工业4.0与中国制造2025——中国制造业赶超之路

工业4.0是工业互联网的升级，是实现中国制造2025的必由之路
工业互 联网 工业 4.0
德国（2013）：以智能制造为主 导的第四次工业革命，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（相 结合的手段，将制造业向智能化 转型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。 2016/4/6 美国（2012）：全球工业系统与高 级计算、分析、感应技术以及互联 网连接融合的结果。通过智能机器 间的连接并最终将人机连接，结合 软件和大数据分析，重构全球工业
大数据人流分析_提升城市智慧管理.mp4 如何通过大数据分析确保火车在轨道上正常行驶？.f4v 大数据看就业_冷热变化有几何.mp4
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某比萨店的电话铃响了……
• • • • • • • • • • • • • • • 客服：XXX比萨店。您好，请问有什么需要我为您服务 ？ • 顾客：你好，我想要一份…… • 客服：先生，烦请先把您的会员卡号告诉我。 • 顾客：16846146***。 客服：陈先生，您好！您是住在泉州路一号12楼1205室，您 • 家电话是2646****，您公司电话是4666****，您的手机是 1391234****。请问您想用哪一个电话付费？ • 顾客：你为什么知道我所有的电话号码？ • 客服：陈先生，因为我们联机到CRM系统。 顾客：我想要一个海鲜比萨…… • 客服：陈先生，海鲜比萨不适合您。 顾客：为什么？ • 客服：根据您的医疗记录，你的血压和胆固醇都偏高。 • 顾客：那你们有什么可以推荐的？ • 客服：您可以试试我们的低脂健康比萨。 顾客：你怎么知道我会喜欢吃这种的？ 客服：您上星期一在中央图书馆借了一本《低脂健康食谱》。 顾客：好。那我要一个家庭特大号比萨，要付多少钱？ 客服：99元，这个足够您一家六口吃了。但您母亲应该 少吃，她上个月刚刚做了心脏搭桥手术，还处在恢复期。 顾客：那可以刷卡吗？ 客服：陈先生，对不起。请您付现款，因为您的信用卡 已经刷爆了，您现在还欠银行4807元，而且还不包括房 贷利息。 顾客：那我先去附近的提款机提款。 客服：陈先生，根据您的记录，您已经超过今日提款限 额。 顾客：算了，你们直接把比萨送我家吧，家里有现金。 你们多久会送到？ 客服：大约30分钟。如果您不想等，可以自己骑车来。 顾客：为什么？ 客服：根据我们CRM全球定位系统的车辆行驶自动跟踪 系统记录。您登记有一辆车号为SB-748的摩托车，而目 前您正在解放路东段华联商场右侧骑着这辆摩托车。
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2.1 物联网：工厂智能化之路的基石
– 物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要 发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义：
• 物联网就是物物相连的互联网”。
– 这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网 基础上的延伸和扩展的网络； – 第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和 通信。
从工业4.0到中国制造2025
——中国制造业的赶超之路
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内容提要
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引言：工业4.0概述 第一节 互联时代新挑战 各国制造业转型对策 第二节 工业4.0 核心载体:智慧工厂 第三节 工业4.0 硬件基础：让工厂能感知会说话 第四节 工业4.0 软件基础：工业软件让工厂能思考 第五节 工业4.0 核心中枢：万物互联 第六节 中国版工业4.0：“中国智造”逐步落地
智能化
•工业4.0的概念目前仍然是相对模糊的，目前它仅仅是一个愿景计划。
自动化
智能机器（机器 人）成为生产的 主力
在自动控制系统 （硬件及软件系统） 组织下，实现生产 的自动化
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数字化
数据储存、数据 分析成为工业生 产的重要组成部 分
生产能够根据数据 实时自动调节，优 化生产过程、提高 生产效率、节省能 源
– 例如，通过网络将视觉系统和搭载各种传感 器的工作机器人连接到计算机，CPS 无需任 何指示也能自己思考并进行工作。例如假设 一小块原材料能知道其最终产品是为哪个客 户提供的，那么它完全可能分析出自己应何 时何地接入生产环节，也能“认出”所有前 一个环节的相关数据，从而知道生产何时结 束、产品如何运出。
• 或者说， CPS的提出，使得物联网的概念更 加清晰起来。
– 升级版物联网具有“三大特征”：一片云(云 计算、云存储器)；两张网(无线传感器网、 互联网)；探知后行动。
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2.2 社交媒体技术
• 在国内微博、知乎、和微信等社交媒体得到广泛使用，己深刻改变了社会领域的 各个方面。 • 而在美国，社交网站的发展驱动了人们对于社交媒体技术在制造领域应用的探索。 今天的制造业正面临着巨大的挑战，如何快速查找工作所急需的专业知识，如何 快捷地找到正确的能帮助你的人，如何在设计过程中实现全球协同等，都可以借 助于社交媒体技术来实现。 • 同时，社交媒体可以有利于工厂企业市场营销的品牌建立与提升，获得潜在客户 信息等需求。社交媒体技术的应用还可以拓展到员工、客户或者商业伙伴之间的 协同工作领域，并能提高企业的运营效率。 • 畅想一下未来的智能工厂中。机器遇到需要解决的技术问题，可以自动通过社交 网络联系相关专家学习或者查找相关知识，自主学习。工厂还能通过社交网络检 测购买群体的风向指标信息，从而配合公司其他数据控制订单数量和产品品种。
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• 从技术上看，大数据与云计算的关系，就像一枚硬币的正反面一样密 不可分。
– 大数据必然无法用单台的计算机进行处理，必须采用分布式架构。它的特 色在于对海量数据进行分布式数据挖掘，但它必须依托云计算的分布式处 理、分布式数据库和云存储、虚拟化技术。
• 大数据技术是从各种类型的数据中，采用新处理模式快速获得有价值 信息，从而实现深度理解、洞察发现与精准决策。
2、 工业4.0 的第一块技术基石：ICT 技术突破
• ICT 是信息、通信和技术三个英文 单词的词头组合(Information Communication Technology，简 称ICT) 。它是信息技术与通信技 术相融合而形成的一个新的概念和 新的技术领域。
• 而ICT 技术的发展，带来了工业 4.0 发展最重要的技术支持。例如： • 物联网的发展、 • 社交媒体技术、 • 云计算技术、 • 大数据与先进分析技术。
什么是云计算_标清（新人板）.f4v
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2.4 大数据与先进分析技术
• “大数据”是需要新处理模式才能 具有更强的决策力、洞察发现力和 流程优化能力的海量、高增长率和 多样化的信息资产。 • 大数据技术的战略意义不在于掌握 庞大的数据信息，而在于对这些含 有意义的数据进行专业化处理。 • 换言之，如果把大数据比作一种产 业，那么这种产业实现盈利的关键， 在于提高对数据的“加工能力”， 通过“加工”实现数据的“增值”。 何谓大数据，岂止于大？.mp4
三大集成
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1.1 工业4.0 技术基础：信息物理系统（CPS）
• 信息物理系统 (cyber physical systems, 简称CPS) 。 • CPS 是一个结合计算领域以及传感器 + 微处理器 + 执行器+ 连网能力装臵 的整合控制系统。 • 信息物理系统是是一个综合计算、网 络和物理环境的多维复杂系统，通过 3C技术的有机融合与深度协作，让物 理设备具有计算、通信、控制、远程 协调和自治等五大功能。 • 它的出现实现了虚拟网络世界（云端） 与现实物理世界（制造厂）的融合， 实现了智能工厂的实时感知、动态控 制和信息服务。
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2.3 云计算技术
• 云计算发源于搜索引擎平台，是互联网 企业出于追求低成本高效能的考虑开发 出的一种计算技术，目前己成为提供各 种互联网服务的重要平台。 • 云计算是以虚拟化技术为基础，以按需 付费为商业模式，具备弹性扩展、动态 分配和资源共享等特点的新型网络化计 算模式。 • 在云计算模式下，软件、硬件、平台等 IT 资源将作为基础设施，以服务的方 式提供给使用者。
中国制造 2025
中国（2015）： 应对新一轮 科技革命和产业变革，立足 我国转变经济发展方式实际 需要，围绕创新驱动、智能 转型、强化基础、绿色发展、 人才为本等关键环节，以及 先进制造、高端装备等重点 领域，提出了加快制造业转 型升级、提升增效的重大战 略任务和重大政策举措，力 争到2025年从制造大国迈入 制造强国行列 4
• 因此，物联网的定义是
– 通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信 息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交 换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一 种网络。
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信息物理系统（CPS）：物联网的核心系统
• 目前的物联网在智能工厂的应用只是CPS 的 一种简约应用，也就是设备之间的互相连接、 信息和指令传递。 • 而CPS 更进一步的是协作和自治功能。
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引言：工业4.0概述
1、工业4.0的“一、二、三”
一个网络、两大主题、三大集成
2、工业4.0 的第一块技术基石：信息通讯技术突破
物联网、社交媒体技术、云计算、大数据
3、把智能工厂推向巅峰的终极技术：人工智能
人工智能奇点爆发、机器视觉、人工智能机器人
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互联化
每一个产品和原 件都是自带信息 的物件，并且可 联网
物与物之间 （M2M）、物与服 务网之间互联、物 和人(C2M)之间联 网
定制化
按客户订单设计 并生产甚至达到 每个产品个性化 的程度
允许在设计、配置、 定购、规划和运营 阶段纳入个性化标 准，达到生产一次 性产品及少数产品 12 仍能盈利。
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1.2 工业4.0 的核心载体：智能工厂
• 作为工业4.0 的载体，智慧工厂实现了数字和物质两系统的无缝融合。
– 智慧工厂也称数字化工厂（DF）,是以制造为基础，向产业链上下游同步延伸，涵盖了 产品全生命周期智能化实施与实现的组织载体。
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施耐德电气智慧工厂APP 1.0版_工控TV.mp4
复 杂 度
第一台纺织机问 世:1784年
第一次工业革命 出现在以水力和 蒸汽为动力的机 械制造发明之后
时间 20世纪70年代初 今天
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18 世纪末 2016/4/6
20世纪初
1、工业4.0的“一二三”
一个网络
两大主题
• 信息物理系统（Cyber-Physical System ） • CPS是在环境感知的基础上，深度融合计算、通信和控制能力的可控、可信、 可扩展的网络化物理设备系统。 • 智能工厂 • 分散的、具备一定智能化的生产设备，在实现了数据交互之后，能够形成高度智能 化的有机体，实现网络化、分布式的生产设施。 • 智能生产 • 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。 • 价值链上企业间的横向集成 • 将使用于不同生产阶段及商业规划过程的IT系统集成在一起，包括发生在公司内 部以及不同公司之间的材料、能源及信息的交换 • 网络化制造系统的纵向集成 • 将处于不同层级的IT系统进行集成 • 端对端工程数字化集成 • 在所有终端实现数字化的前提下所实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合
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从工业· 1.0到工业4.0
工业1.0-4.0的演变
2分钟告诉你_德国工业4_0.flv
基于物理信息 第一台可编程逻 系统（CPS）的 辑控制器（PLC） 第四次工业革 问世：1969年 ——智能化 第一条生产线，辛 辛那提屠宰场： 1870 第二次工业革 命出现在以电 力为动力的大 规模生产之后 第三次工业革命 利用电子学和IT 技术实现了制造 的进一步自动化
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பைடு நூலகம்
1.3 工业4.0 的实现过程：智慧生产
• 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。
智能化生产 升级-机器人 制造机器 人.mp4
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“指尖上的农业”-精准发力_智慧生产.mp4
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1.4 三大集成：工业4.0 与两化融合的关键
• 工业4.0 是一个立体的生产体 系，需要从三个维度来理解 这份蓝图。
• Y 维度：是垂直集成和网络 化制造系统，主要是要创建 公司内部柔性自适应的生产 系统。 • X 维度：集成主要是企业外 部价值网络的横向集成。
• Z 维度：实现产品价值链的 数字和现实的端到端集成。
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端到端集成
横向集成
纵向集成
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工业4.0的“一化”+“四化”