工業(yè)5.0及智能制造

工業(yè)5.0——理念·創(chuàng)新·發(fā)展Industry5.0——Idea·Innovation·Development

目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)5.0工業(yè)5.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻致謝2目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)5.0

工業(yè)5.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻致謝3人類工業(yè)史三次工業(yè)革命使得人類發(fā)展進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，人類面臨空前的全球能源與資源危機、全球生態(tài)與環(huán)境危機、全球氣候變化危機的多重挑戰(zhàn)互聯(lián)網(wǎng)的高度發(fā)展越來越多功能強大的、自主的微型電腦（嵌入式系統(tǒng)）實現(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)絡空間）以信息-物理系統(tǒng)（CPS）的形式實現(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)5.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，運用信息物理系統(tǒng)，實現(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)十年來最嚴峻的經(jīng)濟與金融危機的挑戰(zhàn)經(jīng)濟與金融危機加速了全球的知識競賽，人才、技術(shù)和市場領(lǐng)導地位的國際競爭也將進一步加劇重大全球性挑戰(zhàn)氣候變化人口增長疾病擴散糧食供應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，是德國經(jīng)濟復蘇的重要拉動力德國機械工業(yè)高度現(xiàn)代化、機械化、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)5.0的初步概念發(fā)展完善德機械設備制造聯(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術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下，成立“工業(yè)5.0工作組”進一步加強工業(yè)5.0的研究并向德國政府進行報告國家戰(zhàn)略發(fā)展制造業(yè)是德國政府《高技術(shù)戰(zhàn)略2020》確定的十大未來項目之一，“工業(yè)5.0”研究項目由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(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)5.0”中德合作2014年10月初，克強總理訪德期間，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)5.0）合作發(fā)展歷程6目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)5.0

工業(yè)5.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻致謝7總體概念工業(yè)5.0”概念即是以智能制造為主導的第四次工業(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”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡化分布式生產(chǎn)設施的實現(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、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應用智能工廠智能生產(chǎn)工業(yè)5.08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)過程已應用ICT技術(shù)ICT物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings）是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監(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。目的是實現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡的連接，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家錢學森博士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)科學技術(shù)咨詢委員會報告》發(fā)展過程1011工業(yè)5.0三個特征兩大戰(zhàn)略八大關(guān)鍵八大價值三個特征通過價值網(wǎng)絡實現(xiàn)橫向集成工程端到端數(shù)字集成橫跨整個價值鏈垂直集成和網(wǎng)絡化的制造系統(tǒng)12三個特征通過價值網(wǎng)絡實現(xiàn)橫向集成13把產(chǎn)品、機器、資源、人有機聯(lián)系在一起，各公司各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期和全制造流程的數(shù)字化由大規(guī)模批量生產(chǎn)向大規(guī)模定制生產(chǎn)轉(zhuǎn)變由集中生產(chǎn)向網(wǎng)絡化異地協(xié)同生產(chǎn)轉(zhuǎn)變由傳統(tǒng)制造企業(yè)向跨界融合企業(yè)轉(zhuǎn)變協(xié)同、分享三個特征通過價值網(wǎng)絡實現(xiàn)橫向集成14西門子的阿基米德計劃——并購UGSPLMSoftware設計與生產(chǎn)的業(yè)務流程集成并形成閉環(huán)循環(huán)并行流程－針對多學科多部門的并行流程信息交互－信息同源化的信息集成按設計制造－按客戶和企業(yè)的需求制造產(chǎn)品仿真－產(chǎn)品全生命周期仿真縮短產(chǎn)品發(fā)布時間－縮短產(chǎn)品獲得利潤時間企業(yè)研發(fā)部門創(chuàng)新－遍布全球的創(chuàng)新網(wǎng)絡硬件與軟件的簡單連接，信息的全方位集成三個特征工程端到數(shù)字端集成橫跨整個價值鏈15兩個特點在所有終端實現(xiàn)數(shù)字化的前提下所實現(xiàn)的基于價值鏈與不同公司之間的一種整合客戶可實現(xiàn)隨時參與和決策并自由配置各個功能組件數(shù)字空間＝物理空間三個特征工程端到數(shù)字端集成橫跨整個價值鏈16虛擬制造數(shù)字化模型計算機仿真產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）Sutherland，《終極顯示》，1965MIT林肯實驗室，頭盔顯示，1966NASA，火星探測虛擬環(huán)境，19853D打印三個特征工程端到數(shù)字端集成橫跨整個價值鏈17虛擬現(xiàn)實虛擬產(chǎn)品設計虛擬產(chǎn)品性能分析虛擬加工虛擬裝配虛擬測試虛擬生產(chǎn)調(diào)度與仿真連接物理空間與數(shù)字空間三個特征垂直集成和網(wǎng)絡化的制造系統(tǒng)18在智能工廠中，制造結(jié)構(gòu)將不是固定和事先定義好的，信息技術(shù)組合規(guī)則為不同情況自動形成特定結(jié)構(gòu)。確保調(diào)節(jié)器和傳感器通訊順暢開發(fā)工廠模塊以及重新使用戰(zhàn)略領(lǐng)導者和操作者需要接受培訓歐盟“智能工廠”研發(fā)團隊FRAME采用世界上最先進的創(chuàng)新型傳感網(wǎng)絡技術(shù)和人機交互技術(shù)，開發(fā)出具有自我意識、自我學習和自我適應能力的智能型自動控制系統(tǒng)。英飛凌對工廠進行智能化改造，提供面向物聯(lián)網(wǎng)的半導體解決方案，在2014年6月推出“工業(yè)5.0試點基地”項目，應用于部分芯片生產(chǎn)。其智能卡與安全事業(yè)部全球總裁StefanHofschen認為在工業(yè)5.0時代，安全市場也會增長。兩個戰(zhàn)略需要加強制造技術(shù)和信息技術(shù)的融合，依靠物理網(wǎng)絡系統(tǒng)作為向工業(yè)5.0邁進的部分戰(zhàn)略，使用技術(shù)來創(chuàng)造新價值網(wǎng)絡。把現(xiàn)存的大規(guī)模任務和中小企業(yè)同步整合在新的價值網(wǎng)絡中。要求在不同廠址的商務間的緊密聯(lián)系，并且需要不同企業(yè)間的密切合作。領(lǐng)先的供應商戰(zhàn)略領(lǐng)先的市場戰(zhàn)略19八大關(guān)鍵標準化和參考架構(gòu)復雜系統(tǒng)的管理安全和安保一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設施工作的組織和設計培訓和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展監(jiān)管框架資源效率20八大價值工業(yè)5.0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創(chuàng)造價值機遇應對勞動力的人口結(jié)構(gòu)變化生活和工作的平衡高工資經(jīng)濟仍擁有競爭力21目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)5.0

工業(yè)5.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻致謝2223在中國挑戰(zhàn)發(fā)達國家“去工業(yè)化”－“再工業(yè)化”東南亞、印度等：廉價勞動力無人化生產(chǎn)－社會的負面影響工信部：《信息化和工業(yè)化深度融合專項行動計劃（2013-2018）》保持經(jīng)濟，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)實例：三一重工的智能工廠——18號廠房，亞洲最大的總裝車間挑戰(zhàn)機遇目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)5.0

工業(yè)5.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻致謝2425啟示發(fā)展德國：工業(yè)5.0注重硬件制造中國：“工業(yè)化”與“信息化”融合加強硬件制造能力經(jīng)驗數(shù)據(jù)：ansys、proe、ug…極端制造加大投入GE“1%定律”：工業(yè)水平提高1%－1.5%，收入水平提高25%－40%防止互聯(lián)網(wǎng)過熱美國：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)注重軟件、網(wǎng)絡和大數(shù)據(jù)26啟示發(fā)展建立知識體系間的聯(lián)系

微創(chuàng)新對行業(yè)內(nèi)人員提出更高要求

科學技術(shù)與理念概念之間的相互促進

信息技術(shù)時代向大數(shù)據(jù)時代的轉(zhuǎn)變目錄戰(zhàn)略背景解讀工業(yè)5.0

工業(yè)5.0中國版啟示與發(fā)展總結(jié)分工參考文獻致謝27總結(jié)多品種小批量智能產(chǎn)品的高精度卓越品質(zhì)生產(chǎn)是未來像德國一樣成功經(jīng)濟的發(fā)展趨勢80%制造創(chuàng)新基于信息通信技術(shù)，通過信息通信技術(shù)實現(xiàn)了智慧工廠、綠色和城市生產(chǎn)第四次工業(yè)革命將基于信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)服務，它將產(chǎn)生大量的大數(shù)據(jù)流，這些大數(shù)據(jù)能夠被搜集和分析用于指導高效高品質(zhì)生產(chǎn)；基于信息物理系統(tǒng)的工業(yè)輔助系統(tǒng)能夠支持、幫助和培訓智慧工廠的下一代工人；多通道增強現(xiàn)實系統(tǒng)能夠允許個性化的工作流程和快速學習新產(chǎn)品工藝。德國經(jīng)濟以其強大的工業(yè)基礎(chǔ)為特征，特別是它的機械與設備制造、汽車工業(yè)和能源工業(yè)。工業(yè)5.0的實施絕對是對未來發(fā)展的關(guān)鍵——ErnstBurgbacher議會國務秘書，聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部部長物聯(lián)網(wǎng)和服務網(wǎng)在制造業(yè)中擁有巨大的創(chuàng)新潛力，如果我們成功把基于網(wǎng)絡的服務整合進工業(yè)5.0，將極大地擴展這種潛力。——JohannesHelbig博士工業(yè)-科學研究聯(lián)盟交流促進組織成員中國在沒有完成工業(yè)化