工業(yè)及智能制造

工業(yè)4.0——理念·創(chuàng)新·發(fā)展Industry4.0——Idea·Innovation·Development

目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)4.0工業(yè)4.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻(xiàn)致謝2目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)4.0工業(yè)4.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻(xiàn)致謝3人類工業(yè)史三次工業(yè)革命使得人類發(fā)展進(jìn)入了空前繁榮的時代三次工業(yè)革命產(chǎn)生的弊端巨大的能源以及資源消耗巨大的環(huán)境代價以及生態(tài)成本21世紀(jì)，人類面臨空前的全球能源與資源危機(jī)、全球生態(tài)與環(huán)境危機(jī)、全球氣候變化危機(jī)的多重挑戰(zhàn)互聯(lián)網(wǎng)的高度發(fā)展越來越多功能強(qiáng)大的、自主的微型電腦（嵌入式系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了與其他微型電腦和互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)物理世界和虛擬世界（網(wǎng)絡(luò)空間）以信息-物理系統(tǒng)（CPS）的形式實(shí)現(xiàn)了融合由此引發(fā)了第四次工業(yè)革命——綠色工業(yè)革命“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，運(yùn)用信息物理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的現(xiàn)代化。發(fā)展背景基本概念背景一4德國政府正面臨著數(shù)十年來最嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)與金融危機(jī)的挑戰(zhàn)經(jīng)濟(jì)與金融危機(jī)加速了全球的知識競賽，人才、技術(shù)和市場領(lǐng)導(dǎo)地位的國際競爭也將進(jìn)一步加劇重大全球性挑戰(zhàn)氣候變化人口增長疾病擴(kuò)散糧食供應(yīng)化石原料與能源的有限性工業(yè)基礎(chǔ)雄厚德國是全球八大工業(yè)國之一，其制造業(yè)尤為發(fā)達(dá)，是德國經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的重要拉動力德國機(jī)械工業(yè)高度現(xiàn)代化、機(jī)械化、高效化東方命脈中國是德國出口增速最快的國家之一過半數(shù)的德國企業(yè)視中國為全球范圍內(nèi)最為重要的三大市場之一于2010年提出《德國高技術(shù)戰(zhàn)略2020》發(fā)展背景背景二5初步概念2011年德國漢諾威工業(yè)博覽會（HANNOVERMESSE）上，德國相關(guān)協(xié)會提出工業(yè)4.0的初步概念發(fā)展完善德機(jī)械設(shè)備制造聯(lián)合會等協(xié)會牽頭，德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下，成立“工業(yè)4.0工作組”進(jìn)一步加強(qiáng)工業(yè)4.0的研究并向德國政府進(jìn)行報告國家戰(zhàn)略發(fā)展制造業(yè)是德國政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項(xiàng)目之一，“工業(yè)4.0”研究項(xiàng)目由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部聯(lián)手資助，已上升為國家戰(zhàn)略正式提出2013年4月，德國政府于2013漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出“工業(yè)4.0”中德合作2014年10月初，克強(qiáng)總理訪德期間，中德簽署了《中德合作行動綱要：共塑創(chuàng)新》，提出兩國將開展工業(yè)生產(chǎn)的數(shù)字化（工業(yè)4.0）合作發(fā)展歷程6目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)4.0工業(yè)4.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻(xiàn)致謝7總體概念工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)—信息物理系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystem)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型總體概念兩大主題一是“智能工廠”，重點(diǎn)研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用智能工廠智能生產(chǎn)工業(yè)4.08技術(shù)基礎(chǔ)ICT是信息、通信和技術(shù)三個英文單詞的詞頭組合(InformationCommunicationTechnology，簡稱ICT)。它是信息技術(shù)與通信技術(shù)相融合而形成的一個新的概念和新的技術(shù)領(lǐng)域。近二三十年來，德國制造業(yè)已成功地利用信息通信技術(shù)（ICT）實(shí)現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的管理——如今，大約90%的工業(yè)生產(chǎn)過程已應(yīng)用ICT技術(shù)ICT物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings）是指通過各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)9技術(shù)基礎(chǔ)信息物理系統(tǒng)（CPS,Cyber-PhysicalSystems）是一個以通訊和計算為核心的集成的監(jiān)控和協(xié)調(diào)行動的工程化物理系統(tǒng)，是計算、通訊和控制的融合，具備很高的可靠性、安全性和執(zhí)行效率。信息物理系統(tǒng)CPS雛形：1948年Wiener在《Cybernetics，orControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine》一書所提出控制論以及我國著名科學(xué)家錢學(xué)森博士1954在《EngineeringCybernetics》一書中提出的“工程控制論”CPS官方正式提出來源于2007年《美國總統(tǒng)科學(xué)技術(shù)咨詢委員會報告》發(fā)展過程1011工業(yè)4.0三個特征兩大戰(zhàn)略八大關(guān)鍵八大價值三個特征征通過價值值網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)橫向向集成工程端到到端數(shù)字字集成橫跨整個個價值鏈鏈垂直集成成和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化的制制造系統(tǒng)統(tǒng)12三個特征征通過價值值網(wǎng)絡(luò)實(shí)實(shí)現(xiàn)橫向向集成13把產(chǎn)品、、機(jī)器、、資源、、人有機(jī)機(jī)聯(lián)系在在一起，，各公司司各環(huán)節(jié)節(jié)數(shù)據(jù)共享享，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)產(chǎn)品全生生命周期期和全制制造流程程的數(shù)字化由大規(guī)模模批量生生產(chǎn)向大大規(guī)模定定制生產(chǎn)產(chǎn)轉(zhuǎn)變由集中生生產(chǎn)向網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化異異地協(xié)同同生產(chǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變由傳統(tǒng)制制造企業(yè)業(yè)向跨界界融合企企業(yè)轉(zhuǎn)變變協(xié)同、分分享三個特征征通過價值值網(wǎng)絡(luò)實(shí)實(shí)現(xiàn)橫向向集成14西門子的的阿基米德德計劃——并購UGSPLMSoftware設(shè)計與生生產(chǎn)的業(yè)業(yè)務(wù)流程程集成并并形成閉閉環(huán)循環(huán)環(huán)并行流程程－針對對多學(xué)科科多部門門的并行行流程信息交互互－信息息同源化化的信息息集成按設(shè)計制制造－按按客戶和和企業(yè)的的需求制制造產(chǎn)品仿真真－產(chǎn)品品全生命命周期仿仿真縮短產(chǎn)品品發(fā)布時時間－縮縮短產(chǎn)品品獲得利利潤時間間企業(yè)研發(fā)發(fā)部門創(chuàng)創(chuàng)新－遍遍布全球球的創(chuàng)新新網(wǎng)絡(luò)硬件與軟軟件的簡簡單連接接，信息息的全方方位集成成三個特征征工程端到到數(shù)字端端集成橫橫跨整個個價值鏈鏈15兩個特點(diǎn)點(diǎn)在所有終終端實(shí)現(xiàn)現(xiàn)數(shù)字化化的前提提下所實(shí)實(shí)現(xiàn)的基基于價值鏈與不同公公司之間間的一種種整合客戶可實(shí)實(shí)現(xiàn)隨時時參與和決決策并自由配置置各個功能能組件數(shù)字空間間＝物理理空間三個特征征工程端到到數(shù)字端端集成橫橫跨整個個價值鏈鏈16虛擬制造造數(shù)字化模模型計算機(jī)仿仿真產(chǎn)品數(shù)據(jù)據(jù)管理（（PDM）Sutherland，《終極顯示示》，1965MIT林肯實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室，頭盔顯顯示，1966NASA，火星探探測虛擬擬環(huán)境，，19853D打印三個特征征工程端到到數(shù)字端端集成橫橫跨整個個價值鏈鏈17虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)虛擬產(chǎn)品品設(shè)計虛擬產(chǎn)品品性能分分析虛擬加工工虛擬裝配配虛擬測試試虛擬生產(chǎn)產(chǎn)調(diào)度與與仿真連接物理理空間與與數(shù)字空空間三個特征征垂直集成成和網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化的制制造系統(tǒng)統(tǒng)18在智能工工廠中，，制造結(jié)結(jié)構(gòu)將不不是固定定和事先先定義好好的，信信息技術(shù)術(shù)組合規(guī)規(guī)則為不不同情況況自動形成成特定結(jié)構(gòu)構(gòu)。確保調(diào)節(jié)節(jié)器和傳傳感器通通訊順暢暢開發(fā)工廠廠模塊以以及重新新使用戰(zhàn)戰(zhàn)略領(lǐng)導(dǎo)者和和操作者者需要接接受培訓(xùn)訓(xùn)歐盟“智智能工廠廠”研發(fā)發(fā)團(tuán)隊(duì)FRAME采用世界界上最先先進(jìn)的創(chuàng)創(chuàng)新型傳傳感網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技術(shù)和和人機(jī)交交互技術(shù)術(shù)，開發(fā)發(fā)出具有有自我意意識、自自我學(xué)習(xí)習(xí)和自我我適應(yīng)能能力的智能型自自動控制制系統(tǒng)。英飛凌對對工廠進(jìn)進(jìn)行智能能化改造造，提供供面向物物聯(lián)網(wǎng)的的半導(dǎo)體體解決方方案，在在2014年6月推出“工業(yè)4.0試點(diǎn)基地地”項(xiàng)目，應(yīng)應(yīng)用于部部分芯片片生產(chǎn)。。其智能能卡與安安全事業(yè)業(yè)部全球球總裁StefanHofschen認(rèn)為在工工業(yè)4.0時代，安安全市場場也會增增長。兩個戰(zhàn)略略需要加強(qiáng)制造技術(shù)和信息技術(shù)的融合，依靠物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為向工業(yè)4.0邁進(jìn)的部分戰(zhàn)略，使用技術(shù)來創(chuàng)造新價值網(wǎng)絡(luò)。把現(xiàn)存的大規(guī)模任務(wù)和中小企業(yè)同步整合在新的價值網(wǎng)絡(luò)中。要求在不同廠址的商務(wù)間的緊密聯(lián)系，并且需要不同企業(yè)間的密切合作。領(lǐng)先的供應(yīng)商戰(zhàn)略領(lǐng)先的市場戰(zhàn)略19八大關(guān)鍵鍵標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)復(fù)雜系統(tǒng)的管理安全和安保一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施工作的組織和設(shè)計培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展監(jiān)管框架資源效率20八大價值值工業(yè)4.0滿足用戶的個性化需求靈活性優(yōu)化決策資源生產(chǎn)率和效率通過新服務(wù)創(chuàng)造價值機(jī)遇應(yīng)對勞動力的人口結(jié)構(gòu)變化生活和工作的平衡高工資經(jīng)濟(jì)仍擁有競爭力21目錄錄戰(zhàn)略背景景解讀工業(yè)業(yè)4.0工業(yè)4.0中國版啟示與發(fā)發(fā)展總結(jié)分工參考文獻(xiàn)獻(xiàn)致謝2223在中國挑戰(zhàn)發(fā)達(dá)國家家“去工工業(yè)化””－“再再工業(yè)化化”東南亞、、印度等等：廉價價勞動力力無人化生生產(chǎn)－社社會的負(fù)負(fù)面影響響工信部：：《信息化和和工業(yè)化化深度融融合專項(xiàng)項(xiàng)行動計計劃（2013-2018）》保持經(jīng)濟(jì)濟(jì)，調(diào)整整產(chǎn)業(yè)結(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)例：三三一重工工的智能能工廠——18號廠房，，亞洲最最大的總總裝車間間挑戰(zhàn)機(jī)遇目錄錄戰(zhàn)略背景景解讀工業(yè)業(yè)4.0工業(yè)4.0中國版啟示與發(fā)發(fā)展總結(jié)分工參考文獻(xiàn)獻(xiàn)致謝2425啟示發(fā)展展德國：工工業(yè)4.0注重硬件件制造中國：““工業(yè)化化”與““信息化化”融合合加強(qiáng)硬件件制造能能力經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)據(jù)：ansys、proe、ug…極端制造造加大投入入GE“1%定律”：：工業(yè)水平平提高1%－1.5%，收入水水平提高高25%－40%防止互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)過熱熱美國：工工業(yè)互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)注重軟件件、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)和大數(shù)數(shù)據(jù)26啟示發(fā)展展建立知識識體系間間的聯(lián)系微創(chuàng)新對行業(yè)內(nèi)內(nèi)人員提提出更高高要求科學(xué)技術(shù)術(shù)與理念概念念之間的相相互促進(jìn)進(jìn)信息技術(shù)術(shù)時代向大數(shù)據(jù)時時代的轉(zhuǎn)變目錄錄戰(zhàn)略背景景解讀工業(yè)業(yè)4.0工業(yè)4.0中國版啟示與發(fā)發(fā)展總結(jié)分工參考文獻(xiàn)獻(xiàn)致謝27總結(jié)結(jié)多品種小小批量智智能產(chǎn)品品的高精精度卓越越品質(zhì)生生產(chǎn)是未未來像德德國一樣樣成功經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)發(fā)展趨勢勢80%制造創(chuàng)新新基于信信息通信信技術(shù)，，通過信信息通信信技術(shù)實(shí)實(shí)現(xiàn)了智智慧工廠廠、綠色色和城市市生產(chǎn)第四次工工業(yè)革命命將基于于信息物物理系統(tǒng)統(tǒng)、物聯(lián)聯(lián)網(wǎng)和互互聯(lián)服務(wù)務(wù)，它將將產(chǎn)生大大量的大大數(shù)據(jù)流流，這些些大數(shù)據(jù)據(jù)能夠被被搜集和和分析用用于指導(dǎo)導(dǎo)高效高高品質(zhì)生生產(chǎn)；基于信息息物理系系統(tǒng)的工工業(yè)輔助助系統(tǒng)能能夠支持持、幫助助和培訓(xùn)訓(xùn)智慧工工廠的下下一代工工人；多通道增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)系統(tǒng)能夠夠允許個個性化的的工作流流程和快快速學(xué)習(xí)習(xí)新產(chǎn)品品工藝。。德國經(jīng)濟(jì)濟(jì)以其強(qiáng)強(qiáng)大的工工業(yè)基礎(chǔ)礎(chǔ)為特征征，特別別是它的的機(jī)械與與設(shè)備制制造、汽汽車工業(yè)業(yè)和能源源工業(yè)。。工業(yè)4.0的實(shí)施絕絕對是對對未來發(fā)發(fā)展的關(guān)關(guān)鍵——Er