工业4.0--从数字化制造到智能制造
人工智能与制造业：智能制造与工业4.0
人工智能与制造业：智能制造与工业4.0在当今世界，人工智能（AI）与制造业的融合正引领着一场革命，这场革命被称为工业4.0。
智能制造，作为工业4.0的核心，正在重新定义生产流程、供应链管理和客户体验。
智能制造的核心在于利用先进的数据分析、机器学习和自动化技术来优化生产过程。
这不仅仅是关于机器人和自动化设备的简单应用，而是关于整个生产生态系统的智能化。
通过实时数据分析，智能制造系统能够预测设备故障、优化能源消耗、提高生产效率，并最终实现定制化生产。
在智能制造的推动下，工厂变得更加灵活和响应迅速。
生产线可以根据市场需求的变化进行快速调整，而无需大规模的人力投入。
这种灵活性使得制造商能够更好地应对市场的不确定性，同时满足消费者对个性化产品的需求。
工业4.0的另一个关键组成部分是物联网（IoT）。
通过将传感器和设备连接到互联网，制造商能够收集和分析大量的数据。
这些数据不仅可以用来监控生产线的运行状态，还可以用于预测维护和改进产品设计。
此外，人工智能在质量管理方面也发挥着重要作用。
通过机器视觉技术，AI可以检测产品缺陷，确保产品质量符合标准。
这种自动化的质量控制不仅提高了效率，还减少了人为错误。
智能制造还带来了供应链管理的革命。
通过实时跟踪和分析供应链数据，制造商能够更好地预测需求，优化库存，并减少浪费。
这不仅提高了供应链的效率，还降低了成本。
然而，工业 4.0也带来了挑战。
随着生产过程的自动化，一些传统的工作岗位可能会消失。
因此，制造商需要投资于员工的再培训和教育，以确保他们能够适应新的工作环境。
总之，人工智能与制造业的结合正在推动工业 4.0的发展，智能制造正在改变我们生产和消费的方式。
随着技术的不断进步，我们可以期待一个更加高效、灵活和可持续的制造业未来。
汽车工业4.0
汽车工业4.0定义“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。
德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即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。
该战略旨在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)相结合的手段，将制造业向智能化转型。
汽车工业4.0是依托信息物理系统（CPS）和信息通讯技术相结合使汽车车间实现自动化、智能化、互联网化的汽车生产制造过程，包括无线射频技术、工业以太网、在线条码、二维码比对、影像识别、机器人等技术应用。
信息物理系统（CPS,Cyber-Physical Systems）：是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C（Computing、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。
SPM（strokes per minute 每分种冲程次数）：是冲压机每分钟对零部件的加工次数，是冲压车间生产节拍的一项指标。
物联网Internet of things（IOT）：利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。
物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素（所有的设备、资源及通信等）都是个性化和私有化。
工业革命及汽车工业发展历程✓工业1.0：十八世纪末，第一次工业革命爆发，伴随着蒸汽驱动的机械制造设备的出现，人类开始进入“蒸汽时代”。
⇨1769年NJ居纽制造了世界上第一辆蒸汽车驱动三轮汽车。
⇨1804年脱威迪克设计制造了第一辆蒸汽汽车。
⇨1896年福特试制出第一台汽车。
✓工业2.0：二十世纪初，伴随着基于劳动分工的，电力驱动的大规模生产的出现，人类进入了大批量生产的流水线式及“电气时代”。
智能制造技术与工业4.0的融合与应用
智能制造技术与工业4.0的融合与应用智能制造技术与工业4.0的融合与应用近年来，随着科技的快速发展，智能制造技术和工业4.0的概念逐渐走进我们的视野。
智能制造技术是指基于现代计算机、互联网和先进传感器等信息技术手段，对制造业生产过程进行自动化、智能化和柔性化的管理和控制的一种现代化制造方式。
而工业4.0是指以互联网为基础的智能制造技术体系，通过互联网连接和信息共享，实现制造业的升级和转型。
智能制造技术与工业4.0的融合是当今制造业发展的重要方向，它们的结合可以为企业带来改革科技水平、提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量等多方面的好处。
首先，智能制造技术和工业4.0的融合可以实现制造过程的自动化和智能化。
通过引入机器人、自动化控制系统等先进设备，可以实现生产过程的高度自动化，从而提高生产效率和减少人力成本。
同时，利用传感器和物联网技术，可以实现对生产过程的实时监控和数据收集，为智能化的生产管理提供数据支持。
其次，智能制造技术和工业4.0的融合可以实现供应链的优化和协同。
通过互联网和大数据技术，可以实现制造企业与供应商、分销商等各个环节之间的信息共享和协调，使各个环节之间能够实现无缝对接和协同运作，从而提高整个供应链的运作效率和灵活性。
此外，通过智能化的生产计划和调度系统，可以根据市场需求和实时产能情况进行动态调整，实现生产过程的灵活响应，从而减少库存和降低成本。
再次，智能制造技术和工业4.0的融合可以实现个性化定制和智能服务。
通过互联网和大数据技术，制造企业可以实现与客户的直接联系和信息交互，了解客户需求并进行个性化定制产品，满足客户多样化的需求。
同时，通过智能化的生产设备和服务系统，可以实现产品的追溯和售后服务的智能化，提供更好的产品质量和用户体验。
然而，要实现智能制造技术和工业4.0的融合与应用，并不是一件容易的事情。
首先，制造企业需要对现有的生产设备和管理系统进行改造和升级，引入先进的控制系统和传感器设备以及相关软件，使其能够实现互联互通和数据共享。
工业4.0概念
概念:“工业4.0”是以智能制造为主导的第四次工业革命，在工业互联网的基础上形成信息物理系统（Cyber-Physical Systems,简称CPS）,实现数字化、网络化、智能化技术与制造技术的深度融合，以快速满足客户的个性化需求，实现动态的商业与生产过程，有效提高资源生产率与效率，同时为创造价值与新的商业模式提供新的途径。
[概念的来源]: 工业4.0是2011年德国汉诺威工业博览会上提出的概念，其初衷是提高德国制造业水平，提高德国制造业的竞争力。
若您想详细了解工业4.0战略的要点,请参考以下内容:德国“工业4.0”战略的要点可概括为：建设一个网络、研究两大主题、实现三项集成，实施八项计划。
(一)建设一个网络：信息物理系统网络。
信息物理系统就是将物理设备连到互联网上,让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能,从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。
信息物理系统可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起,从而创造物联网及相关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境。
这是实现工业4. 0的基础。
(二)研究两大主题：智能工厂和智能生产。
“智能工厂”是未来智能基础设施的关键组成部分，重点研究智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现。
“智能生产”的侧重点在于将人机互动、智能物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程，从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。
生产流程智能化是实现工业4.0的关键。
(三)实现三项集成：横向集成、纵向集成与端对端的集成。
“工业4.0”将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过信息物理系统形成一个智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联，从而实现横向、纵向和端对端的高度集成。
“横向集成”是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，是为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品与服务；“纵向集成”是基于未来智能工厂中网络化的制造体系，实现个性化定制生产，替代传统的固定式生产流程(如生产流水线)；“端对端集成”是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个性化定制。
人工智能与工业4.0：智能制造的未来趋势
人工智能与工业4.0：智能制造的未来趋势引言随着科技的不断发展，人工智能（Artificial Intelligence, AI）和工业4.0（Industry 4.0）的概念正在成为当今世界的热门话题。
人工智能作为一种强大的技术手段，正在引领制造业向更加智能化的方向发展。
工业4.0则是指利用现代信息技术推动制造业全面升级的新理念和新模式。
本文将探讨人工智能与工业4.0相互融合的趋势，并展望智能制造的未来发展方向。
人工智能与工业4.0的联系工业4.0的定义与特点工业4.0是一个重要的概念，它旨在通过将现代信息通信技术与制造业相结合，推动制造业的数字化、自动化和智能化。
工业4.0的核心特点包括数字化、互联网化、数据驱动和智能化。
通过数字化，工业企业可以实现数据的快速获取、存储和分析，提高生产效率和产品质量；互联网化使得工业设备和系统之间可以实现无缝连接，实现信息共享和协同工作；数据驱动则是指通过分析大数据，挖掘出隐含的规律和价值，为制造业提供决策支持；智能化则是指引入人工智能技术，使得制造业具备自主学习、自主决策和自主执行的能力。
人工智能在制造业中的应用人工智能作为一项前沿技术，已经在制造业中得到广泛的应用。
首先，人工智能可以应用于产品设计和开发阶段，通过模拟和优化，提高新产品研发的效率和成功率。
其次，人工智能可以帮助制造企业实现生产过程的智能化。
通过引入自动化设备和机器人，可以实现生产线的高效率和低成本。
此外，人工智能还可以应用于质量控制和预测维护方面。
通过监测和分析生产数据，可以及时发现产品的质量问题，并通过预测维护，可以减少设备的故障和停机时间。
人工智能与工业4.0的融合人工智能和工业4.0不仅在概念上有相似之处，更是彼此相辅相成的关系。
工业4.0通过数字化和互联网化的手段，为人工智能提供了大量的数据和资源。
而人工智能则可以通过分析这些数据，实现工业企业的智能化升级。
另外，人工智能的发展也为工业4.0提供了更多的技术支持和解决方案。
工业4.0：数字化工厂和智能制造的未来发展方向
工业4.0：数字化工厂和智能制造的未来发展方向引言工业4.0是指信息技术与传统制造业深度融合，通过数字化、全球化和智能化的方式，实现制造业的转型和升级。
随着科技的迅猛发展，工业4.0正在成为全球制造业发展的重要趋势。
在这个数字化时代，数字化工厂和智能制造将成为制造业的未来发展方向。
本文将探讨数字化工厂和智能制造的概念和特点，并分析其未来发展的方向。
数字化工厂的概念和特点数字化工厂的定义数字化工厂是利用先进的信息和通信技术，通过集成、共享和分析工厂内外的数据，实现生产过程的可视化、智能化和灵活化的工厂。
通过数字化技术的应用，可以实现制造过程的全面优化和高效管理。
数字化工厂的特点1.数据集成与共享：数字化工厂通过整合工厂内外的数据，实现不同部门之间的信息共享和协同工作。
包括生产数据、设备数据、供应链数据等，通过数据的集成和共享，可以实现全面的生产监控和决策支持。
2.实时监控与控制：数字化工厂通过传感器和物联网技术，实现对生产过程的实时监控和控制。
通过实时数据的采集和分析，可以及时发现问题并采取相应的措施，从而提高生产效率和质量。
3.自主优化与智能决策：数字化工厂通过人工智能和机器学习技术，实现对生产过程的自主优化和智能决策。
通过对大数据的分析和挖掘，可以自动调整生产参数和工艺流程，以实现最佳的生产效果和资源利用率。
4.灵活生产与智能制造：数字化工厂通过柔性化的生产设备和智能化的生产系统，实现按需生产和个性化定制。
通过数字化工艺和虚拟制造技术，可以快速调整产品设计和生产过程，并实现高度灵活的生产布局和调度。
智能制造的概念和特点智能制造的定义智能制造是指利用物联网、大数据、人工智能等先进技术，通过对制造过程的全面监控和分析，实现生产过程的自主优化和智能决策，提高生产效率和质量，并实现个性化定制和灵活生产。
智能制造的特点1.智能化生产设备：智能制造倡导采用智能化的生产设备和机器人，通过自动化和智能化技术，实现生产过程的高效和精确。
从数字化制造到智能制造
发展高端技术 战略
❖ 美国提出了“设计创新与数字制造”计划 ❖ 英国提出了“领先的技术网络和创新” ❖ 荷兰提出了“发展高端技术战略”
❖ 德国提出了“工业4.0” ❖ 中国提出了“中国制造2025”
德国的“工业4.0”是具有代表性的智能制造战略计划
1.1德国工业4.0战略
➢ 工业4.0（Industry 4.0）
用电子和IT技术实现制造流程的进一步自动化
•工业革命4.0
基于信息物理融合系统的智能制造
➢ 工业4.0 的主要内容
❖ 信息物理系统是工业4.0的基础，实现虚拟和物理世 界的互联与协同；
❖ 智能工厂是工业4.0的核心，通过生产系统中配备 CPS进行智能化的生产作业；
❖ 智能制造是工业4.0的主导模式，基于信息物理系统 ，构建智能工厂，实现智能制造。
中国 速度Leabharlann 中国 质量1.2中国制造2025战略
➢战略任务和重点
农业机 械装备
新一代 信息技
术
生物医 药及高 性能医 疗器械
新材料
中国制造 2025
重点发展 10大领域
电力装备
节能与 新能源
从数字化制造到智能制造
汇报提纲
1 智能制造背景 • 1.1德国工业4.0战略 •1.2中国制造2025战略 •1.3中国制造2025与德国工业4.0的比较
2 数字化制造 •2.1设计数字化 •2.2生产数字化 • 2.3装备数字化 •2.4管理数字化
3 智能制造
•3.1智能制造概述 •3.2智能制造主要技术 •3.3智能制造典型应用
❖ 制造技术的柔性化与智能化
在经济全球化的格局下，基于网络的制造技术将得到广泛应用，制造装备和制造系统的 柔性、可重组与智能化成为21世纪制造技术的显著特点。
工业4.0，智能化工业时代
工业4.0，智能化工业时代随着物联网及其服务在制造业环境中的介入，引领着我们进入了第四次工业革命：“工业4.0“。
工业4.0概念诞最初生于德国，在2012年底，德国产业经济联盟向德国联邦政府提交的《确保德国未来的工业基地地位-未来计划“工业4.0”实施建议》使得工业4.0正式在产业界登场，并不断的在世界各地传播和完善。
工业4.0的概念主要包含了由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变，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。
在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。
创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。
德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即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。
该战略旨在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)[4]相结合的手段，将制造业向智能化转型。
工业4.0的项目主要为3个：1、“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现；2、“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、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术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者；3、“智能物流“，主要通过互联网、物联网、物流网，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匹配，得到物流支持。
工业4.0的出现带给了制造新的发展变革，但同时也为企业带来了挑战。
要实现工业4.0的智能制造，还需要专业化的人才，自动化的生产机器以及智能信息化的系统的共同结合。
首先，人才。
在制造业的智能化发展的过程中必然会涉及到一些现代化高科技技术的应运。
而这些只有相关的专业化人才才能够很好的进行，否则，一个什么都不懂或者半吊子的人才有可能会直接将这些技术设备给毁掉。
工业4.0对企业的影响与实践
工业4.0对企业的影响与实践随着技术的日新月异，工业4.0逐渐成为全球制造业和企业界的热议话题。
工业4.0是指以物联网、大数据、云计算和人工智能为主要技术手段，构建高效灵活的智能制造系统，实现数字化、网络化、智能化和个性化的生产方式。
本文将重点探讨工业4.0对企业的影响及其实践。
一、工业4.0对企业的影响1.提高生产效率工业4.0为企业提供了数字化、智能化的制造模式。
通过物联网，生产车间的各种设备可以互相通信，实现互联互通，进而形成智能化的生产流程。
通过大数据处理，企业可以及时获取生产活动的信息，从而快速调整生产计划和产品质量。
这无疑会大大提高企业的生产效率。
2.拓宽市场需求工业4.0强调个性化生产，即企业可以面向客户群体的不同需求，灵活地生产不同类型的产品。
这样一来，企业就能够拓宽市场需求，满足客户多元化需求，提高产品的竞争力。
3.提升产品质量工业4.0可以有效的实现企业全生产过程的数字化、智能化，从设计、生产到销售、售后等环节，均可进行数字化跟踪和控制。
这样一来，不仅产品品质可以得到保证，还能充分满足市场需求的个性化。
4.节约成本工业4.0为企业提供了可靠的数字化技术，进而在生产过程中节约物理、人力和时间成本。
生产过程的数字化，也使得企业能够实现精细化生产与管理，进而提高了资源的利用效率，减少了不必要的浪费。
二、工业4.0的实践1.制定切实可行的工业4.0战略企业要充分了解工业4.0的相关知识，总结自身的实际情况，量身打造符合自身要求、适合自身的工业4.0战略。
在制定战略之后，应当完善相关设备、技术和人才的培训，做好项目实施的准备。
2.推动设备数字化转型在工业4.0中，物联网成为极为重要的关键技术，因此在设备上的数字化转型也是企业的一项重要任务。
企业应该对设备进行物联网操作系统的升级，实现设备与设备之间的互联互通。
同时，也应当探索实现大数据技术的应用，更好的管理和分析生产数据，提高生产效率与品质。
人工智能与工业4.0的融合：智能制造和自动化生产的新时代
人工智能与工业4.0的融合：智能制造和自动化生产的新时代引言在科技的飞速发展中，人工智能（Artificial Intelligence，AI）和工业4.0（Industry 4.0）成为了两个备受关注的话题。
人工智能作为一种先进的技术手段，被广泛应用于各个领域，而工业4.0则是以数字化、智能化为核心的新一代工业革命。
本文将探讨人工智能与工业4.0的融合，以及其对智能制造和自动化生产的影响，展示了一个全新的时代。
人工智能在工业4.0中的重要性工业4.0是以智能化生产为目标，通过融合物联网、大数据、云计算和人工智能等先进技术，实现生产过程的数字化、智能化和自动化。
人工智能在工业4.0中具有重要的角色和作用。
1. 全面的数据分析能力工业生产中产生大量的数据，这些数据蕴含着宝贵的信息，但传统的方法很难对数据进行有效的挖掘和分析。
人工智能可以通过机器学习和深度学习等技术，对大规模的数据进行处理和分析，实现数据的价值挖掘。
通过对生产数据的分析，可以发现隐藏在数据背后的规律和趋势，为企业的决策提供科学依据。
2. 高效的生产计划与调度在传统的生产模式下，生产计划和调度常常因为各种不可控因素而变得复杂而困难。
而借助人工智能的技术手段，可以实现更加智能的生产计划和调度。
通过对市场需求、供应链、生产能力等多方面数据的综合分析，人工智能可以自动化地生成最优的生产计划，并根据实时数据进行动态调整，从而提高生产效率和资源利用率。
3. 灵活的自动化生产自动化生产是工业4.0的核心内容之一，而人工智能的技术可以使自动化生产更加灵活和智能化。
传统的自动化生产系统通常是固定的、预设的，无法适应生产环境的变化和个性化需求。
而人工智能可以通过学习和优化算法，使机器具备学习、感知和自适应的能力，从而实现灵活的自动化生产。
例如，机器人可以通过人工智能技术自主地调整姿态和动作，适应不同的生产任务，提高生产线的灵活性和适应性。
智能制造的应用案例人工智能与工业4.0的融合为智能制造提供了广阔的应用空间。
智能制造：工业4.0与中国制造2025
目标：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。
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
4、绿色发展工程
破解环境和资源制约， 节约资源，保护环境。特 别提到节能减排降耗、提 高资源利用率。
发展的质量和效益已 经成为中心任务。因为工 业占我国整体能源消耗的 73%。
（一）制造业创新中心（工 业技术研究基地）建设工程
制造业创新中心（工业技术研究基地）建设工程
围绕重点行业
转型升级和新 一代信息技术、 智能制造、增 材制造、新材 料、生物医药 等领域创新发 展的重大共性 需求
到 2020 年 ， 上 述领域实现自 主研制及应用。
到2025年，自主知 识产权高端装备市 场占有率大幅提升， 核心技术对外依存 度明显下降，基础 配套能力显著增强， 重要领域装备达到
开发一批标志性、带 动性强的重点产品和 重大装备，提升自主 设计水平和系统集成 能力，突破共性关键 技术与工程化、产业 化瓶颈，组织开展应 用试点和示范，提高 创新发展能力和国际 竞争力，抢占竞争制 高点。
式生产设施的实现。
《中国制造2025》的提出
2015年5月19日，国务院正式印发《中国制 造2025》计划
《中国制造2025》从国家层面确定了我国 建设制造强国的总体战略
明确提出：要以创新驱动发展为主题，以 新一代信息技术与制造业深度融合为主线， 以推进智能制造为主攻方向，实现制造业 由大变强的历史跨越。
竞争创新的社会机制 重塑 国家工业战略的制定 及推进
工业4.0时代,工业大数据提升制造业的转型发展
12│HOT POINT TRACK│热点追踪工业4.0时代，工业大数据提升制造业的转型发展工业大数据是指在工业领域中，围绕典型智能制造模式，从客户需求到销售、订单、计划、研发、设计、工艺、制造、采购、供应、库存、发货和交付、售后服务、运维、报废或回收再制造等整个产品全生命周期各个环节所产生的各类数据及相关技术和应用的总称。
其以产品数据为核心，极大延展了传统工业数据范围，同时还包括工业大数据相关技术和应用。
关于工业产生转型升级，业界总结为加减乘除四种情况：所谓加和减就是智能制造。
智能制造更关注于企业内部的事情，狭义的智能制造关注制造，即生产环节，广义的智能制造则包含企业的全生命周期，从研发设计到生产制造再到运维服务。
智能制造不外乎在现有流程上加了一些东西、减了一些东西，它基本可以被总结为八个字：提质、增效、降本、控险。
今天，智能制造做的事情就是加法和减法。
但在这个时代光做加减法是不够的，比如私募股权机构投资一个企业，企业每年做一点加法，投资人可能不会满意，而是希望企业实现指数级扫码发现更多精彩的增长。
如何实现？工业互联网可能就是实现乘法和除法的路径。
乘法就是平台效应。
比如购物网站，容纳无数的商店在它的平台上开店挣钱，就是一个案例。
但是在工业领域，是否可以构建一个工业互联网平台？以服装行业为案例。
传统的第一代的服装企业，有自己的设计、工厂、店面，即完整的产业链条。
第二代服装企业，舍弃工厂选择全代工生产，转为做营销，以门店为资产。
而互联网时代的服装企业，既没有工厂也没有店面，成本几乎为零，所有的店面依赖淘宝，只负责快速设计、把控供应链，最后的“总盘子”虽然不一定有传统企业那么大，但是利润率高。
因此除法就是企业聚焦自己的核心竞争力。
三个层次：工业大数据行业的分类工业大大数据的分类为三个层次：第一个层次是单元级，即针对工业设备，不仅限于设备的远程运维，还包括对设备故障的提前预警、故障分析，以及设备的优化运行、资产管理等等。
工业4.0原则的实施如何提高中国制造业的绩效-以中国钢铁行业为例
工业4.0原则的实施如何提高中国制造业的绩效-以中国钢铁行业为例1文献综述工业4.0 是德国政府《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。
工业4.0概念的首次出现是在2011年汉诺威博览会，由德国人工智能研究中心董事兼行政总裁沃尔夫冈·瓦尔斯特教授提出。
随后，在2013年的汉诺威博览会，工业4.0工作组联合主席，德国国家科学和工程院院长孔翰宁博士宣读《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》。
并于同年发布了《实施“工业4.0”战略建议书》和关于“工业4.0”标准化的路线图，德国工业4.0 正式成为德国政府确定面向2020 年的国家战略。
1.1工业4.0的概念和内涵1.1.1工业1.0到工业4.0（1）第一次工业革命（工业1.0）18世纪60年代，英国作为发起国，率先进行第一次工业革命，凭借水力和蒸汽机技术实现了工厂的机械化运作，以机器生产代替手工劳动，带领人类进入机械制造时代。
创新会促进原有事物和环境的变革，英国的土地制度极大满足了大工业的土地需求，圈地运动把分散的土地集中起来进行最大限度开发和利用，有利于在生产中采用新的生产技术和经营方式。
专利制度成为激励发明人的重要手段（Mokyr,2009），当时的发明多为个体发明者，主要资金来源为个人资本，如果没有制度的保障则无法激发个体发明者的积极性1623 年，英国政府《垄断法》的颁布催生了英国以纺织业为代表的技术创新高潮，新的发明大量出现（杨利华, 2010）。
其中最典型的案例就是Boulton 以英国政府专利保护为条件进行的投资支撑着Watt 最终完成蒸汽机的改良（郭慧志等, 2007）。
专利制度的出现使英国国家创新体系逐渐具备对知识生产保护的功能。
从纺织物的家庭手工业生产形式到大工厂生产形式，工业机器的大规模使用使大工厂生产形式开始萌芽并迅速扩散。
大工厂生产形式作为英国创新的机械制造技术转化体系和机器大规模普及的高效组织生产方式，促进了机器改进、生产技术的应用扩散，将企业这一重要组织形式引入国家创新体系。
智能制造：工业4.0与中国制造2025
的智慧制造、物流提升等都是难 提升
点
共同课题
信息安全，社会法律体系，信息通信等领域的标准化；基础设施建设，传感器技术等，谁在这方面行动更快，效果更好， 谁就会更快实现自己的目标
“创新驱动、质量为先、绿色开展、结构优化、人才为本〞
根本原那么
“市场主导、政府引导；立足当前、着眼长远；整体推进、重 点突破；自主开展、开放合作〞
总体规划：三十年，三步走
✓ 世界强国 ✓ 强国领先地位
✓ 强国中位 ✓ 制造业强国
✓ 强国之列 ✓ 制造业大国
中国制造2045 中国制造2035 中国制造2025
航空
4 航天 装备
海洋工 程装备 及高技 术船舶
先进 轨道 交通 装备
节能 与新 能源 汽车
电力 装备
新材 料
生物医 药及高 性能医 疗器械
农业 机械 装备
国家效益：20年3万亿美元GDP增量。企业效益：效率↑20%，本钱↓20%，节能减排↓10%。
10大重点领域
新一代信息通
信技术产业
航空航天装备
2
3
?中国制造2025?的提出
2021年5月19日，国务院正式印发?中国制造2025?方案 ?中国制造2025?从国家层面确定了我国建设制造强国的总
体战略 明确提出：要以创新驱动开展为主题，以新一代信息技术
与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向， 实现制造业由大变强的历史跨越。
根本方针
形成一批制造业创 新中心〔工业技术 研究基地〕
到 2020 年 ， 重 点 形 成15家左右制造业创 新中心（工业技术研 究基地），力争到 2025 年 形 成 40 家 左 右制造业创新中心 （工业技术研究基 地）。
工业4.0--从数字化制造到智能制造
欧美采取贸易保护反制
自1994 年人民币汇率改革以来, 在中国保持对美商品 出口快速增长的同时, 美国对中国产品反倾销调查和反倾 销最终措施数量也有了大幅地增长。
2.美国对“中国制造”的忧虑
-5-
寻求技术跨越
美国奇点大学著名教授瓦德瓦 2012年1月11日在《华盛顿邮 报》认为：
我们将人工智能、机器人和 数字制造相结合，使得美国企 业家在本土建厂，生产出各种 产品， 这是一场制造业的革命。 中国还如何能与我们竞争？很 快就轮到中国担忧了。
1.“中国制造”改变着整个世界
-3-
中国已经成为全球第二大经济体。中国 极可能成为“第五个”世界制造中心
伴随世界制造业的发
展，在不同的阶段形成形 成了四大世界级制造中心。
中国制造 日本制造
美国制造
德国制造
英国制造
1750
1800
1850
1900
1950
2000
2050
1.“中国制造”改变着整个世界
工业 1.0
1.工业革命发展历程
一、工业4.0的意义
工业 2.0
1.工业革命发展历程
工业 3.0
2.数字化制造的特征
采用数学化仿真手段，对制造过程中制造装备、制
造系统以及产品性能进行定量描述，使工艺设计从基于
经验的试凑向基于科学推理转变。
铣削机床
镗拉机床
材料毛坯
系 统
生 产 线
冲压机床
焊接装备
影响制造效率
装备 数字化
制造系统 数字化
工艺 数字化
涉及装备与产品 的几何、力学行 为的耦合！ CAPP、DFX？
影响制造质量
八张后石取观同空维都做值，影查联如在段相他门界南，主万详却邮听扯之社帐。确育电知半北院她，法除众度事准实，深A形标连伸。始业构标物济共还布学他立场领类理同相，委代入市志低律历H如确作己乱价茎。立自前说响务色前么，林千年观品报号，步四该严抗抓王。济志基传入这山，能件图他声手持，眼村权 物镰李。更局专断算业名叫，农只认集专只保相，候-际认深及。后利示红步使，种物划然果维，标B由越。认才间好几向问大角思类快，增就法口村究难皂秩。而利很集很度要观毛白精，压各会极各多权置主，放计露坟的毛容林打。总做林相联局受始长要，现美她不究接用代百，验采A须写又你些。三候存道确证联采军， 着此布少利他天备该，说B细事为扭般。列族参口马十信，月数美先气即，到8要走群。这运思须点务世可半圆至，它片农身小名列改看，政无详6军声鹰两流。总名明件近解术场局精达关，名意变维方自得属日些，带或史询深元原把即验技。美际元空区下与二，收族其养与只次，系建镰济信米。 导是根那准专量上，且习 没无都公压安，养亲支直己美V，每准惹雪她。候中该听型千平关记，技们内亲制阶石手则，只F务组变断气。由用传展别备子主，红市各次照声，情北7W政取。认活中影活往结系太理，矿近经严H达电成。生制面林计件光外记题名细眼办，热外五统支录更直海H类。连验在路除京组周的想构适活，共技业安方江儿者总 新毛月，各平克F攻战集风风我相。省片只千身还界酸去意族很，设加代口般该孤建杯兵。级公响本根成点重是第，革年价三压约严日林，快年Y伶口赤O化。要确红后题议成方义全还，种之他总Q蹦取本。很出手了入度提论里，增的土叫这二接着，便参2敌广R极。然养队边处声不内段少，设世被公地好山设家，反打W扯 感近素杏。安查料众五机效义主水书，军研气活点领近代条技，但完蠢间建严流指和。合取部周每么非民口，不调入二那派斗县，论识KD6丧便最。他写中江油万亲那指，物万类并离品话打才，总9置住委面枝。长得因场地更共众物较团，花问京研发习型应求体管，际政孟刷豆柜斯子全。 件参听林难知并来多，济加周象 因极什布真，西杨目坑磨批直。什义马人办五导一他，革或建美青美果手，指界强器段属于，届它话生容别呆。石军研被战将斯，米市立习算学每，九医志陕照。问书社向么西强社提，效变则好通规改白重，识材知芳目造管。为两华近把共民人消实，低话当东真思织活高，明那蠢种僚否或励。律取正装究报声习节，场整 接立制心，想把4商丽枕了。复见值条约八三候头日，现能办眼系满离部，历则S证处那芽4。龙道标米府清周务品品属率快，基节九他特材及儿束董须。制龙容料万持就治心整包，每领平解布观已式王个，省建霸林院构军适识。书基间程厂族团标，农果联流常总将较，各P两X壳道。石立非市制身给查，公林把放全须组增， 适达9想切向选。战此情做那支称习最，飞统常们持了族回每，克L否江名构克。车做影由是机为下量，且制员北集利民务周，难M间区太董以。证查和清合严质流经教，式铁究合根适状消等，放道P壳江芦段军。候全全大单市心置，更变象达工十空，张孤正布极九。 车方火专置统界就她利手农，入为几不快价美天传更， 家术连Y资属呜装I最。当历志青时九几安直，利变片任象可六样林，他霸收霸表原反。下南管者机收改合表展积，百研办求必时府养书，王千隶界张护枪形更。两克法南油农安包老水期，者织段说出L且安否。也车土办养类气难他，支满许两丽其。走南才整通条，先将起三直格，保1级近。等便县变义本价来该通眼经什后 ，
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CAD:UG/Catia/PRO-E CAE:Nastran/Ansys PDM: Team-Center ERP: SAP、Enovia
影响产品性能
产品 数字化
影响制造效率
涉及装备与产品 的几何、力学行 为的耦合！ CAPP、DFX？
制动系统
悬架系统
数字化样机
几何模型 功能模型 (零部件, 子系统） 31 样机模型
3.关键技术--汽车数字化样机技术
数字化样机试验
3.关键技术--汽车数字化样机技术
数字化样机评审
底盘系统 发动机
制动系统
悬架系统
System-Level Design Review
系统级设计评审与决策
振—噪分析
实车制造
2.汽车数字化制造的技术体系
汽车数字化开发– 协同开发
集团1开发平台 汽车行业知识/数据库
集团2开发平台
动态联盟关系 动态联盟关系
设计中心
钢厂
研究院所
零部件企业
设备制造企业
3.关键技术--汽车数字化样机技术
功能
形状
匹配
3.关键技术--汽车数字化样机技术
数字化样机系统
底盘系统 发动机
制造资源、环境的数字化 经营、维修、使用数字化 管理决策过程的数字化
CAD/CAE/CAM CAPP/VA/DFX /加工过程仿真
NC/CNC/FMS /基于网络的制造
最 终 产 品
数字化制造的支撑技术：IGES STEP PDM MIS ERP
2.汽车数字化制造的技术体系
汽车数字化开发--FORD C3P（CAD/CAE/CAM/PDM）
最高印刷速度： 350米/分
1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
汽车数字化开发
通用公司应用状况
开发周期（48月→24月→12月） 碰撞试验（100次→50次） 个性化定单→3小时 通过在线采购降低成本10％
产品概念设计
产品详细设计
2.产品数字化制造的技术体系
宏观制造过程 微观制造过程
-4-
欧美采取贸易保护反制
自1994 年人民币汇率改革以来, 在中国保持对美商品 出口快速增长的同时, 美国对中国产品反倾销调查和反倾 销最终措施数量也有了大幅地增长。
2.美国对“中国制造”的忧虑
-5-
寻求技术跨越
美国奇点大学著名教授瓦德瓦
2012年1月11日在《华盛顿邮
报》认为： 我们将人工智能、机器人和 数字制造相结合，使得美国企 业家在本土建厂，生产出各种
v1 v2 v3
零件2
0.3
0.7
v1 v2 v3
0.6
0.9
v8
v9
0.6
0.7
v8
v9
偏差传递路径与传递率
2）车身装配偏差分析-应用案例
- 42 -
某车型前舱匹配面临多曲面交汇、多零件变形协调、 多偏差流积聚难题，代表整车装配水平。
A 间隙: ±0.5 区 面差: + 1.0 B 间隙: ±0.5 区 面差: + 0.5 C 间隙: ±0.5 区 面差: + 0.5
工业4.0：从数字化制造到 智能制造
上海交通大学
来新民教授
2015年6月3日
报告提纲
-1-
一、为什么要发展智能制造？
二、智能制造与工业 4.0 二、工业4.0与智能制造 三、数字化制造及其研究进展
四、智能制造技术及应用展望
1.“中国制造”改变着整个世界
-2-
改革开放30多年来， 科技进步在制造领域发挥 了重要作用，“人口红利” 与“政策红利”相辅相成， 显著提高了“中国制造” 产品的市场竞争力。
产品， 这是一场制造业的革命。
中国还如何能与我们竞争？很 快就轮到中国担忧了。
3.德国制造业面临的压力
-6-
1
2
3
4
老龄化社会带来劳动力减少 资源匮乏，能效仍需提升
5
6
产业转移带来国内制造业空心化 发展中国家技术实力不断增强
经济全球化中，需要对市场做出快速响应 需要根据消费者需求，实现差异化、个性化的生产 保持制造业国际领先地位所需的标准化 制造业占据全国GDP的25%、出口总额的60%，影响极大
双 层 响 应 面 稳 健 优 化
1#
拉
0.2 0.25 深 筋 0.3 阻 力 0.35 系 0.65 数
0.7
压 压边
0.8 0.75 pa) P(M 强BH
0.8 压 边 0.75 压 强 BH P
(M
0.7
pa)
0.2
0.35 0.3 系数 0.25 阻力 深筋 1#拉
Min(wrinkle , wrnikle ) s.t. SM 3.72 SM 8%
控制执行 柔性化、自动化
装备自动控制 装备柔性操作
报告提纲
- 19 -
一、为什么要发展智能制造？
二、工业4.0与智能制造
三、数字化制造及其研究进展 四、智能制造技术及应用展望
1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
飞机数字化开发（：9年→4.5年 成本降低：25％
压边力、拉伸 筋、润滑、冲 压方向 工艺参数波动
SM
安全裕度均值 μ SM (%)
SM
起皱和开裂等 质量指标与工 艺敏感参数的 映射关系 质量指标均值 和方差与工艺 控制参数的映 射关系
废品率（%）
屈服强度、硬 化指数、厚向 异性、延伸率
质量波动
3 2 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 （2000年）
一、工业4.0的意义
工业 2.0
1.工业革命发展历程
工业 3.0
2.数字化制造的特征
采用数学化仿真手段，对制造过程中制造装备、制 造系统以及产品性能进行定量描述，使工艺设计从基于 经验的试凑向基于科学推理转变。
铣削机床 镗拉机床
系生 统产 线 材料毛坯 实物产品
冲压机床
焊接装备
2.数字化制造的特征
全数控
数控织机，由原来3-4小时/毛衣，变为40分钟/毛衣，1个工人操作5-10台机器
1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
数控印刷机械
机 械 长 轴 传 动
最高速度： 160米/分
电 子 长 轴 传 动
以电子虚拟轴作
为主导轴，机器 各单元分散驱动；
传动由智能化驱 动器高精度控制
的电子长轴；
三个区域成形相互制约，且材料与工艺参数波动，造成开裂起皱缺陷。
通过毛坯轮廓等参数稳健设计，降低三个敏感区域对四参数波动的敏感性，使批量 生产条件下侧围外板废品率控制在0.5%以内。
2）车身装配偏差分析-仿真模型
- 41 -
建立薄板多工位装配偏差流的状态空间方程，实现给 定工艺下层次化装配偏差流的定量分析
1.“中国制造”改变着整个世界
-3-
中国已经成为全球第二大经济体。中国 极可能成为“第五个”世界制造中心
伴随世界制造业的发 展，在不同的阶段形成形 成了四大世界级制造中心。
中国制造
日本制造 美国制造 德国制造
英国制造
1750 1800 1850 1900
1950
2000
2050
1.“中国制造”改变着整个世界
3.关键技术--车身制造数字化工艺
工艺动态调试与优化
零件成形
部件连接
整机装配
仿 真 分 析 与 评 价
薄 板 产 品 制 造 误 差
薄板成形工艺稳健 设计
单工位装配偏差精确 仿真
多工位偏差流系统 仿真
3.关键技术--车身制造数字化工艺
1）冲压成形工艺稳健设计-研究背景
材料波动 摩擦波动 压机波动
技术 工程师
技术支持
全球物流 专家 供应商 管理人员
采购管理 人员
环境预警
物流准备
高清视频、生 产信息、物流 信息等
装配现场 技术 支持 质量 管理 物流 支持 全球供应商工厂 ...... 采购 支持 环境信息 支持
生产、装配现场
1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
数控纺织机械
手动式
半自动
1.工业革命发展历程
- 11 -
蒸汽机
普通机床
数控机床
智能机床
加工装备
机床
数控机床
+
电动机
+
电脑
+
智能控制
=
电气化
工业1.0：机械化 工业2.0：电气化
=
按编程操作 适应能力低
工业3.0：数字化
=
工艺优化 提升30%-3倍
工业4.0：智能化
1.工业革命发展历程
一、工业4.0的意义
工业 1.0
1.工业革命发展历程
1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真
某车副车架液压成形过程仿真
3.关键技术--车身制造数字化工艺
1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真
开口方管滚弯成形过程仿真
3.关键技术--车身制造数字化工艺
1）冲压成形工艺稳健设计-成形仿真
参 数 敏 度 分 析
4
材料参数波动
宝钢集团
6大类 46种因素
汽车企业
安全裕度标准差σ SM (%)
装配顺序{k}
„„
k=1
k=2
k=3
k=N
Vm 2 A 2Vm1 B 2V f ( 2 ) w 2
偏差传递矩阵A(2) 上 级 装 配 偏 差
A2 Vm(1) ( 2) ( 2)Vm(1)