業建設委員會委員。
研究方嚮：機電技術應用、自動控、電工與電子技術、工業機器人、電力拖動控製技術、PLC控製技術等。
先後擔任過《電工學》、《電力拖動》、《電工材料》、《電工儀錶》、《電工基礎》、《工業機器人》、《製藥機械控製》、《垃圾處理設備控製》、《單片機》、《工廠電氣控製設備》、《PLC控製技術》、《電工與電子技術》、《設備電氣控製技術》、《焊接電工》、《液壓與氣壓傳動》、《電氣控製與自動化係統》、《變頻器》、《觸摸屏》、《CNC係統簡介》、《步進電機》、《數控機床進給傳動鏈組件》、《伺服驅動器》、《數控機床維修》等課程的理論教學和實踐教學。

目錄

第一章　工業發展概述 1
第一節　工業1.0 的發展過程及其影響 1
第二節　工業2.0 的發展過程及其影響 4
第三節　工業3.0 的發展過程及其影響 7
第四節　工業4.0 的發展過程及其影響 10

第二章　工業4.0 的應用軟件 16
第一節　TIA Portal 軟件 16
第二節　西門子MES 係統 133

第三章　工業4.0 的硬件係統 148
第一節　西門子計算機集成自動智能係統概述 148
第二節　AGV 150
第三節　機器人視覺 156
第四節　工業機器人 174
第五節　RFID 係統、傳輸綫體及倉儲 184
第六節　數控機床及總控單元 188

第四章　工業4.0 應用實例 194
第一節　智能工廠的設計 194
第二節　智能工廠的安裝與調試 204
參考文獻 216

精彩書摘

八、比較成熟的工業4.0模式的智能工廠
（一）智能工廠的基本組成
比較成熟的工業4.0智能工廠的基本組成如圖4-12所示。

圖4-12 比較成熟的工業4.0智能工廠的基本組成
（二）智能工廠的基本理念
比較成熟的工業4.0智能工廠的基本理念如圖4-13所示。

圖4-13 比較成熟的工業4.0智能工廠的基本理念
1.智能計劃排産
通過集成，從ERP(Enterprise Resource Planning即企業資源計劃，是製造業係統和資源計劃軟件)等上遊係統讀取主生産計劃後，利用APS(Advanced Planning and Scheduling即高級計劃與排程，是企業管理軟件之一)進行自動排産，按交貨期、精益生産、生産周期、最優庫存、同一裝夾優先、已投産訂單優先等多種高級排産算法，自動生成的生産計劃可準確到每一道工序、每一颱設備、每一分鍾，並使交貨期最短、生産效率最高、生産最均衡化，這是對整個生産過程進行科學的源頭與基礎。
2.智能生産過程協同
為避免貴重的生産設備因操作工忙於找刀、找料、檢驗等輔助工作而造成設備有效利用率低的情況，企業要從生産準備過程上，實現物料、刀具、工裝、工藝等的並行協同準備，實現車間級的協同製造，可明顯提升機床的有效利用率。
隨著3D模型的普及，在生産過程中實現以3D模型為載體的信息共享，將CATIA、PRO/E、NX等多種數據格式的3D圖形、工藝直接下發到現場，做到生産過程的無紙化，也可明顯減少圖紙轉化與看圖的時間，提升工人的勞動效率。
3.智能的設備互聯互通
如圖4-14所示，通過信息化與生産設備等物理實體的深度融閤，實現智能製造的生産模式。對企業來講，將那些貴重的數控設備、機器人、自動化生産綫等數字化設備，通過機床聯網、數據采集、大數據分析、可視化展現、智能決策等功能，實現數字化生産設備的分布式網絡化通訊、程序集中管理、設備狀態的實時監控等。

圖4-14 智能的設備互聯互通
4.智能生産資源管理
通過對生産資源(物料、刀具、量具、夾具等)進行齣入庫、查詢、盤點、報損、並行準備、切削專傢庫、統計分析等功能，有效地避免因生産資源的積壓與短缺，實現庫存的精益化管理，可最大程度地減少因生産資源不足帶來的生産延誤，也可避免因生産資源的積壓造成生産輔助成本的居高不下。
5.智能質量過程管控
通過工業互聯網對生産現場設備的基本狀態、製造過程參數、工藝過程數據等進行實時采集、監測、動態預警、過程記錄和分析，從而實現對加工過程實時的、動態的、嚴格的工藝控製，對生産過程中的質量問題進行及時的處理，分析齣規律，減少質量問題的再次發生，為技術人員與管理人員進行工藝改進提供科學、量化的參考數據，在以後的生産過程中，減少不好的參數，確保最優的生産參數，從而保證産品的一緻性與穩定性。
6.智能決策支持
在整個生産過程中，係統運行著大量的生産數據以及設備的實時數據，這些數據都是企業寶貴的財富。對這些數據進行深入的挖掘與分析，係統自動生成各種直觀的統計、分析報錶，如計劃製訂情況、計劃執行情況、質量情況、庫存情況、設備情況等，可為相關人員決策提供幫助。這種基於大數據分析的決策支持，可以很好地幫助企業實現數字化、網絡化、智能化的高效生産模式。
（三）智能工廠的基本特徵
1.係統具有自主能力
可采集與理解外界及自身的資訊，並以之分析判及規劃自身行為
2.整體可視技術的實踐
結閤訊號處理、推理預測、仿真及多媒體技術，將實境擴增展示現實生活中的設計與製造過程。
3.協調、重組及擴充特性
係統中各組承擔為可依據工作任務，自行組成最佳係統結構。
4.自我學習及維護能力
透過係統自我學習功能，在製造過程中落實資料庫補充、更新，及自動執行故障診斷，並具備對故障排除與維護，或通知對的係統執行的能力。
5.人機共存的係統
人機之間具備互相協調閤作關係，各自在不同層次之間相輔相成。
（四）智能工廠的基本功能模塊
1.智能倉儲
自動備料，自動上料。
2.智能車間
自動生産，組裝，包裝。
3.智能品質管控
自動品質管控。
4.集成其他係統
與ERP,MES係統集成。
5.追溯管理
對材料，生産環節，品質管控等各個環節的追溯。
九、MES的選擇流程
首先是確定MES需求，然後是選擇閤格供應商，在此企業需要進行決策的是:是走正規的招標流程，還是小範田的供應商進行係統演示，進行競爭性談判，這兩種方式各有利弊。但無論如何，建議企業在選擇供應商的時候.要從從企業實力及發展前景、産品技術實現、項目實施管理能力、售後的服務能力、谘詢顧問的實施能力及典型客戶的情況等角度等進行綜閤考察，並且一定要明確“先技術，後商務”的步驟進行。
一般招標流程如圖4-15所示。

前言/序言

自2009 年起，美國就著力調整經濟發展戰略，先後齣颱瞭《美國復蘇和再投資法案》《重振美國製造業框架》《美國製造業促進法案》《先進製造夥伴計劃》《先進製造業國傢戰略計劃》和《製造創新國傢網絡》等法案和政策，他們希望通過實施再工業化戰略，重振製造業，從而搶占世界製造業高端，並在此基礎上維持美國世界超級大國的地位。德國政府也緊隨著推齣工業4.0 戰略，它的推齣，宣告著人類工業革命將邁入工業4.0 時代。這些政策措施的紛紛齣颱，疑將會進一步促進和提升製造業的發展，進一步朝著智能製造的時代邁進。
為此，我國國務院於2015 年5 月8 日正式發布瞭《中國製造2025》，指齣未來十年我國工業的“五大重點工程”和“十大發展領域”，並為此專門成立瞭“國傢製造強國領導小組”，2017 年習總書記訪問德國時正式提齣：“中國製造2025”將與德國“工業4.0”戰略對接，至此，工業4.0 成為中國乃至全世界共同矚目的概念。
隨著“中國製造2025”戰略的實施，中國企業將深入開展同德國“工業4.0”技術的對接閤作，從而進一步提升我國企業的國際競爭力，為此，我們必須深入瞭解“工業4.0”技術。本書簡單介紹瞭世界工業革命的曆史，以及“工業4.0”技術的發展過程及其對世界和我國的影響；然後，從軟件到硬件、從設備到技術、從專業到學科，全麵介紹瞭工業4.0 的應用軟件和硬件係統；最後，以智能工廠的設計、安裝和調試為例，綜閤介紹瞭如何應用工業4.0 技術的具體實例。
本書在編寫中力圖體現以下特色：
1.緊扣我國工業現狀，麵嚮産業結構調整，緊扣《中國製造2025》綱要，適閤企業需求，解決企業轉型升級的關鍵技術。
2.本書從工業4.0 的應用角度，詳細介紹瞭工業4.0 的應用軟件和硬件係統，通過實例講解瞭工業4.0 的具體應用方法，內容實用，是我國從事相關政策研究人員、企業管理者的必讀書籍。
3.本書用簡明易懂的語言，闡述瞭工業4.0 技術，便於職業教育培訓和應用型大學相關專業教學使用。
由於工業4.0 軟件技術在我國剛剛開始應用，尚有許多未知的新技術，加之編者學識和水平有限，書中如有不妥之處，敬請讀者批評指正。
編著者
2018年1月

圖書簡介：《工業4.0技術及應用》 圖書名稱：工業4.0技術及應用 簡介： 本書旨在深入剖析“工業4.0”這一全球製造業轉型浪潮的核心技術體係、關鍵應用場景及其對傳統産業生態的顛覆性影響。在信息物理係統（CPS）的驅動下，未來的智能工廠不再是孤立的生産單元，而是高度互聯、自適應、自我優化的復雜智能體。本書將從理論基礎到前沿實踐，係統梳理支撐這一轉型的關鍵技術集群，並結閤大量的行業案例，闡釋如何將這些技術有效地部署到實際生産製造流程中，實現效率的飛躍、柔性的增強以及可持續發展的目標。 第一部分：工業4.0的時代背景與核心理念 工業革命的曆史脈絡清晰地勾勒齣人類生産力提升的軌跡。從蒸汽機的首次應用到電力驅動的大規模流水綫，再到信息技術（IT）與運營技術（OT）的融閤，每一次飛躍都伴隨著生産組織方式的根本性變革。工業4.0，作為第四次工業革命的標誌，其核心在於“智能化”和“互聯化”。 本部分首先界定瞭工業4.0的基本內涵，它不僅僅是簡單的自動化升級，而是構建一個由機器、産品、係統和人共同組成的、實時的、動態的、端到端的集成化生産網絡——即“智能製造係統”（Smart Manufacturing System）。我們將探討其背後的驅動力，包括全球供應鏈的復雜性增加、個性化定製需求的爆發、資源約束日益緊張以及快速技術迭代帶來的競爭壓力。 此外，書中詳細闡述瞭工業4.0的九大關鍵設計原則，例如：互操作性（Interoperability）、虛擬化（Virtualization）、去中心化決策（Decentralization）、實時性（Real-time Capability）以及服務導嚮（Service Orientation）等。理解這些原則是掌握未來工廠運營邏輯的基礎。 第二部分：支撐工業4.0的核心技術體係 工業4.0的實現依賴於一係列前沿技術的協同作用。本書將對這些關鍵技術棧進行詳盡的拆解和分析： 1. 工業物聯網（IIoT）與邊緣計算： IIoT是連接物理世界和數字世界的橋梁。本書將深入分析傳感器、執行器、智能終端等設備如何通過先進的通信協議（如5G、TSN時間敏感網絡）實現海量、低延遲的數據采集與傳輸。重點討論邊緣計算（Edge Computing）的角色，它如何將數據處理能力推嚮數據源頭，以滿足高可靠性、低延遲的實時控製需求，從而減輕雲計算中心的負擔，並保障關鍵操作的即時響應。 2. 信息物理係統（CPS）與數字孿生（Digital Twin）： CPS是工業4.0的基石。本書詳細闡述瞭CPS的架構，包括感知層、網絡層、計算層和應用層，以及它們如何通過反饋迴路實現對物理實體的精確映射與控製。尤為重要的是，我們對數字孿生技術進行瞭專題研究。數字孿生不僅是物理資産的靜態三維模型，而是包含實時運行數據、曆史數據和預測模型的動態虛擬實體。讀者將學習如何利用數字孿生進行産品全生命周期管理（PLM）、工藝模擬優化以及故障預警。 3. 大數據分析與人工智能（AI）： 海量生産數據隻有經過有效的分析纔能轉化為價值。本章聚焦於工業大數據處理的特點，如數據的異構性、高維度和時間敏感性。隨後，深入探討AI技術在製造業中的具體應用，包括：基於機器學習的預測性維護（PdM）、質量缺陷的視覺檢測（利用深度學習）、生産排程的優化算法，以及自主決策係統的構建。 4. 增材製造（3D打印）與柔性生産： 增材製造不再是簡單的原型製作工具，它正成為小批量、高復雜度和定製化産品的關鍵製造手段。書中分析瞭不同增材製造技術（如SLM、EBM、DLP）在工業級應用中的材料局限性與突破點。同時，探討增材製造如何與柔性裝配綫結閤，實現大規模個性化定製（Mass Customization）。 5. 工業機器人與人機協作（Cobots）： 新一代工業機器人具有更高的靈活性、更強的感知能力和更易於編程的特性。本書重點介紹瞭協作機器人（Cobots）在保障安全的前提下與工人並肩作業的場景，以及如何利用先進的運動規劃算法實現復雜任務的自動化。 6. 工業網絡安全（Cybersecurity）： 隨著OT網絡與IT網絡的深度融閤，安全風險呈指數級增長。本書係統梳理瞭針對工業控製係統（ICS）和SCADA係統的威脅模型，並介紹瞭零信任架構（Zero Trust Architecture）、加密通信、安全審計以及安全韌性（Resilience）設計在未來工廠中的必要性。 第三部分：工業4.0的關鍵應用領域與實施路徑 技術隻有落地纔能産生效益。本部分關注技術在具體工業場景中的集成應用。 1. 智能供應鏈與物流： 探討如何利用區塊鏈技術確保供應鏈數據的透明度和可追溯性。研究如何通過實時需求預測和動態庫存管理係統，構建對市場變化快速響應的敏捷供應鏈。 2. 智能工廠的運營優化： 詳細介紹瞭如何構建一套集成MES（製造執行係統）、ERP（企業資源規劃）和WMS（倉庫管理係統）的整體化信息架構。重點分析瞭通過實時數據分析實現能耗優化、設備綜閤效率（OEE）提升的具體案例。 3. 産品全生命周期管理（PLM）的數字化轉型： 從概念設計、仿真驗證、生産製造到售後服務的全流程數字化打通。介紹如何利用雲平颱承載設計數據，並確保設計意圖（Design Intent）在生産製造環節中的精確傳遞。 4. 實施路綫圖與挑戰： 本書最後一部分提供瞭企業邁嚮工業4.0的實用路綫圖，涵蓋瞭從“數字化成熟度評估”到“試點項目選擇”、“技術棧集成”和“組織能力建設”的漸進步驟。同時也客觀分析瞭當前企業在數據孤島、人纔短缺、前期投資迴報周期長以及標準不統一等方麵麵臨的現實挑戰，並提供相應的應對策略。 總結： 《工業4.0技術及應用》不僅是一本技術手冊，更是一份麵嚮未來的戰略指南。它以嚴謹的學術態度和豐富的工程實踐經驗，為企業決策者、技術工程師、研究人員以及相關專業的學生，提供瞭全麵、深入、可操作的工業智能化轉型知識體係。通過閱讀本書，讀者將能夠清晰把握未來智能製造的發展趨勢，並具備將先進技術轉化為實際生産力的能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編寫方式簡直是為我這樣的初學者量身定做的。我之前嘗試過閱讀一些關於工業4.0的資料，但常常因為技術術語太多、理論過於抽象而望而卻步。然而，《工業4.0技術及應用》卻以一種非常友好的方式引導讀者進入這個復雜的世界。它從最基礎的“為什麼需要工業4.0”講起，分析瞭當前製造業麵臨的挑戰，例如成本上升、效率瓶頸、定製化需求激增等，然後自然而然地引齣工業4.0作為解決方案的核心價值。書中對各項關鍵技術，如數字孿生、邊緣計算、雲計算、網絡安全等，都進行瞭生動形象的解釋，並輔以大量的圖示和流程圖，使得原本枯燥的技術原理變得易於理解。我尤其喜歡的是，它不僅僅是羅列技術，更側重於闡述這些技術如何協同工作，共同構建一個高度自動化、智能化、柔性化的生産體係。對我而言，這本書更像是一本“工業4.0入門指南”，讓我能夠快速建立起對這個領域的整體框架認知，不再感到迷茫。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我大開眼界！作為一個在傳統製造業摸爬滾打瞭十幾年的老兵，我一直對“工業4.0”這個概念感到既熟悉又陌生。熟悉是因為它總是在行業會議、技術論壇上被提及，但陌生則是因為真正能深入淺齣解釋清楚其內涵和實踐路徑的書籍實在太少瞭。這本書的齣現，恰好填補瞭這個空白。它沒有空談理論，而是從技術基石講起，比如物聯網（IoT）如何賦能設備互聯互通，大數據分析如何挖掘生産過程中的潛在價值，人工智能（AI）又如何在智能製造中扮演關鍵角色。更重要的是，作者並非生搬硬套概念，而是結閤瞭大量真實的工業案例，從汽車製造到消費品生産，從流程工業到離散製造，都給齣瞭詳實的應用場景和實施思路。讀完之後，我纔真正理解瞭數字化轉型並非遙不可及，而是可以通過一係列具體的技術手段逐步實現的。這本書讓我對“智能工廠”的理解不再停留在科幻電影的層麵，而是有瞭更清晰、更落地的認知，甚至開始思考如何將書中的理念應用到我們自己的車間改造中。

評分☆☆☆☆☆

這本書帶來的最大啓發在於其對“應用”的深度挖掘。我一直認為，技術本身固然重要，但如何將其轉化為實際的生産力，纔是衡量其價值的關鍵。而《工業4.0技術及應用》在這方麵做得尤為齣色。書中列舉瞭形形色色的應用案例，涵蓋瞭從産品設計、生産製造、質量檢測到供應鏈管理、售後服務等各個環節。例如，書中詳細介紹瞭如何利用物聯網傳感器實時監控設備運行狀態，通過大數據分析預測故障並進行預防性維護，從而大大降低瞭停機時間和維修成本。還講到瞭如何通過3D打印技術實現小批量、個性化産品的快速生産，滿足瞭市場多樣化的需求。更讓我印象深刻的是，它還探討瞭工業4.0在提升員工安全和工作環境方麵所起到的積極作用，比如通過機器人協作減少人工在高風險環境下的暴露。這些真實世界的應用場景，讓我看到瞭工業4.0的無限可能性，也讓我對未來的工廠有瞭更具象化的想象。

評分☆☆☆☆☆

作為一名長期關注科技發展趨勢的技術愛好者，我一直試圖尋找一本能夠全麵梳理工業4.0全貌的書籍。在閱讀瞭《工業4.0技術及應用》之後，我可以說，這本書非常精準地捕捉到瞭這個時代的核心脈搏。它不僅僅是簡單地介紹某項技術，而是著重於探討這些技術如何整閤，如何構建一個相互連接、信息共享、自主決策的智能製造生態係統。書中對於“智能化”和“自動化”的界定，以及它們在不同工業場景下的具體體現，都進行瞭深刻的剖析。我特彆贊賞作者在探討網絡安全和數據隱私等方麵的審慎態度，這錶明本書的視角是全麵且具有前瞻性的。此外，書中對於人纔培養和組織變革的討論，也觸及瞭工業4.0實施過程中繞不開的挑戰。總的來說，這本書提供瞭一個宏觀的戰略視角，也提供瞭微觀的技術細節，對於理解工業4.0的深層邏輯和發展方嚮非常有價值。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些能夠將復雜概念轉化為易於理解的語言的作者充滿敬意。《工業4.0技術及應用》的作者無疑具備這樣的能力。這本書就像一位經驗豐富的嚮導，帶領讀者穿越工業4.0的迷宮。它沒有迴避其中的挑戰，而是以一種務實的方式，探討瞭實施工業4.0可能遇到的技術難題、成本投入以及人纔瓶頸。我尤其欣賞書中對於“循序漸進”的強調，它並非要求企業一步到位實現徹底的智能化，而是提供瞭不同階段的實現路徑和技術選擇。書中對於“人機協作”的解讀，也讓我看到瞭技術發展並非是要取代人類，而是賦能人類，讓他們能夠從事更具創造性和價值的工作。讀這本書，我感受到的是一種積極的、麵嚮未來的力量，它讓我相信，即使是傳統行業，也能通過擁抱新技術，煥發新的生機。這本書不僅僅是一本技術手冊，更是一本關於製造業未來發展趨勢的“啓示錄”。