智能制造与互联网+制造德国工业4.0与中国制造2025

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？二、智能制造与工业4.0三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望一、智能制造技术概况二、解读德国工业4.0三、中国制造2025与互联网+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；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。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。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。德国：强大的制造业+互联网提出：工业4.0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20252015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。科技部先进制造领域正在规划的四个重点专项基础件激光制造及3D打印机器人网络制造“互联网+”3D打印“器换人”“双基工程”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：制造业第四次革命普通装备电气化数控装备数字化智能装备智能化蒸汽机机械化制造业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。智能制造技术组成智能制造装备信息获取，控制，执行，加工，成形，物流……智能制造系统智能生产线，智能车间，数字化工厂……智能制造服务生产性服务业智能化，供应链管理优化，物联网……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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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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智能制造技术智能制造装备智能制造系统智能制造服务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装备工业机器人可重构生产系统工业自动化控制系统……智能制造产品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。智能制造系统数字化企业数字化工厂数字化车间自动化智能化生产线数控机床工业机器人远程监测监控系统物料运送仓储设备智能工艺装备3D打印系统机器视觉激光加工系统控制系统伺服系统执行系统传感系统光电器件电子标签激光器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。智慧城市核心理念感知化物联化智能化智能消防城市智能化智能安防智能楼宇智能交通智能医疗智能食品智能电网智能城市规划智能应急系统智能水资源……智能制造服务（案例：智慧城市）网络层通信网互联网物联网平台层IT能力CT能力城市数据中心手机PC摄像头RFID传感器网络视频电话internet呼叫中心无线网关云计算感知层应急指挥应用层数字城管平安城市政府热线数字医疗环境监控数字物流智能交通自控技术是关键智能制造服务（案例：智慧城市）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.识别技术主要包括一、为什么要发展智能制造？二、智能制造与工业4.0三、数字化制造及其研究进展四、智能制造技术及应用展望一、智能制造技术概况二、解读德国工业4.0三、中国制造2025与互联网+四、智能制造技术发展趋势解读德国工业4.0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智能化环境嵌入式计算机智能工厂智能手机智能卡90%的计算机都是嵌入式多个计算机：1个用户1个计算机：1个用户PC中央计算机1个计算机：多个用户基于物联网与服务的智能环境发展过程解读德国工业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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。解读德国工业4.0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解读德国工业4.0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物联网服务互联网智能物料APP平台智能产品APP平台信息物理生产系统智慧工厂APP平台基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP解读德国工业4.0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服务库硬件无关抽象服务硬件相关设备控制现场层解读德国工业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——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下的多模式交互多模式交互语音图形/视觉手势眼球跟踪面部表情身体语言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上下文的自适应故障诊断辅助工具基于肢体动作的物理辅助移动式个性化自适应的辅助导航系统多模式的人机交互基于位置的维护和规划辅助工具基于虚拟现实/增强现实的复杂工作流程辅助管理工具解读德国工业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工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）信息物理系统（CyberPhysicalSystem，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。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。（KarlHenrikJohansson，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）算法文档三维模型工艺数据…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CPS系统触发了工业自动化模式转变服务云物理对象解读德国工业4.0工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）文化…工业CPS应用智慧工厂CPPS能源CPS应用智能电网移动通信CPS应用智能手机健康CPS应用智能健康…与所有领域相关的通用技术（语义技术、云计算服务平台）经济安全、工程、教育、参考框架、模型物联网解读德国工业4.0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解读德国工业4.0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。解读德国工业4.0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解读德国工业4.0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解读德国工业4.0智能产品案例-波音波音公司已经在一些领域（军用民用）应用信息物理系统，从中获益匪浅。CPS对于波音公司航空航天领域至关重要解读德国工业4.0德国一些企业已经开始实施industry4.0T