德国工业4

第四次工业革命 系统基于信息物理融 合
18世纪末 20世纪初
20世纪70年代
现在
在2013年4月的汉诺威工业博览会上,德国政府正式推出
德国工业4.0
是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。
由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助。预计投资2亿 欧元。
旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工 程学的智慧工厂
2010年左右云计算、大数据、 2010年后CPS系统、工业互联网、 物联网、移动互联网加快发展 智能制造
辅助——ICT主要是
计算机成为制造业的 辅助工具
集成——计算机、 软件、通信、网 络与制造技术相 集成, 生产自动 化程度不断提升 融合——ICT在 制造业全产业链 全面融合渗透, 制造的外延和生 产模式全面变革
4.0
工 业 三 大 趋 势
生产网络
制造 运行管理系统（ MOM）将帮助生 产价值链中的供应 商获得并交换实时 的生产信息。供应 商所提供的全部零 部件都将在正确的 时间以正确的顺序 到达生产线。
虚拟与现实世界的完美融合
在未来, 生产过程中的每一步都将在虚拟世界被设计、仿真以及 优化, 为真实的物理世界包括物料、产品、工厂等建立起一个高度 仿真的数字“双胞胎”
一是自主创新能力不强；
二是产品质量问题还比较突出；
三是资源效率利用比较低，能耗 比较高，污染比较严重；
四是产业结构不是很合理，低端 产品产能严重过剩，高端产品能 力比较差。
主要标志: 电力的广泛 应用
第二次工业革命（工业2.0）
——第二次技术革命和与之相关 的生产方式变革, 被称为第二次 工业革命, 进入工业2.0时代。
——汽车、石油、钢铁等重化工 行业得到迅速发展。
第三次科技革命
原子能、计算机与空间技术革命
——1957年, 苏联发射人造地球卫 星, 开创了空间技术新纪元。 ——1945年美国成功地试制原子 弹后, 后来原子能技术逐渐运用于 工业, 特别是核能发电。 ——上世纪40年代后期的电子管 计算机为第一代计算机, 开创了电 子信息时代。 ——人工合成材料、分子生物学 和遗传工程等高新技术开始出现。
理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中
的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参
与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技
1 术智的能使工用厂者:和重受点益研者究，智同能时化也生成产为先进工业生
2
3
产系技 统术及的过创程造，者以和及供网应络者化；分布式
生产设施的实现。
德国工业4.0战略
国家战略下合作探索“工业4.0”智能工厂 德国提出“工业4.0”这一概念本身带有国家的
提高 生产率
缩短产品 上市时间
提升 灵活性
实现大规模定制, 满足不 确定情况下的市场需求, 提升生产调度管理水平
大国战略
当“工业4.0”上升成为德国的民族战略、由总理默克尔 亲自代言, 并把这一概念迅速风靡全球时, 中国工信部正 在狠狠推动“中国制造2025”, 总理李克强也担任起了 “中国制造2025”的超级推销员, 五次出访累计带回了近 1400亿美元大单。与此同时, 美国的科技业正在一旁虎视 眈眈, 准备随时一网打尽……
第一次工业革命
（工业1.0）
——这一次技术革命和与之相关 的生产方式变革, 被称为第一次工 业革命, 进入工业1.0时代。
——纺织、冶铁、交通运输等行 业得到发展, 轻工业化特征明显。
第二次科技革命
电力技术革命
——1831年, 英国科学家法拉第发 现了电磁感应现象, 提出了发电机 的理论基础。 ——19世纪六七十年代起, 电灯、 电报、电话、发电机、内燃机、火 力发电厂等一系列电气发明相继问 世。电力作为一种优良而价廉的新 能源被广泛应用。 ——人类历史从“蒸汽时代”跨 入了“电气时代”。
业
网络的方式运转, 自动连接到云平台搜索合适的专家处理问题。专
4.0
家将通过集成的知识平台, 通过移动设备更有效地进行传统的远程
应
维护服务。
用
场
景
德国工业4.0三大主题
智能物流: 主要通过互联网、物联网、务联网，整合物流资源，充
分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服
务智匹能配生，产得:到主物要流涉支及持整。个企业的生产物流管
美 国 工 业
挑 战
4.0
中国制造2025
德国工业4.0
01
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04
提出中国制造2025的背景
从中国制造业形势看, 2013年工业占GDP的37%, 装备制造业产值规模突破20万亿元人民币, 占全球装备制 造业总量的三分之一以上。中国发电设备产量约占全球总量的60%；造船占全球比重的41%；机床占全球比 重38%。在500余种工业产品中, 中国有220多种产量居世界第一
依托硅谷模式抢占软件技术优势, 发展先进生产方式
美国的互联网以及ICT巨头与传统制造业领导厂商携手, GE、思科、IBM、英特尔等80多 家企业成立了工业互联网联盟, 正重新定义制造业未来, 并在技术、标准、产业化等方面 做出一系列前瞻性布局, 工业互联网与成为美国先进制造伙伴计划的重要任务之一。
劳动力 供给减少
人口成本 上升
从事制造业 意愿降低
中国的“世界工厂”面临双重挑战
发达国家正在进行“再工业化”运动 东盟国家、印度和拉美国家则拥有更低的劳动力和资源成本。
中国制造业现状
“制造强国战略研究”咨询项目对8个国家: 美国、德国、日本、英国、法国、韩国、印度和中国，从1946年到 2012年制造业的数据进行趋势分析。
工业4.0: 实现产品的大规模定制
大规模生产
定制生产
X 品种单一
✓ 成本低 ✓ 效率高 ✓ 交货快
大规模定制
X 成本高 X 效率低 X 交货慢
✓ 品种多 ✓ 个性化
通过智能制造满足大规模定制
生产智能化
能源管理智能化
智能
设备智能化 供应链管理智能化
传统生产方式
信息
材料
物质 生产
产品
能源
智能生产方式
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德国推出工业4.0战略
1784年第一台纺织机
第一次工业革命 随着蒸汽驱动的机 械制造设备的出现
1959年第一个可编程 逻辑控制器PLC
第三次工业革命 用电子和IT技术实现 制造流程的进一步 1870年第一条生产线 自动化
美国辛辛那提屠宰场
第二次工业革命 随着基于劳动分工 的、电力驱动的大 规模生产的出现
反思。德国称得上是一个高端制造的大国, 制造业作为 其经济增长的动力, 使其在欧债危机中长期保持坚挺。 但他们的制造业始终以产品为主。他们一直在反思, 为 什么自己的产品只有生产功能的价值, 而没有服务的价 值。为此通过互联、数字、智能化的融合、智能工厂 的建设, 可能是未来的方向。基于自身较强的制造设备 工业, 在国家战略下合作建设互联的智能工厂系统可能 是重要的路径, 使得德国成为第四次工业革命的先行者。
制造 服务化
过程虚 拟化
组织 分散化
制造资 源云化
主要国家纷纷出台制造业创新战略
2015 2014 2013 2012
新文工字业内法容国
英国未文来字制内造容业预测
德文国字工内业容4.0 美国先进文制字造内业容国家战略 美国G文E字工内业容互联网
日本机文字器内人容新战略 中国文制字内造容2025
第四次工业革命的到来
智能工厂
从单向到双向
旧的生产链
生产链
长期且固定的一种关系
新的生产网
生产网
相对动态的一种关系
新的生产网
智能工厂
销售
运输
生产
设备
原料
满足定制
缩短工期
智
能
配
置
降低成本
减少能耗
强化竞争力
这是强化竞争力的根源。包括如何 提高能源、资源的使用效率等
缩短创新周期, 解决产品的复杂性, 运用大数据的挖掘分析作用
德国工业4.0与中国制造2025
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第一次科技革命
蒸汽技术革命
——18世纪60年代从英国发起 的技术革命是技术发展史上的一 次巨大革命, 它开创了以机器代 替手工劳动的时代。
——这场革命是以工作机的诞生 开始的, 以蒸汽机作为动力机被 广泛使用为标志。
主要标志: 蒸汽机的广泛 应用
电子商务
原
个性化 定制
B2B.B2C 材
料
行
业
网络营销
远程 运维
装 备 行 业
O2O 消 费 品
在线诊断 行 业
移动社交营销 智能决策 众包设计
…… 营销 …… 服务 …… 研发
虚拟设计
协同 研发
在线协
制造
同制造 云制造
……
个人制造
开放程度越高的环节融合程度越深 距消费者越近的行业融合环节越多
产品 个性化
1980年以太网标准诞生
2000年后工业以太网标准相继推出
1982年IBM最早使用总线技术
80年代中后期工业现场总线发展
80年代数据库大发展
90年代ERP、MES系统软件出现
90年代互联网迅速发展
90年代电子商务、B2B诞生
2004年进入web2.0时代
2005年左右众包概念出现，网络 营销、B2B大发展
如何将中国制造转变为中国创造, 如何提升中国制造业的全球竞争力, 成为中国政府和企业的一大任务
国际金融危机, 凸显实体经济的重要性
美国、德国、英国等发达国家纷纷提出以重振制造业为 核心、以信息网络技术、数字化制造技术应用为重点, 旨 在依靠科技创新, 抢占制造业新的制高点的“再工业化” 战略
人口红利 消失
——每一次信息通信技术的重大创新都会为制造业带来新的变革 ——这一次可能是互联网引领的产业变革, 推动制造业智能化、网络化
ICT技术创新
1946年计算机诞生
制造业相应变革
1952年数控系统诞生
60年代半导体逻辑元件诞生
1969年可编程PLC
60-70年代计算机图形软件商品化 70年代CAD技术创新开始
三大趋势
信息物理融合系统
在未来的智能工厂中, 产品信息都 将被输入到产品零部件本身, 他们会根据自身生 产需求, 直接与生产系统和设备沟通, 发出下一 道生产工序指令, 指挥设备进行自组织生产。这 种自主生产模式能够满足每个用户的“定制需 求”
生产均具有高度的灵活性
当前产品设计已被高度固化, 客户不可以将跨一款车的雨刷器
实施工业4.0的技术基础是网络实体系统及物联网。而启动工业4.0的 重要前提之一是工业自动化，主要在机械制造和电气工程领域。
内涵: 实现由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，在商 业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴
目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。
该模式中，传统的行业界限将消失，而各种新的活动领域和合作形式 会诞生。
主要标志: 电子计算机的广泛 应用
工业3.0时代
——第三次科技革命开启了工业 3.0时代, 但由于生产方式没有出 现明显变化, 第三次工业革命并未 发生。
——推动了电子信息、医药、材 料、航空航天等行业的发展。
——电子计算机的广泛应用, 促进了 生产自动化。
三次科技革命比较表
第一次
第二次
第三次
时间 18世纪60年代 19世纪70年代 20世纪四五十年代
上世纪90年代，我国还处在世界第8位。现在已经到了第4位，和德国、日本还有一定的差距。
优势:
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一，经过几十年的快速发展，我国制造业
学
规模跃居世界第一位.
中
第二，在于“亚洲工厂”本身。部分低端经
国
济活动的确由于工资增长从中国转移，却强
制
化了以中国为中心的地区供应链。
造 现
第三，内需在不断扩大。
状
习
不足:
理论 牛顿力学
电磁学
爱因斯坦相对论
标志 时代
蒸汽机 蒸汽时代
电力和内燃机 原子能、计算机、航
天技术、生物工程等
电气时代
电子信息时代
传统的以能量转换工具为推动力的经济将难以维系 传统的工业化发展模式已没有竞争力
第四次工业革命的到来
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制造业面临的压力
同行产能增加 环境压力加大 资源相对短缺
产品多样化 用户需求变化
市场多样化 利润空间减小
竞争白热化
资源与环境
劳动力成本提高 原材料价格上涨
市场
成本
制造业面临的压力
第四次工业革命的到来
互联网浪潮
——互联网的雏形始于1969年的 美国, 是美军在ARPA（阿帕网, 美 国国防部研究计划署）基础上发展 而来的。 ——1991年, 科学家提姆· 伯纳斯 李开发出了万维网及简单的浏览器, 互联网开始向社会大众普及。 ——随着互联网的商业化发展, 人 类进入互联网浪潮时代。互联网对 生产生活产生了全面的影响。
用于跨厂商的其它车型。工业4.0之下, 设计、生产均具有高度的
工
灵活性, 可以完成端到端的从客户需求到加工制造等各方面的配
业
置, 以较低的成本满足客户需求, 实现产量很低仍能获利的一次性
生产, 为客户生产该款雨刷器。
4.0
应 用 场 景
远程维护服务
工
在工业4.0之下, 生产系统将如同“社会机器”, 以类似于社交