内容简介

本书由中国科技自动化联盟内部一批老中青专家携手合作，利用将近一年时间完成，书中回顾了中国近30年制造业发展的成功经验和失败教训，站在全球视野对美欧先进制造的政策动向和内在逻辑进行梳理，全面讲解了建设智慧工厂所需要的各方面使能技术，系统总结了中国科技自动化联盟近年来所倡导的中国智慧工厂1.0理论、框架以及最佳实践，试图为广大中小企业实施智能制造指明路径。 彭 瑜 1960年毕业于清华大学动力系，上海工业自动化仪表研究院教授级高级工程师，长期从事工业过程控制系统的研究开发工作。自1996年后，研究领域集中在PC控制、现场总线、工业以太网、MES，以及现场设备的无线通信；近些年主要研究智能制造相关的自动化技术。凭借在发展我国工程技术事业方面做出的特殊贡献，1993年起获国务院特殊津贴。现任中国自动化学会理事、中国仪器仪表学会专家委员会委员、PLCopen中国组织名誉主席、POWERLINK中国用户协会理事长、中国科技自动化联盟荣誉会员、智慧工厂开放平台技术顾问委员会主席、全国智能制造综合标准化工作组专家。 王 健 清华大学电机系电机及其控制专业本科和电力电子技术专业硕士。北京易能立方科技有限公司董事总经理，北京卓易智慧科技服务有限公司董事总经理，中国科技自动化联盟联合创始人，"中国智慧工厂1.0"概念的提...(展开全部) 彭 瑜 1960年毕业于清华大学动力系，上海工业自动化仪表研究院教授级高级工程师，长期从事工业过程控制系统的研究开发工作。自1996年后，研究领域集中在PC控制、现场总线、工业以太网、MES，以及现场设备的无线通信；近些年主要研究智能制造相关的自动化技术。凭借在发展我国工程技术事业方面做出的特殊贡献，1993年起获国务院特殊津贴。现任中国自动化学会理事、中国仪器仪表学会专家委员会委员、PLCopen中国组织名誉主席、POWERLINK中国用户协会理事长、中国科技自动化联盟荣誉会员、智慧工厂开放平台技术顾问委员会主席、全国智能制造综合标准化工作组专家。 王 健 清华大学电机系电机及其控制专业本科和电力电子技术专业硕士。北京易能立方科技有限公司董事总经理，北京卓易智慧科技服务有限公司董事总经理，中国科技自动化联盟联合创始人，"中国智慧工厂1.0"概念的提出者和主要推动者之一，主导智慧工厂1.0体系、框架、标准的制定，具备工业自动化，尤其是电机和驱动控制领域逾20年工作经验，不仅是技术专家，也是行业市场专家和管理专家。近年来，致力于装备制造乃至整个制造业的转型升级路径和制造业创新创业领域的研究，对美欧先进制造业的战略动向非常熟悉。在智慧工厂理念推广和最佳实践、企业技术创新、市场创新和商业模式创新、技术商业化和技术转移、专利分析和知识挖掘等方面曾经给多家著名企业、机构提供咨询服务，也是最早研究并向国内传播工业4.0和工业互联网思想的专业人士。 刘亚威 清华大学机械工程专业本科，北京航空航天大学飞行器总体设计专业硕士。中航工业发展研究中心副研究员，长期从事先进国防制造技术发展、国防制造创新体系、制造成熟度管理，智能制造等领域研究，主持多项总装与科工局项目研究并发表数十篇论文，参与航空科技与中国制造2025相关规划制定。2100433B

“智慧工厂”的发展，是智能工业发展的新方向。特征在制造生产上体现为：

一、系统具有自主能力：可采集与理解外界及自身的资讯，并以之分析判断及规划自身行为

二、整体可视技术的实践：结合讯号处理、推理预测、仿真及多媒体技术，将实境扩增展示现实生活中的设计与制造过程。

三、协调、重组及扩充特性：系统中各组承担为可依据工作任务，自行组成最佳系统结构。

四、自我学习及维护能力：透过系统自我学习功能，在制造过程中落实资料库补充、更新，及自动执行故障诊断，并具备对故障排除与维护，或通知对的系统执行的能力。

五、人机共存的系统：人机之间具备互相协调合作关系，各自在不同层次之间相辅相成。

一、智慧工厂就是机械地把主加工工艺设备联起来

在实际生产中， 在制品在机械地联结下寸步难行，其原因就是忽视了智慧工厂的精髓：生产节拍。每个主加工设备的节拍都不一样，只有经过专业设计、规划，并在ERP、MES系统的统筹调度下，才能实现真正的智慧化生产。

二、智慧工厂完全不用人工

智慧工厂依然需要人工，但是所需人工少、素质要求高。根据实际测算，年产能80-100万平米的建筑玻璃智慧工厂，用工人数比传统工厂减少15-20人左右，主要省去了玻璃上片工、调运工等重复性工种。

三、智慧工厂的工艺布局可以模仿复制

智慧工厂的设计原则应遵循产品生产工艺，合理利用、配置自动化设备，将主加工工艺设备联结起来，并进行统筹管理。但实际进行工艺设计时，会根据客户产品比例、产品特点、销售模式（内销or外销）、产能要求、电力负荷等一系列因素综合考虑。可以说，每一个智慧工厂都是独特的。 2100433B

智慧工厂无线感测器

无线感测器将是未来实现智慧工厂的重要利器

智慧感测是基本构成要素，但如果要让制造流程有智慧判断的能力，仪器、仪表、感测器等控制系统的基本构成要素，仍是关注焦点。仪器仪表的智慧化，主要是以微处理器和人工智慧技术的发展与应用为主，包括运用神经网路、遗传演算法、进化计算、溷沌控制等智慧技术，使仪器仪表实现高速、高效、多功能、高机动灵活等性能。

如专家控制系统(expert control system；ECS)就是一种而具有大量的专门知识与经验的程式系统。它运用人工智慧技术和电脑技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，解决那些需要人类专家才能解决好的复杂问题。

此外，模块控制器(FC-Fuzzy Controller)，也称模块逻辑控制器(FLC-Fuzzy Logic Controller)，也是智慧工厂相关技术的关注焦点。由于模块控制技术具有处理不确定性、不精确性和模块资讯的能力，对无法建造数学模型的被控过程，能进行有效的控制，能解决一些用常规控制方法不能解决的问题，也让模块控制在工业控制领域得到了广泛的应用。

智慧工厂控制系统网路化

随着工厂制造流程连接的嵌入式设备越来越多，透过云端架构部署控制系统，无疑已是当今最重要的趋势之一。

在工业自动化领域，随着应用和服务向云端运算转移，资料和运算位置的主要模式都已经被改变了，由此也给嵌入式设备领域带来颠覆性变革。如随着嵌入式产品和许多工业自动化领域的典型IT元件，如制造执行系统(manufacturing execution systems；MES)以及生产计划系统(production planning systems；PPS)的智慧化，以及连线程度日渐提高，云端运算将可提供更完整的系统和服务，生产设备将不再是过去单一而独立的个体。但将孤立的嵌入式设备接入工厂制造流程，甚至是云端，其实具有高度的颠覆性，必定会对工厂制造流程产生重大的影响。一旦完成连线，一切的制造规则都可能会改变。

包括体系结构、控制方法以及人机协作方法等，都会因为控制系统网路化，而产生变化，如控制与通信的耦合、时间延迟、资讯调度方法、分散式控制方式与故障诊断等，都使得自动控制理论在网路环境下的控制方法和演算法，都需要不断地创新。

此外，由于影像、语音信号等大资料量、高速率传输对网路频宽的要求，对控制系统网路化，更构成严厉的挑战。因为工业生产流程不容许一点点差错，网路传递的封包资讯不能有一点点漏失，而且网路上传递的资讯非常多样化，哪些资料应该先传(如设备故障讯息)，哪些资料可以晚点传(如电子邮件)，都要靠控制系统的智慧能力，进行适当的判断才能得以实现。

智慧工厂工业通信无线化

工业通信无线化也是当前智慧工厂探讨比较热烈的问题。根据专家分析，到2013年，全球工厂自动化中的无线通讯系统应用，将每年增加约40%。随着无线技术日益普及，各家供应商正在提供一系列软硬体技术，协助在产品中增加通信功能。这些技术支援的通信标准包括蓝牙、Wi-Fi、GPS、LTE以及WiMax 。

然而，在增加无线连网功能时，晶片及相关软体的选择极具挑战性，包括优化性能、功耗、成本和规模，都必须加以考虑，更重要的是，由于工厂需求不像消费市场一样的标准化，必须适应生产需求，有更多弹性的选择，最热门的技术未必是最好的通信标准和客户需要的技术。

此外，无线技术虽然在布建便利性方面，对比有线显然有相当的优势，但无线技术的完善、可靠性、确定性与即时性、相容性等还有待加强。因此，工业无线技术的定位，仍应是传统有线技术的延伸，多数仪表以及自动化产品虽会嵌入无线传输的功能，但要舍弃有线技术，还言之过早。