德国的工业4.0

祖林·《从世界级制造到工业4.0》从蒸汽时代到电气时代到自动化时代，德国工业引领全球制造潮流、掀起第四次工业革命，21世纪迈入智能化制造。德国政府全面推动的第四次工业革命将给世界传统产业带来哪些冲击和机会？德国工业4.0与美国推崇的WCM世界级制造如何在实践中融合、在互动中提升？工业4.0祖林·《从世界级制造到工业4.0》Industry4.018世纪末20世纪初电力广泛应用电子、IT、工业机器人工业3.0工业2.0工业1.0复杂程度时间工业4.020世纪中后期21世纪□一、从工业1.0到工业4.0祖林·《从世界级制造到工业4.0》第一次工业革命机械化创造了机器工厂的“蒸汽时代”1784年，出现了第一台机械织布机第二次工业革命流线化将人类带入分工明确、大批量生产的流水线模式和电气时代第三次工业革命自动化应用电子信息技术进一步提高生产自动化水平传送带方式与1870年开始在辛辛那提屠宰场使用1969年第一款PLC诞生第四次工业革命智能化开始应用信息物理融合系统（CPS）复杂程度180019002000今天从工业1.0到工业4.0ProgrammableLogicController信息物理系统(cyberphysicalsystems,简称CPS)使物理系统具有计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能。主要用于一些智能系统上如设备互联，物联传感，智能家居，机器人，智能导航等。祖林·《从世界级制造到工业4.0》2000AMT是一门综合性、交叉性前沿学科和技术，在传统制造技术的基础上，利用计算机技术、网络技术、控制技术、传感技术与机光电一体化技术等最新进展，不断发展完善，涉及制造业生产与技术、经营管理、设计、制造、市场各个方面。18世纪中叶1900手工作业动力技术机械化加电气化制造业初步形成→|1800机械技术机电自动化技术电子计算机问世1946年大批量生产机械制造业NC机床、APT语言、PDM等数字化制造技术先进制造技术先进制造业2011年智能化制造从工业1.0到工业4.0祖林·《从世界级制造到工业4.0》1910年代福特生产方式大批量生产1960年代丰田生产方式3D打印2000年代2011年工业4.0智能化制造1985年SCM供应链管理1990年JIT精益生产1993年ATM先进制造技术1996年WCM世界级制造1950年代TQM全面质量管理精益生产从工业1.0到工业4.0——生产方式的转变祖林·《从世界级制造到工业4.0》2000美日贸易战|←1985SCM19401980日本战后崛起全球经济一体化|←1990LP美国十余年日本研究|←1996WCM|←1993AMTTPS-JIT●TQM19001920●零缺陷●IE●VE●统计抽样ISO●6σ●19602011年工业4.0从工业1.0到工业4.0——生产方式的转变OEMODMOBMOriginalEquipmentManufacture原始设备（产品）制造商OriginalDesignManufacture原始设计（产品设计）制造商OriginalBrandManufacture原始品牌（提供）商？第四阶段：知识产权/技术标准/咨询？从工业1.0到工业4.0——企业经营形态的转变祖林·《从世界级制造到工业4.0》世界级制造：从小精益迈向大精益LeanProduction精益（狭义精益LeanLite）WorldClassManufacturing世界级制造（广义精益LeanExtended）更“忠实于”丰田生产方式的原型，东方哲理气氛较浓重，将【消除浪费】作为号召力。更突出西方重数据、严谨和定量化的特色，特别抓住效果评估这一重要环节，以【提高库存周转】作为企业打拼目标，更关注于消除供应链之间的浪费。祖林·《从世界级制造到工业4.0》LeanProduction精益（狭义精益LeanLite）WorldClassManufacturing世界级制造（广义精益LeanExtended）世界级制造跃上了扩展精益的新高度，其思想与技术在更高层次上与精益融合在一起，形成一个应用和评估相结合的系统，这些源于各种新的管理理念——从流程再造到六西格玛、从作业成本法到平衡记分法——的方法集合起来形成基于世界级体系的管理法则。同根同源的世界级制造和精益制造最终融合到了一起，形成新的在21世纪企业在竞争获胜的强大武器——世界级制造将成为二十一世纪优秀制造的新标准。WCM的发展历程启示我们：在推广应用精益思想的同时，应充分吸取世界级制造的优势。WCM世界级制造世界级品牌精品质量商业模式核心能力发展模式生产模式SCM供应链管理AMT先进制造技术智能化制造服务型制造6σ六西格玛祖林·《从世界级制造到工业4.0》二、工业4.0——德国国家战略Industry4.0“第四次工业革命”（Industrie4.0）最早是在2011年汉诺威博览会上、由三位大学教授提出来的。制造业在德国的国民经济中创造的价值占26%，作为提升传统制造业的战略发展方向，工业4.0项目研究组在2012年10月2日向德国联邦政府提交了112页的实施报告，这是一场有组织的革命，德国三大协会有史以来第一次搭建了一个联合工作平台，2013年4月开始关于工业4.0的全面系统研究。·机械设备制造协会（VDMA）·电子工业中央联盟（ZVEI）·信息通讯新媒体协会（BITKOM）祖林·《从世界级制造到工业4.0》19411960198020002020□工业4.0的环境基础祖林·《从世界级制造到工业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□工业4.0的时代呼唤祖林·《从世界级制造到工业4.0》MES制造执行系统PLM虚拟与现实的结合Industry4.0CPS信息物理融合系统□工业4.0的三大支柱祖林·《从世界级制造到工业4.0》MES制造执行系统自动化层和MES之间的对接无缝化，跨越企业实现柔性生产，所有的信息实时可用，为生产网络化环节所用。MES系统会不断跟踪库存量，一旦库存达到了一定限值，会从你的ERP（企业资源计划）系统发电子信息给供应商，中间没有任何人为的干预。通过EDI（电子数据交换）方式实现所有管理。ERP系统以及供应商可以计算所有成本，根据现有机器运转情况确定供货最大量或者最优价格，所有这些都毋需人参与和干涉，ERP系统可以做出决策建议，实现企业与供应商之间的最佳交流。机器上有芯片，所携带的算法能够帮助设备做出更加正确的决定。祖林·《从世界级制造到工业4.0》虚拟与现实的结合基于共同的数字化企业平台进行产品的设计和生产工程的集成，包括所有设计和规划等软件，也就是产品设计以及工程当中的数字化世界和真实世界的融合，有效应对生产效率越来越高、产品周期越来越短、产品变形越来越多等方面的挑战。“现实制造”和“虚拟呈现”融合ProductLifecycleManagement在生产规划时，PLM软件虚拟开发每个机床的生产过程，实现整套设备的仿真，创建一种全新的视角进行创造，不管是什么样的原样机，如果不满意，就可以通过虚拟方式对它进行优化，这样一来，无需再制造一个原样机把旧的和新的进行对比和改进。在产品设计时使用PLM软件，给生产者提供三维模型，在虚拟工厂中分析和优化自动化的设计，不仅节约原材料和资源，还节省大量的时间成本。祖林·《从世界级制造到工业4.0》信息物理融合系统CPS信息物理融合系统Cyber-PhysicalSystem可以体现实实在在的既有物理工厂系统，也有在数字世界的仿真，最终能够实现生产过程的完全可控、可调，实现柔性制造，缩短产品上市的时间。人们买了一台新的打印机，把它插在笔记本电脑上就可以使用。未来，当一个机器人进入到了生产网络和系统，也可以即插即用——现在，工业4.0的研究队伍正在朝着这个方向努力。祖林·《从世界级制造到工业4.0》Industry4.0三、智能化面对资源紧缺、能源转变、员工年龄结构改变和全球化进程，以网络和空间分布系统、顺畅的通讯和信息高速公路为技术基础，让网络技术进入制造业，实现工厂智能化，大数据、云计算以及物联网都会用到第四次工业革命当中，第四次工业革命的范围却又超过了这些技术本身。SmartFactory祖林·《从世界级制造到工业4.0》CPS信息物理融合系统制造技术与信息技术融合降低集中控制度，增加生产设备的自主控制，把分散的、自主的、智能化的制造设备通过网络紧密地联接在一起，具有更开放、更积极通讯的系统结构，更具动态性和灵活性，从而能发掘出更多优化的可能。由传感器、控制电脑、执行器以及网络组合的控制系统，强调实体装置和电脑网络的连结，借用技术手段实现人的控制在时间、空间等方面的延伸，本质就是人、机、物的融合。Cyber-PhysicalSystem祖林·《从世界级制造到工业4.0》产品个性化迎合顾客对产品个性化、多样化、不断改变的要求，高度灵活的工厂通过现代化手段、以大批量生产的成本制造批产量为1的产品。顾客与工厂频繁交流沟通，在合同前、下订单后以及设计、加工、装配和调试各阶段，顾客甚至可以在生产过程中改善订单细节。Flexibility●通过工厂智能化，员工拥有灵活的工作时间，因此工作更安心了。●利用网络，生产可以分散，从而分散能源供应。●利用网络，员工可以就近甚至在家里上班。生产人性化祖林·《从世界级制造到工业4.0》智能化制造的五大特征A、全网络化B、工件控制工厂C、自动物料配送D、工件自带信息E、完美防错系统SmartFactory祖林·《从世界级制造到工业4.0》●中小企业现场学习●精益实践零距离互动全网络化完美防错系统工件控制工厂自动物料配送工件自带信息所有加工设备、待加工部件及其运输小车、装料机器手都装有CPS（人机物融合系统），都具有无线上网功能。待加工部件不通过中央控制器，直接与加工设备联系确定，到哪台设备进行哪些加工。负责下道工序的加工设备直接调用待加工件，独立自主的运输小车根据地下铺设的感应线路，把工件送给装料机器手。所有后续工序需要的产品信息，包括生产销售文件都由各工件自己携带。如果出现差错，或顾客的特别要求与现有的CAM数据不符，研发部的工程师会立刻得到报警，补充改进措施会立刻在一个虚拟的试验环境下检查，然后发给工件。□智能化制造的五大特征