工业4.0与智能工厂规划讲课讲稿

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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20%、出口总额的60%，影响极大
德国“工业4.0”战略的要点可以概括为： 建设一个网络、研究两大主题、实现三项集 成、实施八项计划。
什么是信息物理系统（CPS）
电气化
工业2.0： 电气化
数控机床
机床 +
电脑 =
按编程操作
工业3.0： 数字化（自动化）
智能机床
数控机床 +
智能控制 =
工艺优化
工业4.0： 智能化
主要工业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
日本机文字器内人容新战略
信息物理系统（CPS）是智能制造的本质
CPS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。 在生产制造过程中，与设计、开发、 生产有关的所有数据将通过传感器 采集并进行分析，形成可自律操作 的智能生产系统。
信息物理系统（CPS）是智能制造的本质
二、工业4.0时代的智能制造
德国工业4.0两大主题
美国先进文制字造内业容国家战略 美国GE工业互联网
中国文制字造内容2025
德国工业4.0
德国工业4.0
在2013年4月的汉诺威工业博览会上,德 国政府正式推出“工业4.0”
德国工业4.0提出背景
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34பைடு நூலகம்
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
航空航天装备
先进轨道交 通装备
电力装备
新材料
高档数控机 床和机器人
海洋工程装 备及高技术
船舶
节能与新能 源汽车
农机装备 生物医药及高 性能医疗器械
第一次工业革命对世界的影响
蒸汽机纺织机
蒸汽机轮船 蒸汽机工业
圈地运动 殖民运动 采矿运动
海外市场开拓 世界贸易与分工 火车等运输工具
工业革命的四个阶段
工业4.0的三项集成
【横向集成】
企业之间通过价值链机信息网络来实现资 源整合。供应商、销售商、用户。
【纵向集成】
企业内部信息孤岛的集成，企业内部实现 所有环节信息无缝链接，解决信息网络与 物理设备之间的联通问题。
【端到端集成】
围绕客户价值进行的集成。从用户需求开始，贯穿产品整个生命周期的研发设计、原料 供应、生产制造、物流配送、销售服务等各个环节，最终满足用户需求。在为客户提供 更有价值的产品和服务同时，重构产业链各环节的价值体系。
生产设施的实现。
流程型制造与离散型制造
离散型制造是将不同的现成元部件及子系统装配加工成较 大型系统，例如电脑、汽车、家电及工业用品制造等。
流程型制造是通过一条生产线将原料制成成品，比如集成 电路、冶金、石化、药品及食品/饮料制造等。
智能制造技术
主要包括
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 4. 系统协同技术 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
工业4.0与智能工厂规划
中美贸易摩擦的起因？
美的集团 美的集团2016年，美的斥资42亿美元收购了德国顶尖机器人集团之一库卡(Kuka)。美国认为美 的收购库卡得到了中国政策性银行的帮助，例如中国进出口银行。
中国化工 中国化工斥资440亿美元收购全球最大的农药和种子集团之一瑞士先正达。这宗交易完成后，美 国的4000名员工、33处研究基地以及31处生产和供应基地将由中国国企控制。
信息物理系统（CPS）是一个综合计算、 通信、网络、控制和物理环境的多维复 杂系统。（手机） CPS是由传感器、嵌入式终端系统、智 能控制系统、通信设施共同组成的智能 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。
信息物理系统（CPS）是智能制造的本质
CPS将信息世界和现实世界联系在一起，智能目标之间可以互动和互相交流。
中国中车 中车集团近几年进入美国市场，拿下了波士顿、芝加哥、洛杉矶、费城供应地铁列车的合同。
比亚迪 2015年9月，比亚迪被列入华盛顿州交通局800台纯电动大巴采购清单。比亚迪纯电动大巴已经 遍布美国30多个州，成为美国电动大巴市场具有垄断地位的品牌。此外，比亚迪在美国储能电 站领域的市场份额也已经达到了50％。
第一个瓶子走到灌装处时，通过电子标签的无线通讯告诉中控室的控制器，说张三 喜欢甜一点的，多放糖，然后控制器就告诉灌装机器手，“加二斤白糖！”（张三真倒 霉……）。
第二个瓶子过来，说李四是糖尿病，不要糖，控制器就告诉机器手，“这货不要糖！
第三个瓶子过来，说王二麻子要的是芬达，控制就告诉灌可乐的机械手“你歇会”， 再告诉灌芬达的机械手，“你上！”
清华紫光 美国贸易办公室称：清华紫光由清华大学控股，成立使命就是通过收购把国外的半导体技术带到 中国。例如清华紫光旗下的华创投资收购了美国数字成像公司OmniVision。 清华紫光2015年 还曾准备收购西部数据，但因美国监管部门的调查而放弃。
《中国制造2025》10大重点领域
新一代信 息通信技 术产业
大规模、多品种定制生产，每一灌可乐从你在网上下单的那一刻起，他就是为你定 制的，这就是智能生产。
生产流程智能化，生产设备能动态适 应个性化的产品生产需求，是实现工 业4.0的重要标志。
工业革命的四个阶段（机床为例）
蒸汽机
加工装备 +
蒸汽机 =
机械化
工业1.0： 机械化
普通机床
加工装备 +
电动机 =
工业1.0发生在英国，让英国成为世界霸主。工业2.0让德国、日本、美国经济崛起， 德国、日本二战战败，美国成为世界超级大国。工业3.0美国主导，其他国家纷纷效仿， 美国、德国、日本等国家全面普及工业3.0。
一个智能生产的虚拟场景
可口可乐的生产车间里，生产线上连续过来了三个瓶子，每个瓶子都自带一个RFID 电子标签，里面记录着这是为张三、李四和王二麻子定制的可乐。
智能生产：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。在工业4.0的战略蓝图中，把智能生产描绘 成工厂可以为单件小批量的单个客户提供个性化生产服务，而不是只能按照固定的生产流程生产。
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