工业4.0与中国制造

1、工业工业4.0与中国制造2025叶振齐 1630788同济大学机械与能源工程学院第1页第四次工业革命系统基于信息物理融合第三次工业革命用电子和IT技术实现制造流程深入自动化第二次工业革命伴随基于劳动分工、电力驱动大规模生产出现第一次工业革命伴随蒸汽驱动机械制造设备出现18世纪末20世纪初20世纪70年代现在1784年第一台纺织机1870年第一条生产线美国辛辛那提屠宰场1959年第一个可编程逻辑控制器PLC工业1.0:机器制造，机械化生产；工业2.0:流水线，批量生产，标准化；工业3.0:高度自动化，无人/少人化生产；工业4.0:网络化生产，虚实融合。第2页 德国所谓工业四代(Industry4

2、.0)是指利用物联信息系统(CyberPhysical System简称CPS)将生产中供给，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个人化产品供给。意在提升制造业智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。多品种、小批量、个性化定制生产，这就是工业4.0含义。第3页工业4.0三大主题智能生产：主要包括整个企业生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中应用等。该计划将尤其重视吸引中小企业参加，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术创造者和供给者；

3、智能物流：主要经过互联网、物联网、务联网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供给方效率，而需求方，则能够快速取得服务匹配，得到物流支持。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实现； 123第4页 “智能工厂”定义相对明确，除了高端机床、热处理设备、机器人、 AGV、测量测试设备等数字化、自动化硬件生产设施以外，还包含在生产过程中进行管理与控制软件系统，我们能够称之为MES系统。“以及网 络化分布式生产设施实现”，这里面分布式，英文是Distributed。就是将分布在不一样地点数控设备、 机器人等数字化生产设施联成网络，实现互联互通，乃至到达状态感知、实时分析、自主决

4、议、精准执行自组织生产最高境界，但基础就是实现数字化设备联 网通讯、数据采集等网络化分布式管理。(生产步骤管控和执行）智能工厂第5页智能生产原材料生产设备管理系统信息系统 百事可乐生产车间里，生产线上连续过来了三个瓶子，每个瓶子都自带一个二维码，里面统计着这是为张三、李四和王二麻子定制可乐。 第一个瓶子走到灌装处时，经过二维码无线通讯告诉中控室控制器，说张三喜欢甜一点，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，说王二麻子要是芬达，控制就告诉灌可乐机械手“你歇会”，再告诉灌芬

5、达机械手，“你上！” 多品种、小批量、定制生产，每一灌可乐从你在网上下单那一刻起，他就是为你定制，他全部特征，都是符合你喜好。 这就是智能生产。第6页这是基于GPS卫星导航定位技术、RFID技术、传感技术等各种技术，在物流过程中实时实现车辆定位、运输物品监控、在线调度与配送可视化与管理系统。当前，初级应用比较普遍。智能物流物流过程可视化智能管理网络系统第7页物联网大数据互联网提升生产效率降低成本信息化工业化第8页 在未来，生产过程中每一步都将在虚拟世界被设计、仿真以及优化，为真实物理世界包含物料、产品、工厂等建立起一个高度仿真数字“双胞胎”虚拟与现实世界完美融合生产网络在未来智能工厂中，产品信

6、息都将被输入到产品零部件本身，他们会依据本身生产需求，直接与生产系统和设备沟通，发出下一道生产工序指令，指挥设备进行自组织生产。这种自主生产模式能够满足每个用户“定制需求”制造运行管理系统（MOM）将帮助生产价值链中供给商取得并交换实时生产信息。供给商所提供全部零部件都将在正确时间以正确次序抵达生产线。三大趋势信息物理融合系统工业4.0三大趋势第9页工业4.0特点生产均含有高度灵活性当前产品设计已被高度固化，客户不能够将跨一款车雨刷器用于跨厂商其它车型。工业4.0之下，设计、生产均含有高度灵活性，能够完成端到端从客户需求到加工制造等各方面配置，以较低成本满足客户需求，实现产量很低仍能赢利一次性

7、生产，为客户生产该款雨刷器。降低能耗当前汽车车身激光焊接生产线运行含有间歇性。间歇期各种设备能耗占总能耗12%。工业4.0之下，采取“网络唤醒模式”，可大幅降低间歇期能耗。 动态生产线 当前汽车生产线也是高度静态配置，不可能将同一厂商不一样产品组部件相互置换。比如，客户不能将同是大众品牌下保时捷坐椅用于大众其它车型。工业4.0之下，将形成动态生产线，实现车辆混装并确保匹配。远程维护服务在工业4.0之下，生产系统将如同“社会机器”，以类似于社交网络方式运转，自动连接到云平台搜索适当教授处理问题。教授将经过集成知识平台，经过移动设备更有效地进行传统远程维护服务。第10页第11页世界工厂习学不足：一

8、是自主创新能力不强；二是产品质量问题还比较突出；三是资源效率利用比较低，能耗比较高，污染比较严重；四是产业结构不是很合理，低端产品产能严重过剩，高端产品能力比较差。 “ 制造强国战略研究”咨询项目对8个国家：美国、德国、日本、英国、法国、韩国、印度和中国，从1946年到制造业数据进行趋势分析。上世纪90年代，我国还处于世界第8位。现在已经到了第4位，和德国、日本还有一定差距。优势。第一，经过几十年快速发展，我国制造业规模跃居世界第一位.第二，在于“亚洲工厂”本身。部分低端经济活动因为工资增长从中国转移，却强化了以中国为中心地区供给链。第三，内需在不停扩大。中国制造业现实状况第12页 发达国家正

9、在进行“再工业化”运动 东盟国家、印度和拉美国家则拥有更低劳动力和资源成本。人口红利消失有效劳动力供给降低人口成本上升从事制造业意愿降低中国“世界工厂”面临双重挑战互联网时代到来全球产能过剩薄利多销难认为继销售模式转变生产模式发生转变工业模式悄然改变第13页强国战略规划：远超制造本身国家效益：3万亿美元GDP增量。企业效益：效率20%，成本20%，节能减排10%。4十大重点领域五大工程关键关键一条根本中国制造2025+“1+X”实施方案和规划体系+高端领域技术路线图绿皮书信息化与工业化深度融合创新驱动、智能转型国家制造业创新中心建设工程大力推进智能制造新一代信息技术高档数控机床和机器人航空航天

10、装备海洋工程装备及高技术船舶先进轨道交通装备智能制造网络化、数字化、智能化工业强基工程绿色发展工程节能与新能源汽车电力装备新材料生物医药及高性能医疗器械农业机械装备高端装备创新工程已经过近期印发互联网+第14页智能工厂智能生产智能物流当前国内工厂大都处于工业电气3.0甚至2.0时代，关键零部件依赖进口信心数据采集不够，工业3.0+未完成学习国外流模式，但效率高，国内人口集中，发展前景大硬件技术必须提升，重视人才培养，引导人才流向利用国内互联网发展陈果，加紧数据采集进程，做好大数据部分深入完善物流体系，发展本身优势1.提升本身水平第15页对外：丝绸之路经济带：中国经中亚、俄罗斯至欧洲（波罗海）；

11、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。二十一世纪海上丝绸之路：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：两个关键区：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；2.发展市场空间 用一路一带眼光看中国制造2025第16页机械专业怎样发展？第17页高校教育专业型发展综合型培养培养一部分制造业，电子业，材料领域尖端人才，致力于工业硬件研究探索，在实体技术领域上赶超欧美水平，提升国家工业水平，如做液压方向专门研究液压阀制造。培养适应工业4.0要求综合型人才，要求多学科交叉融合，即不但具备机械方面专业技能，还