工业4.0与智能制造.pdf

一工业4.0 二工业4.0时代的智能制造三未来制造业目录工业4.0 是什么一2011年年1月月2012年年410月月2014年年4月月2012年年3月月2013年年4月月工业工业4.0发展战略发展战略发布；由发布；由VDMA、BITKOM、ZVEI组成秘书处，组组成秘书处，组建 工 业建 工 业4.0平 台平 台工业工业4.0平台发布平台发布白皮书（实施计划）白皮书（实施计划）2010年年德国科学德国科学-产业经济研究联盟与德产业经济研究联盟与德国国家科学与工程院（国国家科学与工程院（Acatech）共 同 制 定 工 业共 同 制 定 工 业4.0发 展 战 略发 展 战 略德国德国2020高技术战略行高技术战略行动计划发布，动计划发布，11个“未来项个“未来项目”缩减为目”缩减为10个（投资个（投资84亿亿欧元）；“工业欧元）；“工业4.0”一词”一词首次出现（投资首次出现（投资2亿欧元）亿欧元）在德国科学在德国科学-产业经济研究联产业经济研究联盟盟（Forschungsunion Wirtschaft-Wissenschaft）的倡导下，开始研究工业的倡导下，开始研究工业4.0 德国德国2020高技术战略发布，高技术战略发布，并重点推出并重点推出11个“未来项目”个“未来项目”工业 4.0 的提出一、工业4.0是什么老龄化社会带来的劳动力减少老龄化社会带来的劳动力减少资源匮乏，能效仍需提升资源匮乏，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制造业占据全国GDP的的25%、出口总额的、出口总额的60%，影响极大，影响极大12356784工业 4.0 的社会背景一、工业4.0是什么四次工业革命一、工业4.0是什么工业1.0一、工业4.0是什么工业2.0一、工业4.0是什么工业3.0一、工业4.0是什么工业工业4.0概念概念什么是工业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。一、工业4.0是什么工业3.0与工业4.0有哪些不同？一、工业4.0是什么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一、工业4.0是什么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一、工业4.0是什么工业4.0具体能实现什么？智能一、工业4.0是什么 传统生产方式物质生产产品信息材料能源一、工业4.0是什么生产智能化一、工业4.0是什么设备智能化设备智能化能源管理智能化能源管理智能化供应链管理智能化供应链管理智能化工业工业4.0 的两大主题的两大主题u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。u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。u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。工业工业4.0的三个重点、八大关键的三个重点、八大关键工业工业4.0的愿景的愿景工业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一、工业4.0是什么创新的模式Text in here行业支持标准化研发一、工业4.0是什么 生产观 效率、质量、成本、安全 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：科学的生产观遵循的四项基本原则：第一、如何提高 第一、如何提高效率效率？第二、如何降低 第二、如何降低成本成本？第三、如何提升 第三、如何提升质量质量？第四、如何保障 第四、如何保障安全安全？四项基本原则应该从 四项基本原则应该从生产力生产力和和生产关系生产关系两个方面来运作：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。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 工业4.0最好的满足了科学生产观的四项基本原则 科学的生产观科学的生产观 科学生产观传统的生产链长期且固定的一种关系一、工业4.0是什么工业4.0的生产网相对动态的一种关系一、工业4.0是什么传统的分工合作 1.研发3.原型制造4.零部件生产5.系统集成6.销售服务2.设计1980:OEM价值链仅将零部件的生产分包给不同的供应商一、工业4.0是什么当前的外包开发 工艺过程开发子装配体 零部件供应链管理产品生命周期管理2000:部分外包的价值链外包包括工艺过程开发等核心环节用供应链管理、产品生命周期管理等软件系统管理外包工作1.研发3.原型制造4.零部件生产5.系统集成6.销售服务2.设计一、工业4.0是什么工业4.0 的开放制造第一层 子装配体零部件系统第二层第三层工艺过程开发项目管理质量管理商业模式开发产品生命周期管理供应链管理2025:开放的价值链 学习型组织和精益生产1.研发3.原型制造4.零部件生产5.系统集成6.销售服务2.设计一、工业4.0是什么工业4.0能产生多少价值？一、工业4.0是什么社会效益：解决劳动力不足。生产力：倍速增长。一、工业4.0是什么德国电子电气制造商协会研究报告美国GE预测：2015年，智能工业影响一半的全球经济工业4.0时代的智能制造二二、工业4.0时代的智能制造工业4.0的智能制造：本质 是基于“信息物理系统”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（一）本质是基于“信息物理系统”实现“智能工厂”二、工业4.0时代的智能制造信息物理系统物理信息CPS系统通信信息计算物理控制二、工业4.0时代的智能制造2006年2月 美国发布（美国竞争力计划）CPS 为重要的研究项目信息物理系统二、工业4.0时代的智能制造核心技术物联网核心技术物联网文化科技工业CPS应用智能工厂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、模型物联网服务互联网3C二、工业4.0时代的智能制造核心平台信息物理系统核心平台信息物理系统信息物理系统（CPS）信息物理系统（CCPS）强调物理过程与信息间的反馈，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。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6CCPS计算（Computing，云计算等）社群（Community，协同合作）定制化（Customization，个性化定制）控制（Control，传感器、执行器等）通信（Communication，无线通信等）内容（Content，语义分析）二、工业4.0时代的智能制造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CPS平台二、工业4.0时代的智能制造智能工厂二、工业4.0时代的智能制造智能工厂的三层架构二、工业4.0时代的智能制造 智能设备智能设备基于无线、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，请盖上智能智能APP平台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工业4.0中的智能汽车中的智能汽车智能产品案例-智能化汽车动力管理动力管理APP驾驶员辅助驾驶员辅助APP智能用户界面智能用户界面APP绿色驾驶绿色驾驶APP工业工业4.0智能工厂的布局智能工厂的布局面向服务的工厂的布局服务库服务库硬件无关硬件无关抽象服务抽象服务硬件相关硬件相关设备控制设备控制现场层现场层横向、纵向、端到端的集成二、工业4.0时代的智能制造云计算推动工业4.0的创新能力发展，通过资源的平台集中管理，实现智能化实时控制调配。同时大数据分析实现制造、库存、采购、物流等的最优化管理。行业云 SAAS IAAS PAASOA切削云焊接云数据分析云管理和业务这次恒安全CRM门户即时通信邮件内容管理工业应用ansysabqqusfluentblast基服础务基设础施身份认证ACLData Mining FrameworkCloud APIDevelopmentFramework虚拟化主机存储网络其他硬件数据存储计算服务负载管理备份加工云 工业云（二）核心是动态配置的生产方式二、工业4.0时代的智能制造汽车生产线的变迁二、工业4.0时代的智能制造产品-服务坐标产品开发服务 C3P PLM 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CRMSCM ERP MES 信息交换 （数据）（三）关键是信息技术应用二、工业4.0时代的智能制造工业软件决定工业4.0（四）愿景是解决能源消费等社会问题二、工业4.0时代的智能制造2010年德国能耗分布制造业节能途径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二、工业4.0时代的智能制造未来制造业三三、未来制造业BusinessCustomersFINERPEAMEquipment&AutomationHRWMST&ASuppliersLean/CITMSHMIMISched产品 Productionetc.CAMQualityDesignMPMCRMCAD运行设施 Operations Infrastructure企业设施 Enterprise InfrastructureSCMSupportMES供应侧客户侧企业侧支持设计（一）工业软件定义制造业（二）大数据驱动制造业向服务业转型三、未来制造业数据量的增速全球数据量预测（单位ZB）1980以来，每40个月翻一番数据量增速，是GDP增速的4倍数据处理能力，是GDP增速的9倍2000年人类信息75%是模拟数据，2007年是6%，现在1%？三、未来制造业制造业大数据产品数据运营数据制造业大数据AB外部数据D价值链数据C三、未来制造业市场预测精准匹配生产管理社交应用推送营销大数据驱动制造业向服务业转型三、未来制造业智能制造智能制造智能产品智能数据智能工厂智能设备产生使用三、未来制造业（三）网络信息安全同样影响工厂三、未来制造业畅想（四）制造业将成为信息产业的一部分三、未来制造业制造业产品将被视为电子产品或者网络产品三、未来制造业未来的汽车能否与网络互联，可能成为汽车市场上的决定性因素三、未来制造业三、未来制造业制造业也将成为信息产业的一部分三、未来制造业谢谢观赏！