智能制造——数字化车间73

2010年，中国工业总产值占全球工业总值的比重已经达到19.9%，超过美国成为全球第一制造业大国。美国以18%排第二，日本第三，德国第四。美国日本欧盟台湾...世界制造产业链的转移规模扩大装备升级技术提升...我国制造业水平不断提升我国世界制造大国的地位，是在承接世界制造链的转移和我国制造业水平不断提升的过程中逐渐形成的。世界制造大国生产制造大国处于世界产业价值链的低端全球产业价值分配研发活动高技术零部件简单零部件组装市场与营销生产性服务业价值链价值链微笑曲线信息与管理密集信息与管理密集劳动密集劳动密集技术与资本密集技术与资本密集全球产业价值链附加值我们传统的工厂是从设计到开模生产，需要投入大量设备、资金和人力，如今有了三维印制机，只要在电脑上设计，就可三维打印出零部件和产品，包括航空航天、汽车摩托车、各种装备等复杂产品的精密零件及各种生活和工业用品，这种新型工艺的应用具有无限可能，并可大幅降低制造的门槛。计算机软件、新型材料、更灵活的机器、新工艺（特别是三维打印），以及网络上提供的各种软体服务，这些新科技的汇聚使工厂将逐渐告别大批量生产，进入完全客户化定制，以更低的成本、更高的效率和质量生产更多样化的产品，满足不同顾客的不同需求。TheThirdIndustrialRevolution第三次工业革命当前，第三次革命正在展开，这就是制造业的数字化。制造业数字化为传统制造业的面貌和生产方式正在带来巨大改变。所有革命都要进行一场惨烈的淘汰，不会以人的意志为转移。第三波工业革命也不例外，就像之前两波工业革命都曾淘汰若干行业和劳工，未来制造业势必再出现一场优胜劣败的大洗牌，工厂需要的劳工将越来越少，但需要更高的技能。当工厂需要的劳工减少，工资占生产成本的比重也会降低，从而改变目前到工资低的海外国家设厂的模式，跨国企业将逐渐把工厂搬回国内，以便设计人员能够和生产线更密切合作，同时更能贴近客户并迅速回应其需求。先进发达国家先进发达国家的应对策略的应对策略2009年1月，美国IBM公司提出了“智慧地球(SmarterPlanet)”概念。2009年4月，新西兰政府推出了《新西兰数字战略2.0》2009年6月，英国出台了“数字英国(DigitalBritain)”战略。2009年7月，日本推出了《i-Japan战略2015》。2009年9月，韩国出台了《IT韩国未来战略》研究。2010年5月，欧盟推出了《信息化战略行动计划》以应对当前欧盟的金融危机。2010年，奥巴马政府签署规模为170亿美元的《美国制造业促进法案》；2011年6月，又启动了美国《先进制造伙伴》计划2011年4月，德国首次提出了《工业4.0》发展战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，提高德国工业的综合竞争力。欧盟“信息化战略行动计划”欧盟“信息化战略行动计划”欧盟“信息化战略行动计划”是欧洲数字计划七项旗舰举措中的一项，可促进经济的明显增长，使社会各领域都能享受数字时代带来的快捷和便利。增强数字化文化技能和包容性更强的互操作性更快的互联网接入应用信息和通信技术应对气候变化和人口老龄化更多的研发投资增强互联网的信任度和安全性统一数字市场的建立“信息化战略行动计划”七大领域美国“先进制造伙伴”计划美国“先进制造伙伴”计划为了巩固制造业竞争优势并确保其在世界制造强国中的领先地位，美国提出并启动了“先进制造伙伴（AdvancedManufacturingPartnership）”计划，并投入5亿美元推动这项工作。主题词：3D打印、物联网、制造回归、先进材料、新一代机器人、自动化生产线、节能制造工艺……时间复杂程度工业革命1.018世纪末1784工业革命2.020世纪初电力广泛应用蒸汽机工业革命3.0电子、IT、工业机器人工业革命4.0信息物联系统Industry4.0——德国高科技战略计划首位工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产Industry4.0——德国高科技战略计划首位“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。•Industry4.0——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–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工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•智慧工厂的流程——基于云安全网络智能物料智能产品云安全网络智慧工厂2…N智慧工厂1智能机床1智能机床2面向机床的APP平台信息物理生产系统…机床间通信工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•面向智慧工厂的室内精确定位工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•面向智慧工厂的APP商店–下载量身定制的用户界面工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•智慧工厂中的机器人技术今天明天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工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•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工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•智慧工厂的车间——基于无线、RFID、传感器和服务的架构工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•智慧工厂的布局——面向服务的工厂系统布局服务库硬件无关抽象服务硬件相关设备控制现场层工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•Industry4.0——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工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•工业4.0下的产品特点——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–产品是一个agent产品会影响其所在环境–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我生产于2010年4月30日，5月3日出厂请握中间已经打开2分钟了，请盖上工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）通过价值链实现横向集成跨整个价值链的工程工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）垂直集成与网络化制造在明天的智慧工厂，生产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组IT配置的规则将被定义，可以根据具体情况进行工厂结构的拓扑结构配置组合，其中包括针对模型，数据，通信和计算算法的所有相关要求。工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•工业4.0的标准规范工业4.0智慧工厂标准EMMA:多模式工业辅助系统OMM:语义产品内存USDL:信息物理产品系统中的语义服务工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产•德国一些企业已经开始实施industry4.0TRUMPF公司：全球领先的技术公司，其业务覆盖机床、医药、激光和电子技术SAP公司：全球领先的企业应用软件公司WITTENSTEIN公司：伺服电机和运动控制技术制造商FESTO公司：全球领先的工厂自动化技术供应商BOSCH公司：德国最大的工业企业之一，精密机械及电气工程的工厂。工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产“工业4.0”行动领域标准化和参考架构建立宽频基础设施管理复杂系统构建安全保障体系工作有效组织设计保持德国制造业发展，促进全球竞争力提升保持德国制造业发展，促进全球竞争力提升培训与专业发展完善监管框架资源利用率的平衡工业4.0涉及不同企业的网络连接与集成，因此需开发一套统一的标准，并提供相应的参考架构。为复杂产品和制造系统的管理提供适当的解释性模型、工具和方法建立宽带互联网基础设施，为工业4.0提供可靠、全面和高质量的通信网络在确保生产设施和产品本身对人和环境没有威胁的同时，保护他们所带的数据和相关生产信息。工业4.0将改变员工的工作内容、工作流程和工作环境，在工作组织中需应用社会技术方法对员工的参与性工作进行设计。通过促进学习、终身学习和以工作场所为基础的持续专业发展计划，实施适当员工培训策略和组织工作。完善法律法规，以保护企业数据和个人信息，建立相应的行业准则和协议，促进企业自我监管。工业4.0能提高资源的生产率和利用效率，但需计算在智能工厂中投入的额外资源与产生的节约潜力之间的平衡。2012年，在由英国《经济学人》杂志发起的关于“第三次工业革命”讨论中认为，“以中国为代表的在第二次工业革命的末期突然崛起的国家，很可能会因为第三次工业革命的到来，再次被远远地抛在后面，发达国家尤其是美国、德国等，很有可能在第三次工业革命中再度领先，让一度已成为全球制造业中心的中国望尘莫及”。这种评论以直白的方式宣告，以美国为首的西方发达国家政府和企业希望通过这场正在来临的以移动互联网、物联网、云计算、大数据以及3D打印和新一代机器人等为基础的工业革命击败中国制造业。如何来适应？如何来把握？？如何来应对？？？我们中国制造中国制造20252025的提出的提出李克强总理在政府工作报告中的讲话“中国制造2025”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，重点促进以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与现代制造业、生产性服务业等的融合创新，为大众创业、万众创新提供环境，加快制造业转型升级、提升增效，力争到2025年从制造大国迈入制造强国行列。数字化工厂——我国当前工业企业的必然选择，也是唯一选择“数字化工厂”是以信息技术为代表的高技术与传统工业领域所有要素融合，进而促进传统工业的改造、提升、变革和创新，形成新型工业装备及系统，催生新的工业模式，构建现代产业体系，提升工业的核心竞争能力。38如果说，工作母机、重大设备和生产线等是工业能力的硬装备硬装备，那么，设计思想、管理模式、各种信息系统、标准和网络等就是新型工业能力的软装备软装备。硬装备与软装备硬装备与软装备的集成产物就是提升工业能力的新型工业装备新型工业装备。进一步说，如果硬装备是为新型工业提供硬能力的“躯体”，软装备则是现代工业提供软能力的“灵魂”，也是新型工业装备的“大脑”。数字化工厂可以理解为：在我国传统庞大的制造业躯体上装上大脑和灵魂，使之成为智能和智慧的、能适应现在和未来竞争的企业形态。现代工业装备现代工业装备硬装备硬装备==++软装备软装备制造执行系统（制造执行系统（MESMES）的功能构件）的功能构件制造执行系统（制造执行系统（MESMES））的应用的应用制造执行系统（制造执行系统（MESMES））的应用的应用制造执行系统（制造执行系统（MESMES））的应用的应用制造执行系统（制造执行系统（MESMES））的应用的应用制造执行系统（制造执行系统（MESMES））的应用的应用制造执行系统（制造执行系统（MESMES））的应用的应用制造执行系统（制造执行系统（MESMES））的应用的应用制造执行系统（制造执行系统（MESMES））的应用