智能制造与互联网+制造德国工业4.0与中国制造2025

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智能制造服务（案例：智慧城市）
应用层
应急指挥
数字城管
平安城市
政府热线
数字医疗
环境监控
智能交通
数字物流
自控技术是关键
IT能力 CT能力 城市数据中心
平台层
网络层
通信网
互联网
物联网
感知层 手机
视频电话 呼叫中心 无线网关
云计算
PC
internet
摄像头
RFID
传感器网络
智能制造技术
1. 新型传感技术 2. 模块化、嵌入式控制系统设计技术 3. 先进控制与优化技术
今天
明天
新一代轻量化，灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作
解读德国工业4.0
智慧工厂中的智能装配
DFKI研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产品装配
在头部安装立体相 机，在手臂靠近物 体的地方安装3D摄 像头
机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺 寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理 系统中获得产品装配说明书。
解读德国工业4.0

Industry 4.0
——德国高科技战略计划首位
信息物联系统
复 杂 程 度
工业革命4.0
电子、IT、工业机 器人 工业革命3.0
电力广泛应用 蒸汽机 工业革命2.0
1784 18世纪末 20世纪初
工业革命1.0
时间
解读德国工业4.0 基于物联网与服务的智能环境 发展过程
Leabharlann Baidu
智能化环境 智能工厂
4. 系统协同技术
主要包括
5. 故障诊断与健康维护技术 6. 高可靠实时通信网络技术 7. 功能安全技术 8. 特种工艺与精密制造技术 9. 识别技术
一、为什么要发展智能制造？ 一、智能制造技术概况 二、智能制造与工业 4.0 二、解读德国工业4.0
三、数字化制造及其研究进展 三、中国制造2025与互联网+ 四、智能制造技术及应用展望 四、智能制造技术发展趋势
——集成了信息存储、传感、无线通信功能
我生产于2010 年4月30日，5 月3日出厂
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
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
解读德国工业4.0
工业4.0下的数据挖据与知识发现
——大数据
制造业存储了超过其他工业部门的数据 从2010年以来新产品数据达到接近2艾字节（216）
• 仪器仪表产品 • 供应链管理系统 • 产品全生命周期系统
解读德国工业4.0
工业4.0下的多模式交互
语音
图形/视觉 手势
多模式交互
工 业 机 器 人
激 光 加 工 系 统
3 D 打 印 系 统
智 能 工 艺 装 备
物 料 运 送 仓 储 设 备
远 程 监 测 监 控 系 统
智能制造服务（案例：智慧城市）
感 知 化
智 慧 城 市 核 心 理 念
智能安防
物 联 化
智能消防
智能交通
城市智 能化
智能电网
智能楼宇 智能医疗
智 能 化
智能水资源 智能食品 智能城市规划 智能应急系统
汇集了来自研究、商业和政治部门的代表私营机构，来共同描
绘“投资和促进新兴技术发展”的路线。
AMP指导委员会由顶尖级工程大学（麻省理工学院，加州大学 伯克利分校，斯坦福大学，卡内基梅隆大学，密歇根大学和佐 治亚理工学院）校长和美国知名企业（包括卡特彼勒公司，康 宁公司，陶氏化学，福特，霍尼韦尔，英特尔，强生，诺斯罗 普·格鲁门公司，强生公司，宝洁公司和联合技术公司）老总组 成。 2012年7月，AMP提出了一份带有16条详细建议的报告，包括 建立一个全国制造创新研究院网络（NNMII）建议。这些研究 院采取公—私合作形式，试图充当“区域性卓越制造的枢纽” ，旨在提高美国商业的全球竞争力和增加对美国制造设施的投 入。
智能制造装备
工况感知与智能识别 性能预测与智能维护 智能规划与智能编程 智能数控与伺服驱动
智能制造系统
系统建模与自行组织 智能制造执行系统 智能企业管控 智能供应链管理 流程智能控制
可重构生产系统 工业自动化控制 系统
……
智能制造装备
智能制造装备包括传感、控制、驱动等三大核心 技术，如工业机器人、智能数控系统等。
解读德国工业4.0
智慧工厂的架构
——基于物联网和服务互联网
服务互联网
基于语义的PLM、ERP 、QMS、ERP
智能物料 APP平台
智慧工厂 APP平台
智能产品 APP平台
信息物理生产系统
物联网
解读德国工业4.0
智慧工厂的流程
——基于云安全网络 智慧工厂2…N 智慧工厂1
机床间通信
智能物料
感知与测控网络 机器学习与制造知识发现 面向制造的综合推理 图形化建模与仿真 智能全息人机交互
数控机床 智能化工程机械 激光加工系统 自动化生产线
智能制造产品
智能制造装备
工业机器人
智能制造服务
服务感知与控制的互联 工业产品智能服务 服务过程的智能运控 制造物联网与物流智能服务 制造与服务的集成共享和协同
解读德国工业4.0
面向智慧工厂的APP商店
下载量身定制的用户界面
解读德国工业4.0
面向智慧工厂的室内精确定位
解读德国工业4.0
智慧工厂中的增强现实技术
工业环境
佩戴谷歌眼镜的工人
工具
解读德国工业4.0
智慧工厂中的机器人技术
机器人不再被固定在 安全工作地点而是与人一起协同工作
智能制造与互联网+制造的 技术发展
一、为什么要发展智能制造？ 一、智能制造技术概况 二、智能制造与工业 4.0 二、解读德国工业4.0
三、数字化制造及其研究进展 三、中国制造2025与互联网+ 四、智能制造技术及应用展望 四、智能制造技术发展趋势
1. 智能制造发展轨迹
1989年：日本提出智能制造系统； 1992年：美国执行智能制造新技术政策；
面部表情 身体语言 眼球跟踪 肢体动作
解读德国工业4.0
以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统
基于肢体动作的物理 辅助
基于上下文的自适应 故障诊断辅助工具
移动式个性化自适应 的辅助导航系统
基于位置的维护和规 划辅助工具
多模式的人机交互
基于虚拟现实/增强 现实的复杂工作流程 辅助管理工具
德国：强大的制造业+互联网 提出：工业4.0 德国为了保持制造业在全球的领先优势，实时提出工业4.0，主 要是发挥德国在制造技术和制造装备的传统优势，将制造业和 互联网等技术融合，形成工业互联网，以保持德国在世界领先 地位。
中国：完备的制造业+互联网的创新（互联网+制造） 提出：中国制造2025 李克强总理在今年的《政府工 作报告》中提出，要实施“中 国制造2025”，坚持创新驱动 、智能转型、强化基础、绿色 发展，加快从制造大国转向制 造强国。 《中国制造2025》强调了信息 技术和制造技术的深度融合是 新一轮产业竞争的制高点，而 智能制造则是抢占这一制高点 的主攻方向。
云
文档 三维模型 工艺数据 …
物理 对象
CPS系统触发了工业自动化模式转变
解读德国工业4.0
工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）
物联网
经济 文化 …
与所有领域相关的通用技术 （语义技术、云计算服务平台）
工业 CPS应用 智慧工厂 CPPS 能源 CPS应用 智能电网 移动通信 CPS应用 智能手机
解读德国工业4.0
工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）
信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）强调物理过程与
信息间的反馈。 2008年美国加利福利亚大学的Lee.E在其技术报告《信息物理系统 ：设计挑战》中指出：信息物理系统是计算和物理过程的整合集 成。嵌入式计算机和网络对物理过程进行监测和控制。
智能生产 • 主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、 3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的 应用等
解读德国工业4.0
Industry 4.0——德国高科技战略计划 两大主题：智慧工厂、智能生产 三个设想：产品、设施、管理 产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力， 承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必 需信息 设施：由整个生产价值链所集成，可实现自组织 管理：能够根据当前的状况灵活决定生产过程
健康 CPS应用 智能健康
…
安全、工程、教育、参考框架、模型
解读德国工业4.0
工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）
智能 机床1
…
智能 机床2
智能产品
面向机床的APP平台 信息物理生产系统
云安全网络
解读德国工业4.0
智慧工厂的布局
——面向服务的工厂系统布局
硬件无关 抽象服务
现场层 服务库
硬件相关 设备控制
解读德国工业4.0
智慧工厂的车间
——基于无线、RFID、传感器和服务的架构
解读德国工业4.0
工业4.0下的产品特点
2015年03月06日
智能制造作为国家战略是 “十三五”规划重点内容
科技部先进制造领域正在规划的四个重点专项
“双基工程”
3D打印 “器换人”
“互联网+”
基础件
激光制造及 3D打印
机器人
网络制造
密切相关：智能制造
智能制造的内涵和特征
智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化 技术、拟人化智能技术等先进技术的基础上，通过智能化 的感知、人机交互、决策和执行技术，实现设计过程、制 造过程和制造装备智能化，是信息技术和智能技术与装备
智能制造系统
智能制造系统是先进制造技术、信息技术和智能技术在 装备产品上的集成和融合，体现了制造业的智能化、数 字化和网络化。
数字化企业 数字化工厂 数字化车间 自动化智能化生产线
激 光 器
电 子 标 签
光 电 器 件
传 感 系 统
执 行 系 统
伺 服 系 统
控 制 系 统
数 控 机 床
机 器 视 觉
服务
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
算法
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
“工业4.0” 研究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，并已上升为国家级战略。德国联邦政府投入达2亿 欧元。
解读德国工业4.0
Industry 4.0——德国高科技战略计划 两大主题：智慧工厂、智能生产 智慧工厂 • 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
制造过程技术的深度融合与集成。
—— 《智能制造科技发展“十二五”专项规划》
智能制造 ：制造业第四次革命
制造系统正在由原先的能量驱动型转变为信
息驱动型，要求制造系统表现出更高的智能。
电气化 数字化
机械化
智能化
蒸汽机
普通装备
数控装备
智能装备
制造业革命
智能制造技术组成
智能制造装备
智能制造系统 智能制造服务 信息获取，控制，执行，加工，成形，物流…… 智能生产线，智能车间，数字化工厂…… 生产性服务业智能化，供应链管理优化，物联网…… 智能制造技术
1994年：加拿大制定战略计划发展智能系统；
1994年：欧盟启动R&D项目，大力资助信息技术； 80年代末：中国将“智能模拟”列入国家科技发展 规划。
美国：创新优势的互联网+优势制造业 提出：先进制造技术伙伴
美国要重振制造业，要夺回制造业的领先优势。 美国政府再次赋予机械工业行业更大的优先权，努力实行积 极的产业政策以创造就业机会和鼓励制造业回归美国。2011年 夏，奥巴马总统推出了先进制造伙伴计划（AMP），这是一个
从自动化技术的观点看，CPS是一种工程系统，由一个嵌入在物体
中的计算和通信的内核，以及物理环境中的结构所监测和控制。 （Karl Henrik Johansson，2011） 以信息物理生产系统CPPS为模型构建智慧工厂，或者数字化工厂
解读德国工业4.0
工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）
嵌入式计算机
中央计算机
PC
智能手机 智能卡
90%的计算机都 是嵌入式
1个计算机： 多个用户
1个计算机：1 个用户
多个计算机：1个用户
解读德国工业4.0
高精度高品质多品种小批量 的智能产品
绿色生产：清洁、资源利用 率高的可持续发展
智能工厂位于城市的 城市生产
解读德国工业4.0

Industry 4.0 ——德国高科技战略计划首位