工业4.0与智能制造

新一代信息技术
新一代信息技术 高档数控机床和机器人 航空航天装备 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
信息网络、5G、云计算、大数据、集成电路 工业互联网、机器人 航空发动机、嫦娥探月工程 海工装备、船舶制造、燃气轮机 轨道交通 智能汽车
高端装备
新能源汽车
电力装备 新材料
生物
《德国 2020 高技术战略》发布， 并重点推出 11 个“未来项目”
工业 4.0 的社会背景
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老龄化社会带来的劳动力减少 资源匮乏，能效仍需提升 产业转移带来的国内制造业空心化 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
在生产能力上，工业4.0将确保仅一次性生产，且产量很低时的获利能力 ，确保工艺流程的灵活性和资源利用率。另一方面，工业4.0将使人的工作 生涯更长，工作与生活更加平衡，高工资时产业仍有强大竞争力。
实现方式
主要是通过CPS（信息物理系统），总体掌控从消费需求到生产制造的所 有过程，由此实现高效生产管理。
– 带动各个产业提高数字化水平和智能化水平。
– 智能制造是新一轮科技革命的核心，也是制造业数字化、网络化、智能化的主攻方向。 • • 三是工业强基工程。 – 解决基础零部件、基础工艺、基础材料比较落后。 四是绿色发展工程。
– 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。
新能源、能源互联网、智能电网 石墨烯、碳纤维
生物医药、精准医疗、移动医疗 高端农机
新材料
生物医药及高性能医疗器械 农业机械装备
用一路一带眼光看《中国制造2025》
• 对外：26国、44亿人、21万亿$经济总量 – 丝绸之路经济带： • 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； • 中国至东南亚、南亚、印度洋。 – 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。
本质是基于“CPS”实现“智能工厂”
信息物理系统
服务
算法
CPS：系统中的物理对象和相应的虚拟对 象通过泛在信息网络进行通信 Cyber：算法和服务，服务的动态集成 和服务提供商，并跨越边界进行信息交流 Cyber：包括3D模型，仿真模型，文档， 关系，工作条件等数据能够通过可变信息 网络在任何地方和任何时间进行搜集 Physcial：在生产系统中的人和自动化模 块具有智能化、自我解释、自我意识、自 我诊断、交互评估能力
– 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%。 • 五是高端装备创新工程。 – “核高基” 、互联网、数控机床、大飞机等专项已经在做 – 还要推进一些新的专项来启动，来提高整个装备制造业的水平。
十大领域
2010年10月 7大新兴经济领域 中国制造2025 重点发展的十大领域 疏理的重点项目
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制造业占据全国GDP的25%、出口总额的60%，影响极大
四次工业革命
工业4.0概念
什么是工业4.0
通过互联网等通信网络将工厂与工厂内外的事物和服务连接起来，创造前 所未有的价值、构建新的商业模式的产官学一体的项目。“工业4.0”概念 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。 发展优势
C3P
产品开发
MES
生产
愿景：制造业节能
工业节能减排 与综合利用
收集和分析 能源信息
识别问题
管理运营
改变耗能不 良习惯
五
工业互联网
工业互联网是什么
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GE伊斯梅尔：所谓工业互联网就是 开放、 全球化的网络，将人、数据和机器连接起 来。工业互联网的目标是升级那些关键的 工业领域。 这是一个庞大的物理世界，由机器、设备、 集群和网络组成，能够在更深的层面和连 接能力、大数据、数字分析相结合。这就 是工业互联网革命。
• 第三，优化并简化运营，提高运营效率，这相当于解放了更 多宝贵的人力资源，让他们可以进行更有价值与富有创新的 工作。
工业互联网的价值
•
GE报告显示:机器数据空前高速增长，未来10 年。而处理急速增长的工业大数据，则需要大 量基于机器的软件和服务。Wikibon预计，到 2020年，工业互联网技术的总支出将达到5140 亿美元。 报告还显示，在以毫秒计算的速度下，即时分 析海量原始数据及灵活地与其他现有工业数据 流互动和对比，对于从数据中提取有用信息并 产生积极结果所需的实时决策至关重要。
工业4.0智能工厂wenku.baidu.com布局
面向服务的工厂的布局
硬件无关 抽象服务
现场层
服务库 硬件相关 设备控制
横向、纵向、端到端的集成
核心是动态配置的生产方式
关键是信息技术应用
工业软件决定工业4.0
管理
企业坐标
产品-服务坐标
ERP
服务
PLM
买方交易 卖方交易
SCM
价值链坐标
供应商
信息交换 （数据）
CRM
客户 物流交易
四项基本原则应该从生产力和生产关系两个方面来运作： 以先进的科学技术为技术抓手；以先进的管理科学为管理抓手。
工业4.0最好的满足了科学生产观的四项基本原则
四
工业4.0的智能制造
工业4.0的智能制造
本质 是基于“CPS”实现“智能工厂” 核心 是动态配置的生产方式实现“柔性生产” 关键 是信息技术应用实现生产力飞速发展 愿景 是解决能源消费等社会问题
请握中间
产品是一个agent
产品会影响其所在环境
已经打开2分 钟了，请盖上
产品具有自监测功能
产品会对其自身状态和环境进行监测
智能APP平台
面向智能制造的APP商店
下载量身定制的用户界面
工业4.0中的智能汽车
智能产品案例-智能化汽车
动力管理APP
驾驶员辅助 APP
智能用户界面 APP
绿色驾驶 APP
工业3.0与工业4.0有哪些不同？
大规模定制生产与大规模生产的比较
大规模生产 大规模定制
管理理念 以产品为中心，以低成本赢得市场 以顾客为中心，以快速响应赢得市场 驱动方式 根据市场预测安排生产，属推动式 根据客户定点安排生产，属拉动式生 的生产方式 产方式 通过稳定性和控制力取得高效率 通过灵活性和快速响应来实现多样化 和定制化
核心
战略
成本领先战略：通过降低成本、提 差异化战略：通过快速反应、提供个 高生产效率获取竞争优势 性化的产品获取竞争优势
目标
以低价格开发、生产、销售、交付 以多样化和定制化开发、生产、销售、 产品和服务 交付顾客买得起的产品和服务
大规模定制的优势
成本低 效率高 交货快 品种多 个性化
大规模定制生产
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工业互联网的关键要素
工业互联网的价值分析
GE认为，工业互联网的价值总体上将从三个方面来体现： • 第一是提高能源的使用效率，包括油、气、电等等，而减少 能源的浪费，并提高使用率，从侧面也等于提高了GDP。
• 第二，提高工业系统与设备的维修和维护效率，降低宕机的 时间，减少故障，并缩短维护时间，这相当于提高了生产力。
制造的两大基本问题
制造的两大基本问题：一、生产什么？
传 统 制 造 ： 创 办 人 决 定 生 产 什 么 智 能 制 造 ： 客 户 决 定 生 产 什 么
制造的两大基本问题：二、如何盈利？
践行科学的生产观（四项基本原则 ）
如何提高效率？ 如何降低成本？ 如何提高质量？ 如何保证安全？
个性化制造的三类基本任务：一、完全个性化需求
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 。
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
匹配，得到物流支持。
工业4.0的三个重点、八大关键
2012年 3月
2012年 4~10月
2013年 4月
2014年 4月
2011年 1月 2010年
《德国2020高技术战略》行 动计划发布，11个“未来项 目”缩减为10个（投资84亿 欧元）；“工业 4.0 ”一词 首次出现（投资 2 亿欧元）
工业 4.0 发展战略 发布；由VDM A、 BITKOM 、 ZVEI 组成秘书处，组 建工业4.0平台
每个人需要的产品绝对不同； 不能够超出绝大多数人能够接受的价格范围 在客户能接受的时间内完成任务； 企业能够盈利。
个性化制造的三类基本任务： 二、小批量 不知道客户在哪
小批量的客户有共同的需求； 制造商不知道客户是谁，也不知道批量有多大； 能够把分散的客户需求进行集中； 企业能够盈利
个性化制造的三类基本任务： 三、小批量
不知道批量多少
有一些客户需求相同； 能够知道客户是谁； 小批量，形不成规模化生产，而且知道数量； 企业能够盈利
八
智能制造的四大要素
智慧的人
客户 智力资源 员工 评论员
到2020年，工业互联网创造的总体价值将近 1.3万亿美元。主要源自工业互联网技术带来的 效率和生产率提升以及其他相关收益。
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工业互联网的应用
工业互联网包括传统方式以及最新混合方式，以便通过特定行业的高级分析 来充分利用历史数据和实时数据。
工业互联网的数据流
工业互联网可以被看作是数据、硬件、软件和智能的流通与互动。从智能 设备和网络中获取数据，然后利用大数据和分析工具进行存储、分析和可 视化。最终的“智能信息”可以供决策者（在必要时实时）使用，或者作 为各工业系统中更广泛的工业资产优化或战略决策流程的一部分。
六
中国制造2025
《中国制造2025》强国战略规划：远超制造本身
近期印发
互联网 +
智能制造已开始 试点示范：2015 年30个项目。 效益 国家效益：20年3万亿美元GDP增量。企业效益：效率↑20%，成本↓20%，节能减排 ↓10%。
五大工程
• 一是要实施国家制造业创新中心建设工程。 – 要建设一批产学研用相结合的制造业创新中心。在现有研究院所、大学和企业基础上，以产业 联盟形式来承担制造业强国建设的核心任务，然后市场化的组建，阶段性地形成成果。 二是大力推进智能制造。
工业4.0的愿景
工业4.0为何引起广泛关注？
改变了制造业模式
改变制造业思维
改变
改变了创新模式
创新的模式
Text 研发 in here
行业支持
标准化
科学生产观 科学的生产观
生产观 效率、质量、成本、安全
科学的生产观遵循的四项基本原则： 第一、如何提高效率？ 第二、如何降低成本？ 第三、如何提升质量？ 第四、如何保障安全？
云
文档 三维模型 工艺数据 …
物理 对象
CPS系统触发了向智能化转型
CPS平台
智能工厂
智能工厂的三层架构
智能设备
基于无线、RFID、传感器和服务的架构
智能产品
智能产品特性
我生产于2010 年4月30日，5 月3日出厂
集成了信息存储、传感、无线通信功能
产品是信息载体
产品在整个完整的供应链和生命周期中都一 直带有自身信息
培养全球眼光 世界格局迫在眉睫！
对内：全国调动 两个核心区：新疆(陆)、福建(海) 四门户：西北、东北、广西、云南 八高地：西安；兰州、西宁；宁夏； 重庆；成都、郑州、武汉、长沙、南 昌、合肥；西安、宁夏、重庆、上海 自贸区；前海等开放合作区；
这里还一条到 南太平洋的。
亚投行的巨大支撑
七
大规模生产
品种单一 标准化
定制生产
成本高 效率低 交货慢
二
工业4.0的四个智能
工业4.0具体能实现什么？
智能
生产智能化
设备智能化
能源管理智能化
供应链管理智能化
三
工业4.0的要素
工业4.0 的两大主题
智能工厂：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。 智能生产：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
工业4.0及其智能制造
目录
工业互联网及智能制造2025
未来制造业
一
工业4.0
工业 4.0 的提出
工业 4.0 平台发布 白皮书（实施计划） 德国科学 -产业经济研究联盟与德 国国家科学与工程院（ Acatech ） 共同制定工业4.0发展战略 在德国科学 - 产业经济研究联 盟 （Forschungsunion Wirtschaft-Wissenschaft） 的倡导下，开始研究工业 4.0