德国工业4.0原版
工业4.0
工业时代4.0这条路刚刚开始,但给了我们大概的方向,未 来企业会变成数据的企业、创新的企业、集成的企业、不断 快速变化的企业。对于整个制造业来说,这是一个巨大的颠 覆,称之为工业革命,是毫不为过的。
代化所带来的压力将影响到中国几乎所有的行业,而工业 自动化和新一代信息技术的集成是关键。
工业4.0有哪些特点?
互联:互联工业4.0的核心是连接,要把设备、生产线、工 厂、供应商、产品和客户紧密地联系在一起。 数据:工业4.0连接和产品数据、设备数据、研发数据、 工业链数据、运营数据、管理数据、销售数据、消费者数据。 集成:工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式中端系统、 智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络。通过这 个智能网络,使人与人、人与机器、机器与机器、以及服务与 服务之间,能够形成一个互联,从而实现横向、纵向和端到端 的高度集成。 创新:工业4.0的实施过程是制造业创新发展的过程,制 造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新,将会层出不 穷,从技术创新到产品创新,到模式创新,再到液态创新,最 后到组织创新。 转型:对于中国的传统制造业而言,转型实际上是从传统 的工厂,从2.0、3.0的工厂转型到4.0的工厂,整个生产形态 上,从大规模生产,转向个性化定制。实际上整个生产的过程 更加柔性化、个性化、定制化。这是工业4.0一个非常重要的 特征。
“工业4.0”是德国联邦教研部与 联邦经济技术部在2013年汉诺威 工业博览会上提出的概念。它描 绘了制造业的未来愿景,提出继 蒸汽机的应用、规模化生产和电 子信息技术等三次工业革命后, 人类将迎来以信息物理融合系统 (CPS)为基础,以生产高度数字化、 网络化、机器自组织为标志的第 四次工业革命。“互联网+制造” 就是工业4.0。“工业4.0”是德国 推出的概念,美国叫“工业互联 网”,我国叫“中国制造2025”, 这三者本质内容是一致的,都指 向一个核心,就是智能制造。它 将推动中国制造向中国创造转型, 所以很多人说,工业4.0是整个中 国时代性的革命。
德国工业4.0简介
3、实现路径(续):开展八大行动
(7)监管框架
在工业4.0下建立新的制造流程和横向业务网 络架构时,必须遵守法律;而现有法律也同样应在 需要时,考虑到创新的影响进行调整。面临的挑战 包括保护企业数据、责任问题、处理个人数据和贸 易限制。这将不仅对立法,也对其他有商业性质的 活动提出了要求——制度将作为一个涵盖面广泛的 适用工具而存在,其内容包括指导方针、个性化 生产高度灵活的工厂可以迎合顾客对产品个性化、多样化、不断改变的要求,可以通过现 代化的手段,以大批量生产的成本,制造批产量的产品。从某种意义上说,回到了第一次工业 革命之前。顾客与工厂频繁交流沟通,不仅在订合同前,而且在下订单后、设计、加工、装配、 调试阶段。因此,顾客甚至可以在产品生产过程中改动他的订单细节。
(2)灵活性
(3)决策优化
(4)资源生产率和利用效率
(5)新服务创造价值机会
(6)应对工作场所人口的变化
(7)工作和生活的平衡
(8)高工资仍然具有竞争力
提 纲 ▪ 一. 德国工业4.0介绍 ▪ 二. 其他发达国家情况 ▪ 三. 对中国工业的启示 ▪ 四. 几点思考
二、其他发达国家情况
(1)美国再工业化
2、内涵(3个特征)
(1)生产工艺与信息技术融合
核心技术:赛柏物理空间 CPS—Cyber-Physical System
传感器 + 微处理器 + 执行器 + 连网能力
CPS强调实体装置和控制网络的连结,即信息 通信技术(ICT)
在制造业中采用物联网和服务网,实现人的控
制在时间、空间等方面的延伸,本质就是人、 机、物的融合。也被称为人机物融合系统。
二、 其他发达国家情况
(2)日本
工业4.0
工业4.0生人类历史的长河中,近300年来文明高速发展,人们的生活日新月异,与过去相比人类的活方式产生了天翻地覆的变化。
尤其是新技术、新发明层出不穷,不断地改变着人类的生活方式。
这一人类发展历史的伟大奇迹,得益于工业革命的开展。
面对21世纪人类发展产生的新问题,“工业 4.0”概念被提出,由此产生的“第四次工业革命”未来会把人类文明推向空前的高度。
时光回溯到2013年4月的德国汉诺威,一年一度的“汉诺威工业博览会”正在这座工业之城如火如荼的举行。
早在2011年,德国博世公司的Siegfried和德国科学院的Henning Kagermann组成了“工业4.0”工作小组,向德国联邦政府提出了工业4.0的实施建议,并且在2013年的汉诺威工业博览会上正式推出。
对于大规模的实施,专家们相信在2020年左右,工业4.0就会全面的实现。
工业4.0战略是应用物联网、智能化等新技术提高德国自身的制造业水平。
德国政府早在2013年就将“工业4.0”纳入了国家的《高技术战略2020》计划,德国联邦教育及研究部和联网经济技术部联合资助这一项目,投资预计将达到两亿欧元。
工业3.0战略通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统-信息物理系统(Cyber-Physical System)将制造业向智能化转型。
达到智能化的的目的需要三大条件来实施,首先是“智能工厂”,其次是“智能生产”,最后是“智能物流”。
通过三大要素,可以将制造业推向新的高度。
众所周知,德国的制造业是全球制造业的领头羊。
德国政府希望通过工业4.0战略的实施,进一步提高德国制造业的全球竞争力,并将工业化的生产开拓出一种全新的模式。
工业4.0项目为人类展现了一种全新的工业模式,智能化和网络化将重新构建现有的制造业。
物联网将渗透到所有的制造领域,整个产业链分工将会重新进行,传统的行业界限将会消失,人类的的生活方式将面临着全新的改变。
看过了对“工业4.0”的简单介绍,想不想要更加了解这一战略呢,让我们接着往下看吧!工业4.0战略的三大组成就是智能工厂、智能生产和智能物流,智能的制造业将成为第四次工业革命的主导。
德国工业4.0原版
Intense research activities in universities and other research institutions Drastically increasing number of publications in recent years Large amount of funding by the German government
Model predictive control (MPC)
Modern, optimization-based control technique Successful applications in many industrial fields Can handle hard constraints on states and inputs Optimization of some performance criterion Applicable to nonlinear, MIMO systems
A system is strictly dissipative on a set W ⊆ Z with respect to the supply rate s if there exists a storage function λ such that for all (x , u ) ∈ W it holds that λ(f (x , u )) − λ(x ) ≤ s (x , u ) − ρ(x ) with ρ > 0.
k =0 x (k |t + 1) x (t + 1) state x input u t+1 u (k |t + 1) k =N
Basic MPC scheme
德国工业4.0战略
德国工业4.0战略德国工业4.0平台科学顾问委员会主席、德国技术科学院院士艾纳·安德尔为首的四位专家近期分享了德国工业4.0的发展路线图,德国“工业4.0”17个纲要论点、未来智能互联系统、大数据信息物理系统等观点。
【专家之一】德国工业4.0平台科学顾问委员会主席、德国技术科学院院士艾纳·安尔互联网技术的历史沿革发展安德尔认为可以分几个阶段,每个阶段分五个时间现代工程的信息可持续周期管理、生产流程、制作操作、流程优化和整合等是对工业4.0 重要的过程。
互联网技术的沿革发展基本经历每五年为一个发展阶段,安德尔认为,从1993年起,万维网的诞生是现在技术的起始点。
第一阶段,1995年,超媒体技术文本文件可以进行连接,从而产生的企业有Yahoo,AOL;第二阶段,五年之后的多媒体技术,产生的新公司有Google、亚马逊,2000年成立的技术方面,使用Java 、UML、XML第三个阶段,在五年之后,社交媒体时代,人与人的链接,Facebllk,Youtube、Twitter第四个阶段,2001年,企业发现社交媒体进行连接需依靠应用技术,2007年,随着iPhone的出现的App,2009年ipad ,仅仅五年,整个技术不断动态发展。
第五个阶段,2015年,信息物理网络体系,首先人与人,企业之间相互联系,系统之间互相联系,工业4.0 受之影响,比如物联网、数据网等元件的连接。
未来五年的发展,依然有动力什么是工业4.0?是一个术语,用来描述对于产业、工业的第四次的革命,工业4.0指的是,技术与产业之间的联系,第一次工业革命是在18世纪末,制造工厂的基础是水动力和蒸汽动力;第二次工业革命是大规模生产由电力驱动。
第三次是以信息技术来改变人的工作方式的革命,工业4.0 是指工业革命,它瞄准的是整个价值链,是整个生命生产周期。
技术使用信息物理系统(CPS)的形式建立全球网络,整合其机器、仓储系统和生产设施。
工业4.0时代
工业4.0背景
2009到2012年欧洲深陷债务危机,德国经济却一枝独 秀,依然坚挺。德国经济增长的动力来自其基础产业—— 制造业所维持的国际竞争力。对于德国而言,制造业是传 统的经济增长动力,制造业的发展是德国工业增长的不可 或缺因素,基于这一共识,德国政府倾力推动进一步的技 术创新,其关键词是“工业4.0”。 德国政府提出“工业4.0”战略,并在2013年4月的汉诺 威工业博览会上正式推出,其目的是为了提高德国工业的 竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。 上个月,中德两国签署的《中德合作行动纲要》明确,双 方将在工业4.0方面加强合作,标志着工业从3.0自动化时 代向4.0智能化时代迈进的号角已经吹响。
工业4.0概念
功能强大的、自主的微型计算机(嵌入式系统)正越来越 多地相互间或与互联网以无线方式互联。这正在导致引起 实体物理世界与虚拟网络世界(cyberspace)以虚拟网 络—实体物理系统(CPS)的方式相融合。这意味着有史 以来第一次,有可能将资源、信息、物品和人进行互联, 从而造就物联网和服务。这种现象的影响也将反映到工业 领域。在制造领域,这种技术的渐进性进步可以被描述为 工业化的第四个阶段,即工业 4.0 从消费意义上来说,“工业4.0”就是一个将生产原料、智 能工厂、物流配送、消费者全部编织在一起的大网,消费 者只需用手机下单,网络就会自动将订单和个性化要求发 送给智能工厂,由其采购原料、设计并生产,再通过网络 配送直接交付给消费者。
工业4.0——从智慧工厂到智能生产 工业4.0的标准规范
标准
EMMA: 多模式工业辅 助系统
工业4.0 智慧工厂
USDL: 信息物理产品系 统中的语义服务
OMM: 语义产品内存
工业4.0——从智慧工厂到智能生产 智能产品案例-智能化汽车
德国工业4.0标准化路线图v3
开源 用例
服务机器人
德国工业4.0标准化路线图(第三版)
人和工作
人 性 化 的 工 作 设 计
工 作 系 统 的 设 计
组 织 工 作 的 设 计
任 务 和 工 作 的 设 计
产 品 ︐ 设 备 和 接 口 的 设 计
工 作 环 境 ︐ 工 作 区 和 工 作 站 的 设 计
设 计 工 作 要 促 进 学 习 和 能 力 发 展
•人和工作 产品,设备和接口的设计 工作环境,工作空间和工作站的设计
设计工作,以促进学习和能力的发展
Question?
谢谢!
Thank You!
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•主题和标准化需求
语义
语义,属性,本体 形式化描述工业系统语义的图论方法(工业自动化 和控制系统 - IACS)
标准化术语 参考模型
德国工业4.0标准化路线图(第三版)
•主题和标准化需求
体系结构和数据模型
数字模型 参考架构模型 属性 参考架构模型RAMI 4.0 管理外壳和工业4.0组件 产品准则 国际几何产品规范(GPS)
德国工业4.0标准化路线图(第三版)
•人和工作 人性化的工作设计
工作系统设计的人体工程学原理 正在增长的需求:与信息一起工作 与标准化无关的领域的联接 IT安全:人类的角色
德国工业4.0标准化路线图(第三版)
•人和工作 工作系统的设计 工作组织的设计
任务的设计
德国工业4.0标准化路线图(第三版)
德国工业4.0标准化路线图(第三版)
•主题和标准化需求 生产系统的生命周期
应用领域 开发 维护
非功能性特性
定义非功能性特性的术语。 功能安全 安全保密 可靠性和鲁棒性 可维护性 用标准明确非功能特性
德国“工业4.0”概览
汉诺威工业博览会上 , “ 工业 4 . 0 ” 项 目被 正 式 推 出 , 为 德 国勾 画 了下 一 代 更 高层 次 的 全 新 工 业 模 式 , 是 整 套 的全 产 业 链 集 成 创
产、 营销、 物流乃至服务基于 网络物理 融合 式生产系统实现 网络
化, 构 成 实 时优 化 的 新 价 值 创 造 网络 , 提 高 生 产 流 程 的透 明 度 、 应 对 突 发 情 况 的灵 活 性 , 也 能 实 现 整 个 新 价 值 创 造 网络 的全 球 性优化 。 在 新 价 值 创 造 网络 中 , 设计、 配置、 订购 、 规划 、 生 产 借 助 信 息 通信 技 术 实现 以顾 客 为 导 向 的衔 接 。在 从 订购 到 供 货 的 整
个流 程 中 , 参 与 者 能 进 行 多维 度 的动 态 磋 商 , 包 括质 量 、 时 间、 风 险、 强度 、 价格 、 环保性能等 。 特征 二 : 纵 向集 成 和 网络 化 的 生产 系统 。 工业 4 . 0时 代 的 自 组织工厂在 多变的边界条件 ( 如 短 期 内多 变 的 需 求 、 库存 、 突 发 情况等) 下, 通 过分布式 生产 , 制 造 出 多样 化 个 性 化 的 产 品 。 自 组 织 工 厂 的制 造 模 式 是 资源 与 产 品 的互 联 。材 料 与 部 件 能被 实 时定 位 ,通 过 生 产 系 统 自主 确 定 将 要 进 行 的生 产 步 骤 并 记 录 已
[德国,中国,工业]工业4.0,德国做给中国看的一场戏
工业4.0,德国做给中国看的一场戏工业4 0来真的还是噱头?当然是真的!然而,它又是一场戏,一场德国做给中国看的戏。
相信很多人会有这么个误解:工业4.0一旦来临,以德国为首的欧洲制造业会走向复兴,欧洲国家会抢走全球绝大部分的制造订单,中国近30年的制造业基础将全面解体……然而,果真会这样吗?要回答这个问题,首先得解释工业4.0究竟是什么。
其实,关于工业4.0概念,这方面的解释也已经很多了,我们没必要从德国国家战略到汉诺威工业展再一路介绍个遍,但是,可以为大家提炼工业4.O的几个核心。
第一,工业4 0的最终模式是一个全价值链集成整合的业态可以分为企业间横向集成、价值链过程的端到端集成,企业内部纵向集成三个部分。
但现阶段和此后一段时间,德国人谈的工业4 0还主要停留在“企业内部纵向集成”。
第二,工业4.O在生产制造、流通供应、产品交付的整个价值链条中引入了两个新的元素,一是互联网,二是大数据。
第三工业4.0将互联网延伸到厂房和车间,打破了工厂在工业时代的信息孤岛和信息热岛效应。
从而,让工厂数据流与因特网的数据流进行交换,这里面当然带来了极大的安全性危险,却由此激活了工业、制造业的想象力。
第四,工业4 0将数据作为一种工业元素加入到生产当中,并让其成为最具创造性的生产力。
这些可资利用的数据,部分来自因特网数据流的接入;另一部分则是工厂在日积月累的生产过程中所积淀的庞大的生产数据这些以往被尘封的数据将在工业4 0的生产模式下实现价值最大化。
第五,工业4.O是一场有关智能制造的革命,但并非一场效率革命。
它可实现柔性化制造在保证私人订制的前提下,最大化实现材料使用、人力成本的集约但它不会比目前的工厂更有效率。
所以,工业4 0在本质上是为配合人类对于更高生活质量的需求而进行一场革命,它改变了人类的生活方式,改变了人们对工业品和其它商品的理解它让产品不再是统一而冰冷的物件,重新塑造了价值链上的多重合作关系,并将生产的重心由工厂转移到用户端让“最终的人”参与到生产过程当中去――他们向工厂输入自己对产品的要求,以及创造力。
2.6几分钟告诉你德国工业4.0有多可怕
几分钟告诉你德国工业4.0有多可怕德国不走美国互联网的路径,而是根据自身在制造研发领域的优势,力图实现弯道超车。
这一点恐怕是中国企业在学习工业4.0时要特别注意的。
乒乓球世界冠军波尔对战库卡机器人手臂机械手臂模仿人设想某日,你突然想要一辆汽车。
你拿出手机,点开APP,输入你的定制化要求,就只需坐等工厂安排生产、组装和配送。
这样的定制化智能生产,可能并不遥远。
在工业4.0时代,每一个消费者都能按照自己的意志支配生产。
但这远非全貌,那时物联网的存在将进一步改造人类的生活方式。
比如你家里的冰箱能够自动感知牛奶缺少,自动向工厂发送送奶信息,工厂则针对你的口味定制生产牛奶,甚至标有你的名字。
之后牛奶就会被及时送到你的家里。
上述科幻化的“万物互联”场景,是德国政府和企业界正在试图实现的工业4.0。
德国为什么要提出工业4.0,背后的推动力是什么?中国企业真的可以学习吗?《第一财经日报》记者近日探访主要“策源地”德国,试图揭示工业4.0的前世今生。
德国的野心工业4.0战略的首次提出是在2013年的德国汉诺威工业博览会。
此后,工业4.0概念逐渐引人注目。
之所以被称为工业4.0,主要相对于前三次工业革命而言:工业1.0指的是18世纪开始的第一次工业革命,实现了机械生产代替手工劳动;第二次工业革命始于20世纪初,依靠生产线实现批量生产;工业3.0则为现代人所熟悉,指的是20世纪70年代后,依靠电子系统和信息技术实现生产自动化。
过去20年来,美国引领的互联网革命深深改变了人类的生活方式,其他国家纷纷仿效。
有分析认为,为了与工业3.0时代的集大成者美国竞争,德国迫切希望阻止信息技术对制造业的支配,进而引领新一轮工业革命,成为新游戏规则的制定者。
德国有着和美国不一样的竞争优势:制造业。
无论是质量还是技术,德国制造在全世界范围都是优秀的代名词。
德国70%左右的制造业产品都用于出口到世界各地。
也正是因为这一点,在最近几年的经济危机中,德国经济才能保持强劲的稳定性,和美国、欧洲其他国家形成了鲜明对比。
德国工业4.0成熟度标准最新研究
2014年,德国正式发布“工业4.0战略计划”,成为第四次工业革命的晨光。
作为老牌工业发达国家,德国又一次引领了全球工业发展的步伐,引起了全球工业界的极大反响。
继德国之后,美国(IIC )、日本(4.1J )、中国(2025)等世界主要工业国家均出台了适应各自工业基础和发展环境的国家政策和战略,以应对新一轮工业革命所带来的挑战。
工业4.0是未来工业生产全面数字化的代名词,是为未来更完美的生产系统做的准备。
工业4.0项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助,在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成,并已上升为国家级高科技战略,它也可以看成是一个研究平台。
完美的工业生产系统是一个现代信息和通信技术相互关联体。
这方面技术的基础是智能和数字网络系统。
在它们的助力下,组织的大规模定制生产成为可能:在工业4.0中,人员、机器、工厂、物流和产品之间实现直接的交流与协作。
通过物联网,不仅能够优化一个生产步骤,同时可以优化整个价值链。
它能贯穿整个产品生命周期的所有阶段———从产品的概念到开发、制造、使用、维护,再到回收利用。
参考建筑模型Industry 4.0,可看到三根轴,见图1。
德国工业4.0成熟度标准最新研究德国莱茵TU ··V □陈伟康郑豪图1德国工业4.0RAMI 理论模型活动层级(层)业务层功能层信息层通讯层集成层资产层15入的新概念。
另一个是工业互联网,称之为互联世界。
RAMI模型是工业4.0的一个完整的解决方案基础。
例如,生产区域中的所有状态数据(Asset层)通过各种传感器采集并传输予以集中,然后将有讨论价值的数据通过UDP/IP或TCP/IP传输出去,之后就可以在一个平台上讨论所有具体问题。
依据德国工业4.0的基本三大要素:体系、程序和产品,结合德国莱茵T U··V的三大核心:人文、技术和环境,建立了包含九个单元的德国莱茵TU··V工业4.0成熟度模型,其中每个单元涉及到了欧洲和国际上的相关标准和法规,很好地细化了德国工业4.0对于企业发展的每个细节,尤其适合于中国企业。
德国工业4.0详细内容介绍
02 中
工 业 4. 0 各 国 战 略 国 距 离 工 业 4. 0 还 有 多
中德签署《中德合作行动纲领》 2014年10月10日,中华人民 共和国国务院总理李克强在访问 德国期间和德国总理默克尔,联 合发表了《中德合作行动纲领》, 重点突出了双方在制造业就“工 业4.0”计划的携手合作。双方将 以中国担任2015年德国汉诺威消 费电子、信息及通信博览会 (CeBIT)合作伙伴国为契机,推进 两国在移动互联网、物联网、云 计算、大数据等领域的合作。
工 业 4. 0 各 国 战 略
02
美 国 工 业 4. 0 挑 战
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, 正重新定义制造业的未来,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。
03
中 国 制 造 20 25
对外: 丝绸之路经济带:
用一 路一 带眼 光看 《中 国制 造 2025 》
• • • 中国至东南亚、南亚、印度洋。
培养全球眼光、 世界格局迫在 中国经中亚、俄罗斯至欧洲(波罗的海); 中国经中亚、西亚至波斯湾、地中海; 眉睫!
21世纪海上丝绸之路:
• 从中国沿海港口过南海到印度洋,延伸至 欧洲; • 从中国沿海港口过南海到南太平洋。
德国工业4.0
对中国制造启示
主要内容
1 工业4.0
2 工业4.0各国战略
3 中国制造2025
提 纲
▪ 一. 德国工业4.0介绍 ▪ 二. 其他发达国家情况 ▪ 三. 对中国工业的启示
德国工业4.0(中文版)
把握德国制造业的未来实施“工业4.0”攻略的建议工业4.0工作组德国联邦教育研究部2013年9月【编者按】为了在新一轮工业革命中占领先机,在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下,“工业4.0”项目在2013年4月的汉诺威工业博览会上被正式推出。
这一研究项目是2010年7月德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一——旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。
本文为“德国工业4.0战略计划实施建议”的全文翻译版本。
如有问题和错误,敬请批评指正。
主编:康金城供稿:中国工程院咨询服务中心刘晓龙、郗振宇、高金金、陈守双、占松林、王波、李贞、陈磊联系人:郗振宇联系方式:xzy@ 59300248目录【编者按】 (I)执行摘要 (1)1 引言 (5)2愿景:工业4.0作为智能、网络化世界的一部分 (12)2.1塑造工业4.0愿景 (13)2.2在工业4.0下未来会是什么样子? (15)2.3新型的商业机会和模式 (17)2.4工作场所的全新社会基础设施 (19)2.5全新的基于服务和实时保障的CPS平台 (20)2.6工业4.0之路 (22)3双重战略:成为领先的市场和供应商 (27)3.1 领先的供应商策略 (27)3.2 主导市场策略 (28)3.3 双重战略及其关键特征 (29)3.3.1 价值网络下的横向集成 (30)3.3.2 全价值链的端到端工程 (30)3.3.3 纵向集成和网络化制造系统 (31)4 需求研究 (35)5 优先行动领域 (39)5.1标准化和开放标准的一个参考体系 (39)5.2管理复杂的系统 (44)5.3为工业提供一个全面宽频的基础设施 (48)5.4 安保是工业4.0成功至关重要的因素 (49)5.5 数字化工业时代工作的组织和设计 (58)5.6培训和持续的职业发展 (62)5.7规章制度 (67)5.8资源效率 (73)6 德国如何与世界其它国家竞争? (80)7 展望 (91)背景资料: (92)工业4.0战略计划 (92)工业4.0平台 (94)执行摘要德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一,其装备制造行业全球领先。
德国工业4.0
02
提供资金支持
政府设立专项资金,支持工业4.0相关技术研发、应用示范和产业化项
目,鼓励企业加大投入。
03
加强法规建设
完善相关法律法规,保护知识产权,为工业4.0发展提供良好的法治环
境。
企业内部变革与创新
组织架构调整
企业为适应工业4.0的发展需求, 进行组织架构调整,强化跨部门 、跨领域的协作能力。
业务流程优化
运用先进的信息技术和管理理念 ,对企业业务流程进行优化,提 高生产效率和灵活性。
技术创新与应用
积极研发和应用新技术、新工艺 、新装备,提升企业在工业4.0领 域的核心竞争力。
产业链上下游合作与协同
供应链协同
加强与供应商、销售商等合作伙伴的协同,实现供应链的优化和 整合。
产业链整合
通过兼并重组、战略合作等方式,整合产业链上下游资源,形成 优势互补、协同发展的产业生态。
深化国际产能合作和装备制造合作
鼓励中国制造业企业“走出去”,积极参与国际产能合作和装备制造合作,推动中国制 造业在全球产业链和价值链中的地位提升。
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知识产权保护
工业4.0的创新成果涉及大量知识产权,如何加强知识产权保护和 管理是一个重要问题。
人才培训与职业发展挑战
人才短缺
工业4.0对人才的需求提出了更高的要求,目前市场上具备相关技能和经验的人才相对短 缺。
培训成本高
企业需要投入大量时间和资金进行人才培训,但培训成本较高且效果难以保证。
职业发展路径不明确
促进制造业与互联网深度 融合
鼓励制造业企业运用互联网思维和技术手段 ,推动生产、管理、营销等环节的变革和创
新,实现制造业与互联网的深度融合。
德国工业4.0简介
8
工业4.0 - 中利制道
新事业 大舞台
(8)资源效率: 撇开成本高不说,仅制造业在原材料和能源上的大量消耗就给环境和 安全供应带来诸多风险。工业4.0将带来资源生产力和效率的提高。对 企业来说,权衡“需要投资在智能工厂中的额外资源”与“带来的潜 在节约”之间的利弊非常必要。
通向工业4.0,将是一个渐进的过程。为了适应制造工程的特殊需 求,现有的基本技术和经验必须加以改变,还必须探索针对新地点和 新市场的创新解决方案。如果成功,工业4.0将提升德国的全球竞争力, 并保持其国内制造业继续发展。
13
工业4.0 - 中利制道
新事业 大舞台
(6)应对劳动力的人口结构变化 连同工作组织和能力发展计划,人类和技术系统的交互合作将为企业 提供将人口结构变化转变为其优势的新途径。面对技术劳动力的短缺和日 益多元化(年龄、性别、文化背景),工业4.0将促成多样的、灵活的职业 道路,使人们能够持续工作,并在更长的一段时间内保持生产力。 (7)生活和工作的平衡 应用CPS将使公司的工作组织形式变得更加灵活,这意味着公司能够更 好的满足员工对于平衡工作和个人生活、个人发展和持续职业发展的需求。 比如,智能辅助系统提供了一个灵活性的新标准,在满足公司要求的同时 也能够满足员工的个人需求,从而为工作的组织提供了新机遇。随着劳动 力规模的下降,该系统将在招募最佳员工的时候使CPS公司获得更多优势。
Hale Waihona Puke 14(8)高工资经济仍拥有竞争力 工业4.0的双重策略将使国家、企业增强其作为领先供应商的地位,并 使其成为工业4.0解决方案的领先市场。 然而,工业4.0对于相关行业而言,并不会构成一个专业的技术或IT相 关的挑战。不断变化的技术将引起深远的、广泛的影响,为开发新的业务 和企业模型、促进更大规模的就业提供新的机会。
德国工业4.0
(二)机遇意识
尽管德国各界对有些产业的发展的不尽如人意表现出了忧虑 ,但对德国传统优势产业的竞争力还是表现出强烈的自 信,认为德国工业经济发展面临许多机遇。 —市场机遇 —技术机遇 —产业机遇
德国提出“工业4.0”,其宗旨是支持工业领域新一代革命性 技术的研发与创新,大力推动物联网和服务互联网技术 在制造业领域的应用,从而应对新一轮科技革命带来的 挑战,以此抢占信息技术与工业融合发展中技术的制高 点。
(三)领先意识 ——产业领先
在新一轮科技革命影响下,全球新产业分工体系和分工格局正 在形成,基于信息物理系统(CPS)的智能工厂和智能制 造模式正在引领制造方式变革,全球研发设计、生产制造 、服务交易等资源配置体系加速重组,网络众包、异地协 同设计、大规模个性化定制、精准供应链管理等正构建企 业新的竞争优势,全生命周期管理、总集成总承包、互联 网金融、电子商务等加速重构产业价值链新体系。
德国总理默克尔指出,目前90%的创新在欧洲之外产生,欧洲不能错失 下一代工业技术变革。默克尔对德国的制造业能否及时与现代的信 息和通讯技术实现对接,保障德国制造业在世界上的领先地位表示 担忧。
德国企业界对美国再工业化、中国制造业发展给予了充分的关注,2014 年6月24日,德国机械协会(VDMA)主席在日本说,德国和日本携 手应用中国的挑战。德国信息技术、通讯、新媒体协会工业4.0部部 长曾说,不仅仅亚洲对德国工业构成竞争优威胁,美国正通过各种 计划应对“去工业化”,加快先进制造业发展。
德国提出“工业4.0”,在智能生产体系的支撑下,重构全球的 生产方式。德国信息技术、通讯、新媒体协会工业4.0部部 长说,德国传统工业的核心架构以及它在国际上的卓越地 位,能够与ICT技术结合并改革德国的传统工业,德国希望 在新一轮产业技术革命浪潮中扮演主要角色。
德国工业4.0制造
德国工业4.0制造前言蓝草咨询的目标:为用户提升工作业绩优异而努力,为用户明天事业腾飞以蓄能!蓝草咨询的老师:都有多年实战经验,拒绝传统的说教,以案例分析,讲故事为核心,化繁为简,互动体验场景,把学员当成真诚的朋友!蓝草咨询的课程:以满足初级、中级、中高级的学员的个性化培训为出发点,通过学习达成不仅当前岗位知识与技能,同时为晋升岗位所需知识与技能做准备。
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课程背景时下中国最“高大上”的热门话题:万众创业、互联网+、工业4.0……,没错工业4.0就是其中之一。
但是到底什么是工业4.0?为什么推行工业4.0?工业4.0有什么好处?工业4.0要怎么推行?……一堆云山雾罩的问题笼罩着我们,不明所以。
本课程就依据肖文老师所了解、理解的内容向大家通俗的、系统的介绍工业4.0。
课程目标本课程是肖文老师根据在制造业21年的亲身工作经历,对工业发展变化所见所闻及自身的理解综合而成。
德国:工业4.0
德国:工业4.0
佚名
【期刊名称】《中国职工教育》
【年(卷),期】2015(000)008
【摘要】2015中国(南京)国际金属加工展览会将于2015年10月19~22日在南京国际博览中心举行。
【总页数】1页(P24-24)
【正文语种】中文
【相关文献】
1.德国工业4.0技术和中国制造2025完美结合--德国工业4.0技术无线数据传输与控制系统
2.从工业4.0平台任务看德国中小企业工业4.0道路面临的主要问题与挑战
3.德国工业
4.0握手中国制造2025“德国‘工业4.0’战略解读”活动在京举办4.问道德国工业4.0-访德国工业4.0项目组专家
5.德国工业4.0握手中国制造2025“德国‘工业4.0’战略解读”活动在京举办
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Modern, optimization-based control technique Successful applications in many industrial fields Can handle hard constraints on states and inputs Optimization of some performance criterion Applicable to nonlinear, MIMO systems
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Energy and resource efficient, safe and reliable production process
Optimization-based control plays a key role in visionline
Part 1: A distributed economic MPC framework for Industry 4.0 Part 2: Distributed optimization for Industry 4.0
Economic MPC [Angeli et al. ’12]
Stage cost can be general cost function, need not be positive definite ⇒ Closed-loop system is not necessarily convergent Resulting questions:
k =0 x (t ) x (k |t )
∗
k =N
Basic MPC scheme
At each time t , solve finite horizon optimal control problem
state x input u t u ∗ (k |t )
Model predictive control
Industry 4.0 – Impact in Germany
Industry 4.0 – a hot topic in Germany
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Most of the big companies in Germany consider Industry 4.0 as key vision
and contribute to its realization
z
Intense research activities in universities and other research institutions Drastically increasing number of publications in recent years Large amount of funding by the German government
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Many opportunities for control field
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Individualized, modularized, flexible production Manufacturing chain consisting of self-configuring, real-time optimized components Interaction between individual components by means of digital, networked communication
(x , u )
A system is optimally operated at steady-state if for each feasible state and input sequences x(·) and u(·) the following holds:
T −1
lim inf
T →∞ k =0
Industry 4.0: Challenges and opportunities for optimization-based control
Frank Allgöwer
Institute for Systems Theory and Automatic Control University of Stuttgart, Germany
What is the optimal operational regime (steady-state, periodic)? How to handle constraints on average quantities of states and inputs? Distributed implementation of economic MPC schemes?
Mathias Bürger (Robert Bosch GmbH)
Matthias Müller (IST, Stuttgart)
Model predictive control
Model predictive control (MPC)
Modern, optimization-based control technique Successful applications in many industrial fields Can handle hard constraints on states and inputs Optimization of some performance criterion Applicable to nonlinear, MIMO systems
Standard MPC problem formulation
N −1
min
u(t ) k =0
(x (k |t ), u (k |t )) + V f (x (N |t )) k ∈ I[0,N −1]
s.t.
x (0|t ) = x (t ), x (k + 1|t ) = f (x (k |t ), u (k |t )), (x (k |t ), u (k |t )) ∈ Z, x (N |t ) ∈ Xf k ∈ I[0,N ]
Model predictive control (MPC)
Modern, optimization-based control technique Successful applications in many industrial fields Can handle hard constraints on states and inputs Optimization of some performance criterion Applicable to nonlinear, MIMO systems
(x (k ), u (k )) ≥ (x ∗ , u ∗ ). T
Optimal steady-state operation is closely related to a dissipativity condition!
Definition - Dissipativity [Willems ’72, Byrnes & Lin ’94]
Contribution of systems perspective on Industry 4.0 Rigorous mathematical approach for certification and guarantees Development of methods and tools for - analysis - distributed controller design - systems design
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Intense research activities in universities and other research institutions Drastically increasing number of publications in recent years Large amount of funding by the German government
Economic model predictive control
Manufacturing industry: cost efficient scheduling of production process (especially important for vision of “smart factory”) Maximization of product in process industry Minimization of energy consumption in refrigeration system ⇒ Setpoint stabilization is not primary control objective
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Industry 4.0 – Impact in Germany
Industry 4.0 – a hot topic in Germany
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Most of the big companies in Germany consider Industry 4.0 as key vision
and contribute to its realization
Most results in MPC literature: classical control objective of setpoint stabilization is considered ⇒ Basic assumption: stage cost is positive definite w.r.t. setpoint to be stabilized However: different control objective is of interest in many applications
Model predictive control - problem setup