工业4.0与智能制造

工业4.0及其智能制造工业互联网及智能制造2025未来制造业目录工业4.0一2011年1月2012年4~10月2014年4月2012年3月2013年4月工业4.0发展战略发布；由VDMA、BITKOM、ZVEI组成秘书处，组建工业4.0平台工业4.0平台发布白皮书（实施计划）2010年德国科学-产业经济研究联盟与德国国家科学与工程院（Acatech）共同制定工业4.0发展战略《德国2020高技术战略》行动计划发布，11个“未来项目”缩减为10个（投资84亿欧元）；“工业4.0”一词首次出现（投资2亿欧元）在德国科学-产业经济研究联盟（ForschungsunionWirtschaft-Wissenschaft）的倡导下，开始研究工业4.0《德国2020高技术战略》发布，并重点推出11个“未来项目”工业4.0的提出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经济全球化中，需要对市场做出快速响应保持制造业国际领先地位所需的标准化需要根据消费者需求，实现差异化、个性化的生产制造业占据全国GDP的25%、出口总额的60%，影响极大12356784工业4.0的社会背景四次工业革命工业4.0概念什么是工业4.0通过互联网等通信网络将工厂与工厂内外的事物和服务连接起来，创造前所未有的价值、构建新的商业模式的产官学一体的项目。“工业4.0”概念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。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。发展优势在生产能力上，工业4.0将确保仅一次性生产，且产量很低时的获利能力，确保工艺流程的灵活性和资源利用率。另一方面，工业4.0将使人的工作生涯更长，工作与生活更加平衡，高工资时产业仍有强大竞争力。实现方式主要是通过CPS（信息物理系统），总体掌控从消费需求到生产制造的所有过程，由此实现高效生产管理。工业3.0与工业4.0有哪些不同？大规模定制生产与大规模生产的比较大规模生产大规模定制管理理念以产品为中心，以低成本赢得市场以顾客为中心，以快速响应赢得市场驱动方式根据市场预测安排生产，属推动式的生产方式根据客户定点安排生产，属拉动式生产方式核心通过稳定性和控制力取得高效率通过灵活性和快速响应来实现多样化和定制化战略成本领先战略：通过降低成本、提高生产效率获取竞争优势差异化战略：通过快速反应、提供个性化的产品获取竞争优势目标以低价格开发、生产、销售、交付产品和服务以多样化和定制化开发、生产、销售、交付顾客买得起的产品和服务大规模定制的优势成本低效率高交货快品种多个性化大规模定制生产大规模生产品种单一标准化定制生产成本高效率低交货慢工业4.0的四个智能二工业4.0具体能实现什么？智能生产智能化设备智能化能源管理智能化供应链管理智能化工业4.0的要素三工业4.0的两大主题智能工厂：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：整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者。智能物流：主要通过互联网、物联网、务联网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。工业4.0的三个重点、八大关键工业4.0的愿景工业4.0为何引起广泛关注？改变改变制造业思维改变了制造业模式改变了创新模式创新的模式Textinhere行业支持标准化研发生产观效率、质量、成本、安全科学的生产观遵循的四项基本原则：第一、如何提高效率？第二、如何降低成本？第三、如何提升质量？第四、如何保障安全？四项基本原则应该从生产力和生产关系两个方面来运作：以先进的科学技术为技术抓手；以先进的管理科学为管理抓手。工业4.0最好的满足了科学生产观的四项基本原则科学的生产观科学生产观工业4.0的智能制造四本质是基于“CPS”实现“智能工厂”核心是动态配置的生产方式实现“柔性生产”关键是信息技术应用实现生产力飞速发展愿景是解决能源消费等社会问题工业4.0的智能制造本质是基于“CPS”实现“智能工厂”信息物理系统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系统触发了向智能化转型服务云物理对象CPS平台智能工厂智能工厂的三层架构智能设备基于无线、RFID、传感器和服务的架构智能产品智能产品特性集成了信息存储、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，请盖上智能APP平台面向智能制造的APP商店下载量身定制的用户界面工业4.0中的智能汽车智能产品案例-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工业4.0智能工厂的布局面向服务的工厂的布局服务库硬件无关抽象服务硬件相关设备控制现场层横向、纵向、端到端的集成核心是动态配置的生产方式产品-服务坐标产品开发服务C3PPLM买方交易卖方交易物流交易供应商客户价值链坐标企业坐标生产管理CRMSCMERPMES信息交换（数据）关键是信息技术应用工业软件决定工业4.0愿景：制造业节能工业节能减排与综合利用收集和分析能源信息识别问题管理运营改变耗能不良习惯工业互联网五工业互联网是什么•GE伊斯梅尔：所谓工业互联网就是开放、全球化的网络，将人、数据和机器连接起来。工业互联网的目标是升级那些关键的工业领域。•这是一个庞大的物理世界，由机器、设备、集群和网络组成，能够在更深的层面和连接能力、大数据、数字分析相结合。这就是工业互联网革命。工业互联网的关键要素工业互联网的价值分析GE认为，工业互联网的价值总体上将从三个方面来体现：•第一是提高能源的使用效率，包括油、气、电等等，而减少能源的浪费，并提高使用率，从侧面也等于提高了GDP。•第二，提高工业系统与设备的维修和维护效率，降低宕机的时间，减少故障，并缩短维护时间，这相当于提高了生产力。•第三，优化并简化运营，提高运营效率，这相当于解放了更多宝贵的人力资源，让他们可以进行更有价值与富有创新的工作。工业互联网的价值•GE报告显示:机器数据空前高速增长，未来10年。而处理急速增长的工业大数据，则需要大量基于机器的软件和服务。Wikibon预计，到2020年，工业互联网技术的总支出将达到5140亿美元。•报告还显示，在以毫秒计算的速度下，即时分析海量原始数据及灵活地与其他现有工业数据流互动和对比，对于从数据中提取有用信息并产生积极结果所需的实时决策至关重要。•到2020年，工业互联网创造的总体价值将近1.3万亿美元。主要源自工业互联网技术带来的效率和生产率提升以及其他相关收益。工业互联网的应用工业互联网包括传统方式以及最新混合方式，以便通过特定行业的高级分析来充分利用历史数据和实时数据。工业互联网的数据流工业互联网可以被看作是数据、硬件、软件和智能的流通与互动。从智能设备和网络中获取数据，然后利用大数据和分析工具进行存储、分析和可视化。最终的“智能信息”可以供决策者（在必要时实时）使用，或者作为各工业系统中更广泛的工业资产优化或战略决策流程的一部分。中国制造2025六《中国制造2025》强国战略规划：远超制造本身效益国家效益：20年3万亿美元GDP增量。企业效益：效率↑20%，成本↓20%，节能减排↓10%。近期印发互联网+智能制造已开始试点示范：2015年30个项目。五大工程•一是要实施国家制造业创新中心建设工程。–要建设一批产学研用相结合的制造业创新中心。在现有研究院所、大学和企业基础上，以产业联盟形式来承担制造业强国建设的核心任务，然后市场化的组建，阶段性地形成成果。二是大力推进智能制造。–带动各个产业提高数字化水平和智能化水平。–智能制造是新一轮科技革命的核心，也是制造业数字化、网络化、智能化的主攻方向。•三是工业强基工程。–解决基础零部件、基础工艺、基础材料比较落后。•四是绿色发展工程。–破解环境和资源制约，节约资源，保护环境。特别提到节能减排降耗、提高资源利用率。–发展的质量和效益已经成为中心任务。因为工业占我国整体能源消耗的73%。•五是高端装备创新工程。–“核高基”、互联网、数控机床、大飞机等专项已经在做–还要推进一些新的专项来启动，来提高整个装备制造业的水平。十大领域2010年10月7大新兴经济领域中国制造2025重点发展的十大领域疏理的重点项目新一代信息技术新一代信息技术信息网络、5G、云计算、大数据、集成电路高端装备高档数控机床和机器人工业互联网、机器人航空航天装备航空发动机、嫦娥探月工程海洋工程装备及高技术船舶海工装备、船舶制造、燃气轮机先进轨道交通装备轨道交通新能源汽车节能与新能源汽车智能汽车电力装备新能源、能源互联网、智能电网新材料新材料石墨烯、碳纤维生物生物医药及高性能医疗器械生物医药、精准医疗、移动医疗农业机械装备高端农机用一路一带眼光看《中国制造2025》•对外：26国、44亿人、21万亿$经济总量–丝绸之路经济带：•中国经中亚、俄罗斯至欧洲（波罗的海）；•中国经中亚、西亚至波斯湾、地中海；•中国至东南亚、南亚、印度洋。–21世纪海上丝绸之路：•从中国沿海港口过南海到印度洋，延伸至欧洲；•从中国沿海港口过南海到南太平洋。对内：全国调动两个核心区：新疆(陆)、福建(海)四门户：西北、东北、广西、云南八高地：西安；兰州、西宁；宁夏；重庆；成都、郑州、武汉、长沙、南昌、合肥；西安、宁夏、重庆、上海自贸区；前海等开放合作区；这里还一条到南太平洋的。培养全球眼光世界格局迫在眉睫！亚投行的巨大支撑制造的两大基本问题七制造的两大基本问题：一、生产什么？传统制造：创办人决定生产什么智能制造：客户决定生产什么制造的两大基本问题：二、如何盈利？践行科学的生产观（四项基本原则）如何提高效率？如何降低成本？如何提高质量？如何保证安全？个性化制造的三类基本任务：一、完全个性化需求每个人需要的产品绝对不同；不能够超出绝大多数人能够接受的价格范围在客户能接受的时间内完成任务；企业能够盈利。个性化制造的三类基本任务：二、小批量不知道客户在哪小批量的客户有共同的需求；制造商不知道客户是谁，也不知道批量有多大；能够把分散的客户需求进行集中；企业能够盈利个性化制造的三类基本任务：三、小批量不知道批量多少有一些客户需求相同；能够知道客户是谁；小批量，形不成规模化生产，而且知道数量；企业能够盈利智能制造的四大要素八智慧的人客户智力资源员工评论员智能产品智能产品特性集成了信息存储、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日出厂已经打开2分钟了，请盖上智能物料智能工厂智能制造的五大集成九客户集成客户集成预售团购众筹O2O智力集成智力集成外部生产资源外部智力资源内部生产资源内部智力资源横向集成（工厂之间）纵向集成（智能工厂）价值链集成智能制造的六大价值网络十智能客户网络吸引客户、发展客户、汇聚客户、点燃客户、抓住客户、激励客户、服务客户大数据云计算移动互联网物联网CPS开放自治全面采集价值导向体验经济智能智力网络智力网络外部生产资源外部智力资源内部生