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导读1

第一篇 工业4.0的诞生背景、理论和方法10

第1章 工业4.0诞生的内外因分析10

1.1 工业4.0的诞生是内因与外因共同作用的结果10

1.2 内因之一：以客户个性化需求升级为代表的来自市场的挑战13

1.2.1 工业4.0时代，通过客户定制化需求的拉动来进行价值重构14

1.2.2 产品多样化给企业的经营带来了巨大的挑战16

1.2.3 大规模生产和大规模定制的变迁19

1.3 内因之二：传统制造业向数字化商业模式的转变22

1.4 外因之一：CPS、物联网等新技术对传统技术的推动26

1.4.1 网络物理系统27

1.4.2 物联网29

1.5 外因之二：提高制造业竞争力的国家竞争战略的需要31

1.5.1 德国和欧盟对工业4.0的推动31

1.5.2 美国政府提出的先进制造业计划33

1.6 案例分析：德国奥迪的智能工厂愿景34

第2章 基于CPS的工业4.036

2.1 CPS的产生背景36

2.1.1 从工业3.0时代的控制论到工业4.0时代的分布式人工智能36

2.1.2 人工智能与机器人的研究进展40

2.1.3 CPS研究的前身——智能主体43

2.2 CPS的基本理论45

2.2.1 CPS的定义45

2.2.2 CPS的五层次结构47

2.2.3 基于服务和支持实时运行的CPS50

2.3 基于CPS的网络物理生产系统51

2.3.1 从大规模定制1.0到大规模定制2.051

2.3.2 CPPS下的新系统架构56

2.3.3 CPPS的实现道路59

2.4 应用分析：CPS在智能电网、智能交通和智能医疗中的应用60

2.4.1 智能电网61

2.4.2 智能交通62

2.4.3 智能医疗63

第3章 工业4.0理论的提出和要点65

3.1 工业4.0的概念和目标65

3.1.1 物联网和服务联网是实现工业4.0的两大基础和前提66

3.1.2 CPS是实现工业4.0的核心技术67

3.1.3 工业4.0不会孤立存在，而是作为智能、网络化世界的一部分70

3.1.4 作为物联网的一个子集，M2M在工业4.0中扮演着重要的角色72

3.1.5 工业4.0的五大核心特征72

3.1.6 工业4.0可以带来新的商业机会和模式74

3.2 工业4.0的双重战略75

3.2.1 水平集成76

3.2.2 垂直集成77

3.2.3 端到端的开发77

3.2.4 员工2.078

3.3 工业4.0下的智能工厂79

3.3.1 自动化和互联的设备79

3.3.2 产品智能化且可配置80

3.3.3 智能的机器和流程82

3.3.4 配备的人做好准备，并有相关技术来支撑83

3.3.5 高级的分析和建模能力85

3.4 工业4.0的最新进展——智能服务86

3.5 案例分析：IFM实现从传感器到SAP的透明连接88

3.5.1 企业概述88

3.5.2 从传感器到ERP88

第4章 工业4.0时代下制造业价值网络的数字化转型92

4.1 数字化转型的基本概念92

4.2 数字化转型带来的三种重塑机会94

4.2.1 重塑商业模型95

4.2.2 重塑业务流程100

4.2.3 重塑工作105

4.2.4 重塑背后的技术创造价值方式的改变106

4.3 以重塑业务流程为代表的制造业数字化转型108

4.3.1 工业4.0为制造业的数字化转型提供了数字化创新机遇108

4.3.2 目前的制造业对于数字化技术的应用存在不足109

4.3.3 工业4.0对制造企业价值链的重构110

4.4 以重塑商业模式为代表的制造业数字化转型111

4.4.1 智能服务的前身——产品服务系统111

4.4.2 以IPSS为代表的面向使用或结果的制造业商业模式112

4.5 案例分析：全球物流供应商DHL的数字化转型114

4.5.1 DHL简介114

4.5.2 案例背景115

4.5.3 公路货代的业务特点和面临的挑战115

4.5.4 DHL的数字化业务变革准备117

4.5.5 工业4.0时代下DHL的物联网探索119

第二篇 SAP的物联网和工业4.0战略概览124

第5章 以S/4 HANA为数字化核心的SAP工业4.0系统架构124

5.1 以SAP S/4 HANA为数字核心的工业4.0系统架构125

5.2 SAP迈向工业4.0的产品升级改造历程127

5.3 技术发展主线一：HANA技术130

5.3.1 支持内存计算的HANA130

5.3.2 支持大数据的HANA132

5.3.3 支持云计算的HANA云平台134

5.4 技术发展主线二：移动技术135

5.5 技术发展主线三：云计算技术136

5.5.1 云计算平台136

5.5.2 SAP在SaaS软件上的进展138

5.6 技术发展主线四：S/4 HANA142

5.7 快速搭建面向工业4.0的企业的新一代数字化平台145

5.8 案例分析：美国CenterPoint公司的SAP HANA之旅147

5.8.1 公司简介147

5.8.2 美国得克萨斯州电力市场概况147

5.8.3 SAP HANA帮助CenterPoint提高客户管理水平148

5.8.4 智能电网负载分析151

5.8.5 智能电网IT/OT融合153

第6章 SAP的物联网和工业4.0战略与解决方案概览155

6.1 SAP对物联网的理解155

6.1.1 网络经济155

6.1.2 商业用途的物联网156

6.1.3 物联网的技术构成158

6.2 SAP眼中的物联网技术基础158

6.2.1 交付物联网解决方案概述159

6.2.2 物联网的三个领域160

6.2.3 将不同的领域整合起来161

6.2.4 SAP HANA平台为物联网转型做好了准备165

6.3 SAP的物联网平台架构165

6.3.1 物联网接入方案之一：基于SAP HCP的loT版本167

6.3.2 物联网接入方案之二：基于SAP的移动技术168

6.4 SAP的工业4.0数字化解决方案的组成169

6.5 案例分析：美国哈雷·戴维森摩托车公司的大规模定制生产重生之路170

6.5.1 公司简介170

6.5.2 战略转型之旅170

6.5.3 哈雷从互联营销、智能制造到售后服务的全价值链创新174

第三篇 SAP的六大工业4.0解决方案详述180

第7章 工业4.0下的互联产品180

7.1 SAP互联产品解决方案概述181

7.2 支持端到端创新的集成的产品开发183

7.3 支持大规模定制背景下的产品配置管理185

7.3.1 产品变量配置的基本概念185

7.3.2 面向大规模定制的产品数据结构187

7.3.3 将设计与制造进行同步191

7.4 提供支持物联网的工程控制中心194

7.4.1 对多种开发工具的支持194

7.4.2 对物联网多数据源的支持196

7.5 加快创新速度的创新平台197

7.5.1 产品组合计划197

7.5.2 项目管理198

7.5.3 打造面向员工参与的创新平台199

7.5.4 打造基于大数据分析的创新平台200

7.6 连接客户与厂家的资产智能网络202

7.7 案例分析：德国宝马汽车公司在产品模块化和客户定制化上的数字化转型206

7.7.1 公司简介206

7.7.2 案例背景206

7.7.3 基于产品生命周期管理项目，推动产品的模块化208

7.7.4 基于面向客户的销售与生产，实现大规模定制业务209

第8章 工业4.0下的互联营销212

8.1 SAP互联营销解决方案概述212

8.2 基于SAP CEC的全渠道商务213

8.2.1 传统的实体零售市场在向全渠道迅速转变213

8.2.2 搭建全渠道解决方案的思路216

8.2.3 SAP的全渠道B2C商务解决方案218

8.3 基于SAP HANA的大数据驱动的需求管理220

8.3.1 从需求计划到需求感知220

8.3.2 大数据下的需求分析221

8.3.3 需求分析的技术和工具222

8.3.4 大数据需求供应分析解决方案223

8.3.5 基于大数据的精准营销226

8.4 案例分析：德国HSE24公司利用SAP HANA实现大数据分析与精准营销231

8.4.1 公司简介231

8.4.2 电视购物客户与购买特点232

8.4.3 面临的挑战234

8.4.4 解决方案236

第9章 工业4.0下的互联制造238

9.1 SAP的互联制造解决方案概述238

9.1.1 SAP的互联制造及其技术路线238

9.1.2 基于SAP的互联制造解决方案建立开放式集成工厂241

9.2 基于SAP IBP的供应与响应计划243

9.2.1 响应与需求管理244

9.2.2 产品计划与排程247

9.3 基于SAP HANA的MRP250

9.4 SAP的制造执行（ME）252

9.4.1 MES和ERP的区别与互补252

9.4.2 SAP ME在智能工厂中的应用255

9.5 SAP的制造集成与智能（MII）259

9.5.1 挑战：制造业孤岛259

9.5.2 MII是制造企业的“粘结剂”259

9.5.3 MII是制造企业的“巡视员”260

9.5.4 MII是制造企业的“分析师”260

9.6 SAP工厂连接解决方案262

9.7 案例分析：德国Elster公司通过OPC UA实现SAP ME与车间自动化设备的连接264

9.7.1 公司简介264

9.7.2 项目背景264

9.7.3 MES项目265

第10章 工业4.0下的互联供应269

10.1 SAP的互联供应解决方案概述269

10.2 通过SAP Ariba搭建互联商务平台270

10.3 通过SAP IBP搭建需求驱动的业务计划272

10.3.1 使用集成的业务计划来取代传统的供应链计划系统272

10.3.2 制订销售和运营计划273

10.3.3 通过内部和外部的需求数据来提高决策水平276

10.4 通过SAP IBP搭建供应链控制塔279

10.4.1 预见问题的能力280

10.4.2 获取对外包供应链的控制281

10.4.3 获得敏捷能力281

10.5 基于SAP SNC的供应网络协同282

10.6 案例分析：美国高露洁棕榄公司的SAP全球供应链管理285

10.6.1 公司简介285

10.6.2 背景285

10.6.3 高露洁基于SAP的供应链管理287

第11章 工业4.0下的互联物流292

11.1 工业4.0环境下物流的新特点292

11.2 SAP的互联物流解决方案概述293

11.3 基于SAP WMS/EWM的仓库管理295

11.3.1 与互联设备的连接295

11.3.2 与仓储自动化设备的连接296

11.3.3 增强现实在仓库操作中的应用298

11.4 基于SAP TM的运输管理300

11.5 基于SAP EM的跟踪与追溯302

11.6 SAP的物流网络中心解决方案303

11.7 案例分析：德国汉堡港的智能港口物流平台304

11.7.1 公司简介304

11.7.2 智能港口物流项目背景305

11.7.3 基于SAP物流网络中心解决方案打造的云平台307

第12章 工业4.0下的互联服务309

12.1 工业4.0对产品服务的要求309

12.2 SAP的远程维修与服务解决方案310

12.2.1 远程维修与服务的方案架构310

12.2.2 远程维修与服务的业务效益312

12.3 SAP的预测性维修与服务313

12.3.1 方案概述313

12.3.2 PDMS的应用315

12.3.3 使用SAP PDMS解决方案的价值317

12.4 SAP增强现实方案在服务中的应用318

12.5 案例分析：德国凯撒压缩机公司通过大数据和实时业务，将以客户为中心的服务业务提升到更高的水平319

12.5.1 公司简介320

12.5.2 大数据支持下的预防性维护321

12.5.3 将产品开发与客户需求联系起来323

12.5.4 通过洞察来加快获取价值的速度323

第四篇 工业4.0应用效益分析和趋势展望326

第13章 制造企业实施工业4.0和物联网的效益与挑战326

13.1 工业4.0定性的效益分析326

13.2 工业4.0定量的效益分析329

13.3 物联网的行业应用效益330

13.4 汽车零部件企业实现工业4.0的价值分析332

13.4.1 集成的生产与物流流程333

13.4.2 加强机器和人之间的协作333

13.4.3 提高车间层的生产效率333

13.5 技术、经济、组织、法律等方面对工业4.0的挑战334

13.6 应用分析：工业4.0为汽车工业带来的变化336

13.6.1 对复杂性的管理是汽车企业取得成功的关键336

13.6.2 基于无传送带的分布式汽车生产系统338

第14章 下一阶段工业4.0的发展及其相关动向340

14.1 工业4.0的发展路径340

14.2 智能服务的成熟度341

14.3 工业4.0参考架构模型343

14.3.1 RAMI 4.0的结构343

14.3.2 使用RAMI 4.0的好处345

14.4 美国先进制造的发展方向346

14.4.1 先进传感器、控制和制造平台技术348

14.4.2 可视化、信息化和数字化的制造技术349

14.5 美国的工业互联网、中国的“中国制造2025”和“互联网＋”351

14.5.1 美国的工业互联网与德国工业4.0351

14.5.2 “互联网＋”的解读354

14.5.3 “中国制造2025”与电子商务的成功之路354

缩略语357

参考文献362