序

　　當(dāng)前，人類在技術(shù)革命領(lǐng)域不斷開拓創(chuàng)新，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及務(wù)聯(lián)網(wǎng)（Internet of Service）等技術(shù)得以成熟應(yīng)用，工業(yè)自動化、數(shù)字化的水平不斷提高，這些都悄然孕育著一場新的工業(yè)革命。

　　2013年年底，德國正式發(fā)布“工業(yè)4.0戰(zhàn)略計(jì)劃”，破曉了第四次工業(yè)的晨光。作為老牌工業(yè)發(fā)達(dá)國家，德國一直致力于引領(lǐng)全球工業(yè)發(fā)展的步伐，因此“工業(yè)4.0”的發(fā)布在全球范圍內(nèi)引起了極大的反響。繼德國之后，美國、英國、日本等世界主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家均出臺了一系列國家政策以支持本國工業(yè)發(fā)展，應(yīng)對新一輪工業(yè)革命所帶來的挑戰(zhàn)。我國政府通過統(tǒng)籌兼顧國內(nèi)外環(huán)境，提出了實(shí)施制造強(qiáng)國“三步走”戰(zhàn)略，并于2015年5月由國務(wù)院頒布出臺了指導(dǎo)未來工業(yè)發(fā)展第一個(gè)十年計(jì)劃“中國制造2025”，力爭在十年內(nèi)躋身世界制造強(qiáng)國行列。盡管各個(gè)國家在制定相應(yīng)戰(zhàn)略政策時(shí)，由于各自工業(yè)基礎(chǔ)和發(fā)展環(huán)境的不同，其戰(zhàn)略側(cè)重點(diǎn)有所區(qū)別，然而智能制造卻一直作為未來工業(yè)發(fā)展的主旋律備受重視。

　　在這一工業(yè)發(fā)展的重要變革時(shí)期，中德兩國政府高度重視合作共贏，包括兩國重要領(lǐng)導(dǎo)的高層互訪，雙邊政府性文件的出臺。中德雙方在關(guān)于未來工業(yè)發(fā)展的道路上已經(jīng)具備了良好的、廣闊的平臺。為了更好地對接國際形勢，積極推動我國智能制造的發(fā)展，同濟(jì)大學(xué)充分利用對德合作優(yōu)勢，繼德國“工業(yè)4.0”計(jì)劃發(fā)布不到一年，與相關(guān)德國企業(yè)共同建立了“工業(yè)4.0-智能工廠實(shí)驗(yàn)室”。一方面，作為教育部“智能制造/工業(yè)4.0”師資培養(yǎng)基地，為我國智能制造產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了大量的人才。另一方面，作為智能制造關(guān)鍵技術(shù)研究的重要基地，為我國智能制造相關(guān)企業(yè)提供了有效的技術(shù)支持和驗(yàn)證平臺，在國內(nèi)外產(chǎn)生了廣泛且積極的影響。西門子（Siemens）作為德國大型跨國公司，一直致力于服務(wù)全球工業(yè)發(fā)展。自進(jìn)入我國以來，不斷拓寬業(yè)務(wù)領(lǐng)域，并以優(yōu)異的品質(zhì)和領(lǐng)先的技術(shù)水平，確立了領(lǐng)先的市場地位。作為“工業(yè)4.0”的發(fā)起者和倡導(dǎo)者之一，西門子在“工業(yè)4.0”的發(fā)展過程中始終處于領(lǐng)軍地位，先后建成了德國安貝格數(shù)字化工廠和成都數(shù)字化工廠，作為通往未來智能制造的先驅(qū)試點(diǎn)，引起了全球制造業(yè)的高度關(guān)注。同濟(jì)大學(xué)與西門子在智能制造領(lǐng)域也已開展了廣泛的合作，從中德雙方的角度審視“工業(yè)4.0”和智能制造，為我國的工業(yè)發(fā)展道路打開一扇啟迪的窗戶。

　　本書從智能制造環(huán)境下的理論研究、產(chǎn)品生命周期、制造運(yùn)營管理、全集成自動化、系統(tǒng)集成等五個(gè)方面對智能制造進(jìn)行深入分析和探討，最終以典型案例形象地描述了我國智能制造企業(yè)在發(fā)展道路上的優(yōu)勢和不足，對理解和分析智能制造具有前瞻的理論價(jià)值，對企業(yè)開展智能制造的實(shí)施與改造具有重要的指導(dǎo)意義！

　　中國工程院院士

　　中國創(chuàng)新設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略聯(lián)盟副理事長

　　前言一

　　21世紀(jì)以來，全球出現(xiàn)了以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等為代表的新一輪技術(shù)創(chuàng)新浪潮。當(dāng)前，新興經(jīng)濟(jì)體快速崛起，全球市場經(jīng)濟(jì)交流合作規(guī)模空前龐大，多樣化、個(gè)性化需求快速發(fā)展，用戶體驗(yàn)成為市場競爭力的關(guān)鍵要素；資源、能源需求快速增長，生態(tài)環(huán)境、氣候變化備受關(guān)注，綠色低碳的發(fā)展理念漸成共識；信息網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)材料、智能制造、生物醫(yī)藥等科技與產(chǎn)業(yè)醞釀新突破，服務(wù)與業(yè)態(tài)創(chuàng)新日新月異。

　　在此背景下，德國提出“工業(yè)4.0”，中國推出“中國制造2025”，美國推進(jìn)振興高端制造，日本發(fā)展協(xié)同機(jī)器人和無人工廠，英國著力生物、納米等高附加值制造，法國開啟“新工業(yè)法國”總動員。這些國家都將智能制造視為振興實(shí)體經(jīng)濟(jì)和新興產(chǎn)業(yè)的支柱與核心，以及提升競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。

　　本書以同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院“工業(yè)4.0 -智能工廠實(shí)驗(yàn)室”和西門子相關(guān)解決方案為背景，結(jié)合作者在智能制造領(lǐng)域的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和關(guān)鍵技術(shù)編寫而成。

　　本書共分六篇，分別為理論篇、產(chǎn)品全生命周期管理篇、制造運(yùn)營管理篇、全集成自動化篇、系統(tǒng)集成篇、案例分析篇。書中介紹了智能制造在國內(nèi)外的發(fā)展與應(yīng)用狀況、智能制造的內(nèi)涵與特征；描繪了智能制造參考模型、智能工廠體系架構(gòu)以及智能工廠解決方案要素；分享了智能制造前站——數(shù)字化工廠三個(gè)不同維度的數(shù)字化藍(lán)圖和實(shí)施路線圖；通過系統(tǒng)集成篇與案例分析篇，結(jié)合西門子數(shù)字化企業(yè)軟件套件，幫助讀者更好地理解智能制造相關(guān)理念，促進(jìn)企業(yè)打造新一代智能制造創(chuàng)新平臺，從而在設(shè)計(jì)研發(fā)、工藝開發(fā)、生產(chǎn)制造、售后維護(hù)等產(chǎn)品全生命周期實(shí)行全面數(shù)字化與智能管理，同時(shí)促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用服務(wù)聯(lián)網(wǎng)的深度融合，更好地滿足客戶持續(xù)多變的個(gè)性化需求。

　　本書在注重智能制造基礎(chǔ)理論架構(gòu)的同時(shí)，也注意與數(shù)字化工廠多維信息管控系統(tǒng)及企業(yè)實(shí)踐案例相結(jié)合，使讀者能準(zhǔn)確認(rèn)知智能制造理論，體驗(yàn)實(shí)踐環(huán)境。本書適用于開設(shè)智能制造課程的高校教師和學(xué)生、致力于打造數(shù)字化企業(yè)的從業(yè)人員、研究智能制造關(guān)鍵技術(shù)的科研人員及系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)人員。

　　由于筆者水平有限，且編寫時(shí)間倉促，如有紕漏，懇請積極反饋！

　　陳明

　　同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院副院長

　　同濟(jì)大學(xué)工業(yè)4.0-智能工廠實(shí)驗(yàn)室主任

　　2016年10月

　　前言二

　　“中國制造2025”的主攻方向是智能制造，要推進(jìn)信息化與工業(yè)化深度整合，促進(jìn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)在企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、經(jīng)營管理、銷售服務(wù)等全流程和全產(chǎn)業(yè)鏈的綜合集成應(yīng)用；加快推動新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)融合發(fā)展，把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向；著力發(fā)展智能裝備和智能產(chǎn)品，推進(jìn)生產(chǎn)全過程智能化、培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平。

　　作為德國“工業(yè)4.0”的倡導(dǎo)者和世界級智能制造實(shí)踐者之一，西門子數(shù)字化工廠集團(tuán)及西門子工業(yè)軟件公司長期扎根中國，積極響應(yīng)《中國制造2025》的號召，參與組建中德智能制造聯(lián)盟，利用西門子廣泛的全球資源和本土創(chuàng)新能力，協(xié)助中國制造企業(yè)不斷提升自動化、數(shù)字化、智能化水平，深度參與中國從制造大國轉(zhuǎn)型為制造強(qiáng)國的歷史進(jìn)程。在此過程中，西門子積累了大量成功案例和寶貴的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我們十分愿意和業(yè)界分享這些經(jīng)驗(yàn)，在分享經(jīng)濟(jì)時(shí)代實(shí)現(xiàn)健康的共同成長。

　　為此，在機(jī)械工業(yè)出版社計(jì)算機(jī)出版中心總編溫莉芳女士的全力支持，以及副總編王穎女士的策劃下，2015年9月，西門子工業(yè)軟件技術(shù)團(tuán)隊(duì)組織編寫了《工業(yè)4.0實(shí)戰(zhàn)：裝備制造業(yè)數(shù)字化之道》一書，該書以基于模型的數(shù)字化企業(yè)（Model Based Enterprise，MBE）為主線，比較全面地闡述了數(shù)字模型在全流程和全產(chǎn)業(yè)鏈中的應(yīng)用。

　　MBE的理想目標(biāo)是建立數(shù)字孿生（Digital Twin）模型，即通過產(chǎn)品系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)的全數(shù)字化建模和仿真，全面或部分替代成本高且周期長的物理孿生、半數(shù)字孿生等工程開發(fā)和驗(yàn)證手段， 并在工程設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用工業(yè)大數(shù)據(jù)和預(yù)測性工程分析（Predictive Engineering Analytics）技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)“十三五”規(guī)劃中提出的智慧院所和智能工廠的愿景目標(biāo)，打通貫穿全價(jià)值鏈的數(shù)字神經(jīng)系統(tǒng)，通過工業(yè)云和工業(yè)大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)向服務(wù)型制造轉(zhuǎn)型。

　　欣聞同濟(jì)大學(xué)中德工程學(xué)院副院長陳明教授和他的團(tuán)隊(duì)編著《智能制造之路：數(shù)字化工廠》，決定選擇西門子數(shù)字化工廠技術(shù)作為核心案例，西門子很榮幸地向同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)提供了全套技術(shù)參考資料。資料收集團(tuán)隊(duì)由方志剛、王文華牽頭，PLM部分：王昕、李志明、陳鐵鋒、鄒明政、曾法力；MES部分：戚鋒、呂平、張炬、何夢瓊；TIA部分：葛蓬、崔堅(jiān)、 程瀚儂、馮學(xué)衛(wèi)、楊德奇、楊光、趙欣。在此一并對做出貢獻(xiàn)的同事表示感謝。

　　衷心希望本書對讀者有一定的參考價(jià)值，讓我們共同為實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”而繼續(xù)努力！

　　梁乃明（Leo Liang）

　　西門子數(shù)字化工廠集團(tuán)工業(yè)軟件全球副總裁兼大中華區(qū)董事總經(jīng)理

　　中德智能制造聯(lián)盟副理事長

　　2016年10月