工业4.0与智能工厂规划

工业4.0与智能工厂规划中美贸易摩擦的起因？美的集团美的集团2016年，美的斥资42亿美元收购了德国顶尖机器人集团之一库卡(Kuka)。美国认为美的收购库卡得到了中国政策性银行的帮助，例如中国进出口银行。中国化工中国化工斥资440亿美元收购全球最大的农药和种子集团之一瑞士先正达。这宗交易完成后，美国的4000名员工、33处研究基地以及31处生产和供应基地将由中国国企控制。中国中车中车集团近几年进入美国市场，拿下了波士顿、芝加哥、洛杉矶、费城供应地铁列车的合同。比亚迪2015年9月，比亚迪被列入华盛顿州交通局800台纯电动大巴采购清单。比亚迪纯电动大巴已经遍布美国30多个州，成为美国电动大巴市场具有垄断地位的品牌。此外，比亚迪在美国储能电站领域的市场份额也已经达到了50％。清华紫光美国贸易办公室称：清华紫光由清华大学控股，成立使命就是通过收购把国外的半导体技术带到中国。例如清华紫光旗下的华创投资收购了美国数字成像公司OmniVision。清华紫光2015年还曾准备收购西部数据，但因美国监管部门的调查而放弃。新一代信息通信技术产业航空航天装备先进轨道交通装备电力装备新材料高档数控机床和机器人海洋工程装备及高技术船舶节能与新能源汽车农机装备生物医药及高性能医疗器械《中国制造2025》10大重点领域第一次工业革命对世界的影响圈地运动采矿运动蒸汽机轮船蒸汽机纺织机殖民运动海外市场开拓世界贸易与分工火车等运输工具蒸汽机工业工业革命的四个阶段工业1.0发生在英国，让英国成为世界霸主。工业2.0让德国、日本、美国经济崛起，德国、日本二战战败，美国成为世界超级大国。工业3.0美国主导，其他国家纷纷效仿，美国、德国、日本等国家全面普及工业3.0。可口可乐的生产车间里，生产线上连续过来了三个瓶子，每个瓶子都自带一个RFID电子标签，里面记录着这是为张三、李四和王二麻子定制的可乐。第一个瓶子走到灌装处时，通过电子标签的无线通讯告诉中控室的控制器，说张三喜欢甜一点的，多放糖，然后控制器就告诉灌装机器手，“加二斤白糖！”（张三真倒霉……）。第二个瓶子过来，说李四是糖尿病，不要糖，控制器就告诉机器手，“这货不要糖！第三个瓶子过来，说王二麻子要的是芬达，控制就告诉灌可乐的机械手“你歇会”，再告诉灌芬达的机械手，“你上！”大规模、多品种定制生产，每一灌可乐从你在网上下单的那一刻起，他就是为你定制的，这就是智能生产。一个智能生产的虚拟场景生产流程智能化，生产设备能动态适应个性化的产品生产需求，是实现工业4.0的重要标志。蒸汽机普通机床数控机床智能机床工业1.0：机械化工业2.0：电气化工业3.0：数字化（自动化）工业4.0：智能化加工装备+电动机=电气化机床+电脑=按编程操作数控机床+智能控制=工艺优化工业革命的四个阶段（机床为例）加工装备+蒸汽机=机械化2015201420132012美国GE工业互联网文字内容新工业法国文字内容英国未来制造业预测文字内容日本机器人新战略文字内容德国工业4.0文字内容中国制造2025文字内容美国先进制造业国家战略主要工业国家纷纷出台制造业创新战略德国工业4.0德国工业4.0在2013年4月的汉诺威工业博览会上,德国政府正式推出“工业4.0”德国工业4.0提出背景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20%、出口总额的60%，影响极大12356784德国“工业4.0”战略的要点可以概括为：建设一个网络、研究两大主题、实现三项集成、实施八项计划。什么是信息物理系统（CPS）信息物理系统（CPS）是一个综合计算、通信、网络、控制和物理环境的多维复杂系统。（手机）CPS是由传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施共同组成的智能网络。使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够互联。信息物理系统（CPS）是智能制造的本质CPS将信息世界和现实世界联系在一起，智能目标之间可以互动和互相交流。信息物理系统（CPS）是智能制造的本质CPS让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。在生产制造过程中，与设计、开发、生产有关的所有数据将通过传感器采集并进行分析，形成可自律操作的智能生产系统。二、工业4.0时代的智能制造信息物理系统（CPS）是智能制造的本质德国工业4.0两大主题智能生产：侧重点在于将人机互动、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，从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。在工业4.0的战略蓝图中，把智能生产描绘成工厂可以为单件小批量的单个客户提供个性化生产服务，而不是只能按照固定的生产流程生产。智能工厂：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。流程型制造与离散型制造离散型制造是将不同的现成元部件及子系统装配加工成较大型系统，例如电脑、汽车、家电及工业用品制造等。流程型制造是通过一条生产线将原料制成成品，比如集成电路、冶金、石化、药品及食品/饮料制造等。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.识别技术主要包括工业4.0的三项集成【纵向集成】企业内部信息孤岛的集成，企业内部实现所有环节信息无缝链接，解决信息网络与物理设备之间的联通问题。【横向集成】企业之间通过价值链机信息网络来实现资源整合。供应商、销售商、用户。【端到端集成】围绕客户价值进行的集成。从用户需求开始，贯穿产品整个生命周期的研发设计、原料供应、生产制造、物流配送、销售服务等各个环节，最终满足用户需求。在为客户提供更有价值的产品和服务同时，重构产业链各环节的价值体系。标准化和参考架构。管理复杂系统。一套综合的工业宽带基础设施。安全和保障。工作的组织和设计。培训和持续的职业发展。监管框架。资源利用效率。德国工业4.0中的八项措施德国政府、西门子、SAP德国工业4.0的重要推动者工业4.0（智能制造）的关键技术智能传感器RFID3D打印工业机器人智能加工装备智能制造工艺工业软件与网络智能工厂的四个特征自动化1数字化2网络化3智能化4小组研讨：为什么汽车行业自动化程度比较高？汽车制造过程冲压白车身总装喷漆自动化视频案例：特斯拉汽车工厂自动化设备冲压设备（模具、切割、压铸）焊机设备（点焊、凸焊、缝焊、弧焊）喷漆设备装配设备检测设备清洗设备运输设备（线体、吊装、AGV、搬运）固定工装据统计每辆汽车车身上，大约有3000~4000个电阻点焊焊点。在汽车车身装焊工艺中，点焊工艺仍处于主导地位，电阻点焊技术的应用实现了汽车车身制造的量产化与自动化。横梁总成托架点焊传动轴平衡片凸焊汽车燃油箱缝焊汽车轮圈连续闪光对焊汽车转向臂、消声器、净化器壳体的电弧焊等。自动化设备-焊接设备智能组件数据采集自动控制信息交互，系统集成机器人工艺治具传感器仪器仪表PLC驱动件智能装备装备引进装备定制装备集成通信网络通信设备通信协议工业总线智能物流智能仓储智能搬运调度系统识别系统标识方式移动识别终端设备检测装置控制软件人机互动自动化装备及系统总体规划自动化在制造业应用的重要意义高效率+高精度+质量+安全小组研讨：高度自动化会带来哪些隐患？自动化1数字化2网络化3智能化4智能工厂的四个特征小组研讨：制造过程有哪些重要数据需要收集？生产过程数据1.产品设计数据；2.工艺设计数据；3.设备运营数据；4.生产计划与执行数据；5.质量检测与监控数据；6.物流与供应链数据。ERP、PDM、MES、手持PDA终端、条码采集器、PLC、传感器、DCS、SCADA、RFID等硬件设备和系统，对生产过程进行实时数据采集、控制和监控的系统。数据采集方式MESMES：制造执行系统（manufacturingexecutionsystem）关键支撑技术---软件与网络服务MES-制造执行系统（manufacturingexecutionsystem）MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当车间发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。名称描述原理应用场景SCADA数据采集与监控系统SCADA系统集成了数据采集系统、数据传输系统和HMI软件，以提供集中的监视和控制，以便进行过程的输入和输出。适用于广域。如水处理、石油天然气管道、电力传输和分配系统、铁路和其他公共运输系统。DCS分布式控制系统DCS采用集中监控的方式协调本地控制器以执行整个生产过程。通过模块化生产系统，减少了单个故障对整个系统的影响。主要用于过程自动化。常用于炼油、污水处理厂、发电厂、化工厂和制药厂等工控领域。PLC可编程逻辑控制器PLC具有用户可编程存储器用于保存实现特定功能的指令，如I/O控制、逻辑、定时、计数、PID控制、通信、算术、数据和文件处理等。PLC作为重要的控制部件，通常应用在SCADA和DCS系统中，用于实现工业设备的具体操作与工艺控制，通过回路控制提供本地的过程管理。SCADA与DCS、PLC三者有何区别SCADA的重点是在监视、控制，可以实现部分逻辑功能；PLC单纯的实现逻辑功能和控制，不提供人机界面，实现操作需借助与按钮指示灯、HMI以及SCADA；DCS兼具二者功能，但是基本上用在比较大的系统中和一些控制要求高的系统中。SCADA：数据采集与监视控制系统可实现对设备的数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能SCADA系统信息化总体规划及架构大数据工业云智能制造信息平台基础信息平台数据采集分析优化云计算云服务仿真优化数据建模过程仿真综合优化PDM数据应用产品研发图文管理项目管理ERP财务管理计划库存供需管理APP远程管理远程监控市场互动仓储管理物流管理生产物控WMSMES生产管控可视过程质量追溯研发软件数字化可仿真数据交互云协同PLM设计生产流程管理生命周期数字化制造信息平台基于数据共享及信息安全智能服务远程诊断服务支持智能运营基于数字孪生技术的智能工厂一、工艺设计智能化：二、生产过程智能化三、生产服务智能化（远程运维：诊断、操作、维护）企业指标实施前实施后奇瑞汽车发动机装配出错率0.5‰0.03‰江淮汽车整车交验合格率91.57%93.73%一汽海马汽车总装线设备综合效率77%83%用于奇瑞、江淮、一汽海马等自主品牌汽车生产典型案例：汽车行业实施数字化工厂带来的收益小组研讨：推行数字化需要哪些先决条件？自动化1数字化2网络化3智能化4智能工厂的四个特征2017年4月28日，康普顿设计产能10万吨/年的智慧工业园区启用,占地170亩。新工业园区内，设有储罐103个，总库容近3万立方米，做到专罐专线。引入了两条最先进的高速自动化灌装线，灌装线体最快速度可达12000桶/小时。国内润滑油行业首家启用立体智能仓库，在占地4000平米的位置，实现有10560个仓位，可存放近2亿货值润滑油产品。中国石油大连设计院规划设计,中国电子系统工程第四建设有限公司承建安装。康普顿黄岛工业园智慧工厂投产启用流程型智能制造案例：九江石化流程型智能制造案例：九江石化构建智能化联动系统实现：管理、生产、操作协同（三层）管理层：ERP、实验室信息管理系统（LIMS）、原油评价系统、计量管理系统、环境监测系统等；生产层：MES、调度系统、流程模拟系统，生成运行数据库，原油评价数据、分析数据，转换成具体操作指令。操作层：产品生命周期（PLM）、流程模拟，根据排产计划，监测生产设备负荷、仪器仪表运行、采集实时数据等。建立炼化环节生产管控中心实现连续性生产智能化生产炼化环节建立生产管控中心，该中心集生产运行、全流程优化、环保监测、DCS控制、视频监控等多个信息系统于一体。实时汇集传递生产、安全、环保、工