《全球视野下的工业4.0》课程讲义.ppt

全球视野下的工业4 0 赵胜 硅谷创客工场孵化器CEO以色列创客工场孵化器CEO华制国际CEO 边界之内是知识 边界之外是见识 中欧商学院教授李善友 在知识中寻找见识 罗辑思维创始人罗振宇 跨越边界寻找见识 移动互联网 大数据 智能制造这三个技术结合在一起正在彻底颠覆我们的生活 Internet 消费互联网如火如荼产业互联网呼啸而来工业4 0应运而生 工业4 0来了 Industrie4 0 isComing 错过了工业4 0 你就错过了这个时代 什么是工业4 0 WhatisIndustrie4 0 2014年3月 国家主席习近平访问德国时曾在 法兰克福汇报 发表 中德携手合作造福中欧和世界 的署名文章指出 当前 全球新一轮科技和产业革命呼之欲出 世界各国争相调整 适应 抓紧实施必要改革 其中 重点提到德国 工业4 0 战略 习近平 全球新一轮科技和产业革命呼之欲出 德国推出了 工业4 0 战略 积极推行能源转型 并引领欧洲改善财政 实施结构性改革 大力落实 欧洲2020 战略提出的举措 推进欧洲一体化 中德合作将会有更多契合点 获得新动力 中德关系也将在现有高水平基础上 进入一个精确磨合和深度对接的新阶段 习近平 中德合作将会有更多契合点 2014年10月 李克强总理访问德国 中德发表 中德合作行动纲要 总理说 由于中德合作领域和内容非常广阔和丰富 所以双方要像吃螃蟹那样 用智慧 技术和耐心抓好落实 纲要 涵盖中德合作20多个细分领域 是迄今为止中德之间内容最丰富的一份共同文件 而这个 大螃蟹 最核心的 蟹黄 是中德 工业4 0 合作 李克强 像吃 螃蟹 一样吃 工业4 0 一 新一轮全球工业革命 1 美国工业互联网2 德国工业4 03 中国制造20254 新一轮全球工业革命的本质 美国 德国等 韩国 日本等 中国内地 台湾地区 韩国 新加坡等 中国内地 越南 泰国 孟加拉国等 高端 中端 低端 各国在制造业产业链中的位置 新一轮全球工业革命 工业与互联网的融合 美国工业互联网 用互联网重振制造业 打破智慧与机器的边界促进全球工业系统与高级计算 分析 传感技术以及互联网的高度融合工业互联网将帮助工业系统在每个层面都更好地运行 德国工业4 0 国家产业战略 工业4 0是德国政府推出的 高技术战略2020 中十大未来项目之一 工业4 0 一词最早出现在2011年德国举行的汉诺威工业博览会上 在2013年汉诺威工业博览会上 工业4 0 概念正式由德国 工业4 0小组 提出围绕智能工厂和智能生产两大方向 巩固和提升德国制造业的领先优势 中国制造2025 向工业强国转型 中国在由制造大国向制造强国转型过程中的顶层设计和路径选择总体目标 中国基本实现工业化 进入制造强国行列 打造中国制造升级版一条主线 是以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化网络化智能化制造为主线 新一轮工业革命的核心 智能制造 新一轮产业技术革命 无论德国叫工业4 0也好 美国叫工业互联网也好 中国叫量化深度融合也好 尽管其理念战略提出的出发点 角度有所不同 但其内核和本质都是一样的 用三个词概括就是 异曲同工 如出一辙 殊途同归 同 在 智能制造 也 归 在 智能制造 在新一轮全球工业革命中 各国都在构建自己的智能制造产业体系这个体系背后是技术体系 标准体系 产业体系 是智能制造产业生态系统的主导权各国新一轮工业革命的竞争 是未来全球新工业革命的标准之争 本质 智能制造生态系统主导权之争 路径 智能软件系统 智能硬件设备 美国 德国 逻辑相反目标一致 美国逻辑路径 从软件到硬件 美国的切入点是虚拟化和大数据 是互联网技术和传感器的整合美国众多IT巨头加入 比如谷歌 CISCO IBM 苹果 德国逻辑路径 从硬件到软件 德国的切入点是工厂的智能化德国是全球制造业中最具竞争力的国家之一 其装备制造行业全球领先 在嵌入式系统和自动化工程行业领域具有很高的技术水平德国的装备制造业不断地将信息技术集成到传统的高技术战略来维持其全球市场领导地位 以便成为智能制造技术的主要供应商 推行工业4 0 德国路径比美国路径更容易实现 工业和互联网或者是信息产业之间的壁垒非常大美国工业空心化严重 IT公司推行工业4 0挑战很大 因为它没有基础设施的落地德国工业基础雄厚 生产制造基地 生产设备供应商 IT业务解决方案 中国路径 紧盯 战略全面选择工业4 0在新一轮工业革命中迎头赶上伺机 弯道超车 工业4 0是一个全新的时代 刚刚开始我们预计需要30 50年时间发展演进 工业1 0 以1780年瓦特改良型蒸汽机投入使用为标志 历时约100年 工业2 0 以1880年电动机的使用为标志 历时近90年 工业3 0 以1969年第一个可编程逻辑控制器的使用为标志 已历时45年 还将继续10 20年 工业4 0 以智能制造为标志 至少需要用30年到50年的时间尺度来观察其演进发展的趋势 工业4 0是德国政府推出的 高技术战略2020 中十大未来项目之一 工业4 0 为人们展现了一幅全新的工业蓝图 在一个 智能 网络化的世界 里 物联网和务联网 服务互联网技术 将渗透到所有的关键领域 创造新价值的过程逐步发生改变 产业链分工将重组 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 工业4 0将使得工业生产过程更加灵活 坚强工业4 0将发展出全新的商业模式和合作模式工业4 0将带来工作方式和环境的全新变化工业4 0将促进形成全新的信息物理系统平台 工业4 0是德国政府推出的 高技术战略2020 中十大未来项目之一 德国欲借 工业4 0 快速崛起 长期以来工业领域的优势让德国人引以为傲 但 数字时代 的到来让德国人的优越感荡然无存 尤其是当美国互联网巨头纷纷 涉足 工业领域时 德国人感受到了来自大西洋彼岸的巨大威胁德国总理默克尔亲自不予余力地推动工业4 0 其背后的用意是为了对抗美国互联网 CPU 操作系统 软件以及云计算等网络平台几乎都由美国掌控覇权 德国提出并力推 工业4 0 战略 努力实现实体工业生产与虚拟数字世界的 无缝对接 并意图引领 第四次工业革命 德国工业4 0战略的要点 工作的组织和设计 培训与再教育 监管框架 资源利用效率 标准化和参考架构 管理复杂系统 工业宽带基础 安全和保障 8 项计划 3 项集成 4 大主题 纵向集成 横向集成 端到端集成 智能生产 智能工厂 智能物流 智能服务 1 个网络 信息物理系统网络CPS 工业4 0 德国工业4 0战略的要点建设一个网络研究四大主题实现三项集成实施八项计划 建设一个网络 信息物理系统网络 建设一个网络 信息物理系统网络 信息物理系统 CPS 就是将物理设备连接到互联网上 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 从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合 CPS可以将资源 信息 物体以及人紧密联系在一起 从而创造物联网及相关服务 并将生产工厂转变为一个智能环境 这是实现工业4 0的基础 研究四大主题 智能工厂 智能生产 智能物流 智能服务 工业4 0提供智能服务的新模式 工业4 0提供智能服务的新模式 智能工厂 智能制造 智能产品核心 CPS系统 通过协同计算元部件来控制各种物理实体的系统 智能服务 智能产品 状态感知控制 大数据处理 将改变产品的现有销售和使用模式 增加网上租用 自动配送和返还 优化保养和维修等智能服务新模式 实现三项集成 横向集成 纵向集成与端对端的集成 横向集成是企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合 是为了实现各企业间的无缝合作 提供实时产品与服务 纵向集成是基于未来智能工厂中网络化的制造体系 实现个性化定制生产 替代传统的固定式生产流程 如生产流水线 端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化数字集成 是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合 这将最大限度地实现个性化定制 标准化和参考架构 实施八项计划工业4 0得以实现的基本保障 管理复杂系统 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 需要开发出一套单一的共同标准 不同公司间的网络连接和集成才会成为可能 实施八项计划之一 标准化和参考架构 适当的计划和解释性模型可以为管理日趋复杂的产品和制造系统提供基础 实施八项计划之二 管理复杂系统 可靠 全面 高品质的通信网络是工业4 0的一个关键要求 实施八项计划之三 一套综合的工业宽带基础设施 在确保生产设施和产品本身不能对人和环境构成威胁的同时 要防止生产设施和产品滥用及未经授权的获取 实施八项计划之四 安全和保障 随着工作内容 流程和环境的变化 对管理工作提出了新的要求 实施八项计划之五 工作的组织和设计 有必要通过建立终身学习和持续职业发展计划 帮助工人应对来自工作和技能的新要求 实施八项计划之六 培训和持续的职业发展 创新带来的诸如企业数据 责任 个人数据以及贸易限制等新问题 需要包括准则 示范合同 协议 审计等适当手段加以监管 实施八项计划之七 监管框架 需要考虑和权衡在原材料和能源上的大量消耗给环境和安全供应带来的诸多风险 实施八项计划之八 资源利用效率 三 工业4 0的主要特点 1 工业4 0是互联2 工业4 0是数据3 工业4 0是集成4 工业4 0是创新5 工业4 0是转型 工业4 0是互联 工业4 0的核心是连接 要把设备 生产线 工厂 供应商 产品 客户紧密地连在一起 工业4 0是互联 工业4 0的核心是连接 要把设备 生产线 工厂 供应商 产品 客户紧密地连在一起 生产设备之间的互联工业4 0的核心是单机智能设备的互联 不同类型和功能的智能单机设备的互联组成智能生产线 不同的智能生产线间的互联组成智能车间 智能车间的互联组成智能工厂 不同地域 行业 企业的智能工厂的互联组成一个制造能力无所不在的智能制造系统 这些单机智能设备 智能生产线 智能车间及智能工厂可以自由的 动态的组合 以满足不断变化的制造需求 这是工业4 0区别与工业3 0的重要特征 工业4 0是互联 工业4 0的核心是连接 要把设备 生产线 工厂 供应商 产品 客户紧密地连在一起 设备和加工对象的互联工业4 0意味着智能工厂能够自行运转 零件与机器可以进行交流 由于产品和生产设备之间能够通信 使得产品能理解制造的细节以及自己将被如何使用 同时 它们能协助生产过程 回答诸如 我是什么时候被制造的 哪组参数应该被用来处理我 我应该被传送到哪 等问题 工业4 0是互联 工业4 0的核心是连接 要把设备 生产线 工厂 供应商 产品 客户紧密地连在一起 所有制造系统 设备与人的互联信息物理系统 CPS 可以将资源 信息 物体以及人紧密联系在一起 从而创造物联网及相关服务 并将生产工厂转变为一个智能环境 是实现设备 产品 人协调互动的基础 智能制造的核心在于实现机器智能和人类智能协 实现生产过程的自感知 自适应 自诊断 自决策 自修复 工业4 0是互联 工业4 0的核心是连接 要把设备 生产线 工厂 供应商 产品 客户紧密地连在一起 万物互联 IOE InternetofEverything 万物互联就是人 物 数据和程序通过互联网联接在一起 实现人类社会所有人和人 人和物以及物和物之间的互联 重构整个社会的生产工具 生产方式和生活场景 工业4 0是数据 当传感器无处不在 智能设备无处不在 智能终端无处不在的时候 连接无所不在的时候 其必然的结果就是数据无所不在 工业4 0是数据 当传感器无处不在 智能设备无处不在 智能终端无处不在的时候 连接无所不在的时候 其必然的结果就是数据无所不在 工业4 0是数据 当传感器无处不在 智能设备无处不在 智能终端无处不在的时候 连接无所不在的时候 其必然的结果就是数据无所不在 工业大数据的及时性 准确性和完整性 带来了更精准 更高效 更科学的管理 决策 带来更高的研发生产效率以及更低的运营成本 工业4 0是集成 集成是工业4 0的关键词 也是中国推动两化融合的关键词 工业4 0 将无处不在的传感器 嵌入式终端系统 智能控制系统 通信设施通过CPS形成一个智能网络 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 从而实现横向 纵向和端对端的高度集成 工业4 0是集成 集成是工业4 0的关键词 也是中国推动两化融合的关键词 纵向集成 指的是研发 设计 生产 制造 运营 管理 服务等所有的环节集成 工业4 0是集成 集成是工业4 0的关键词 也是中国推动两化融合的关键词 横向集成 指的是是一级供应商 二级供应商 以及销售商信息的无缝对接 企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合 为实现各企业间的无缝合作 提供实时产品与服务 推动企业间研产供销 经营管理与生产控制 业务与财务全流程的无缝衔接和综合集成 实现产品开发 生产制造 经营管理等在不同的企业间的信息共享和业务协同 工业4 0是集成 集成是工业4 0的关键词 也是中国推动两化融合的关键词 端到端集成 端到端的集成是一个新理念 是围绕产品全生命周期的价值链创造 通过价值链上不同企业资源的整合 实现从产品设计 生产制造 物流配送 使用维护的产品全生命周期的管理和服务 它以产品价值链创造集成供应商 一级 二级 三级 制造商 研发 设计 加工 配送 分销商 一级 二级 三级 以及客户信息流 物流和资金流 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 工业4 0是创新 工业4 0 的实施过程是制造业创新发展的过程 制造技术 产品 模式 业态 组织等方面的创新将会层出不穷 工业4 0是创新 技术创新 一是新型传感器 集成电路 人工智能 移动互联 大数据在信息技术创新体系中不断演进 并为新技术在其它行业的不断融合渗透奠定技术基础 二是传统工业在信息化创新环境中 不断优化创新流程 创新手段和创新模式 在既有的技术路线上不断演进 三是传统工业与信息技术的融合发展 它既包括信息物理空间 CPS 智能工厂整体解决方案等一系综合集成技术 也包括集成工业软硬件的各种嵌入式系统 虚拟制造 工业应用电子等单项技术突破 工业4 0是创新 产品创新 信息通信技术不断融入工业装备中 推动着工业产品向数字化 智能化方向发展 使产品结构不断优化升级 传统的汽车 船舶 家居的智能化创新步伐加快 如汽车正进入 全面感知 可靠通信 智能驾驶 的新时代 万物互联 IOE 时代正在到来 制造装备从单机智能化向智能生产线 智能车间到智能工厂演进 提供工厂级的系统化 集成化 成套化的生产装备成为产品创新的重要方向 工业4 0是创新 模式创新 工业4 0 将发展出全新的生产模式 商业模式 工业4 0是创新 模式创新 在生产模式层面 工业4 0 对传统工业提出了新的挑战 要求从过去的 人脑分析判断 机器生产制造 的方式转变为 机器分析判断 机器生产制造 的方式 基于CPS的智能工厂和智能制造模式正在引领制造方式的变革随着互联网的出现3D打印 创客的发展 生产流程会发生根本性的重塑 它会颠覆从电器工业革命时代 包括汽车工业发展兴起以后所形成的标准化流水线和大规模的生产方式 流程化的设计会被分布式的生产和设计所替代 流水线的方式会被互联网新的整合方式所替代 工业4 0是创新 模式创新 在商业模式层面 工业4 0 的 网络化制造 自我组织适应性强的物流 和 集成客户的制造工程 等特征 也使得它追求新的商业模式以率先满足动态的商业网络而非单个公司 网络众包 异地协同设计 大规模个性化定制 精准供应链管理等新型智能制造模式将加速构建产业竞争新优势 工业4 0是创新 业态创新 伴随信息等技术升级应用 从现有产业领域中衍生叠加出的新环节新活动 将会发展成为新的业态在新市场需求的拉动下 将会形成引发产业体系重大变革的产业工业云服务 工业大数据应用 物联网应用都有可能成为或者催生出一些新的产业和新的经济增长点制造与服务融合的趋势 使得全生命周期管理 总集成总承包 互联网金融 电子商务等加速重构产业价值链新体系 工业4 0是创新 组织创新 在工业4 0时代 很多企业将会利用信息技术手段和现代管理理念 进行业务流程重组和企业组织再造 现有的组织体系将会被改变 符合智能制造要求的组织模式将会出现基于信息物理系统 CPS 的智能工厂将会加快普及 进一步推动企业业务流程的优化和再造 工业4 0是转型 工业4 0是转型 从大规模生产向个性化定制转型 工业4 0 给生产过程带来了极大的自由度与灵活性 通过在设计 供应链 制造 物流 服务等各个环节植入用户参与界面 新的生产体系能够实现每个客户 每个产品进行不同设计 零部件采购 安排生产计划 实施制造加工 物流配送 极端情况下可以实现个性化的单件制造在这一过程中 用户由部分参与向全程参与转变 用户不仅出现在生产流程的两端 而且广泛 实时参与生产和价值创造的全过程 工业4 0是转型 从生产型制造向服务型制造转型 服务型制造是工业4 0理念中工业未来转型的重要方向 越来越多的制造型企业围绕产品全生命周期的各个环节不断融入能够带来市场价值的增值服务 以此实现从传统的提供制造业产品向提供融入了大量服务要素的产品与服务组合转变 工业4 0是转型 从要素驱动向创新驱动转型 以廉价劳动力 大规模资本投入的传统要素驱动发展模式将难以为继 移动互联网 云计算 物联网 大数据等新一代信息技术在制造业的集成应用 带来产业链协同开放创新 带来了用户参与式创新 带来了制造业技术 产品 工艺 服务的全方位创新 不断催生和孕育出新技术 新业态和新模式 从而激发整个社会的创新创业激情 加快从传统的要素驱动向创新驱动转型 四 工业4 0的目标 1 智能制造2 智能工厂 智能制造是工业4 0的核心 作为一个广义的概念 智能制造 包含有5个方面 智能制造是工业4 0的核心 产品智能化 把传感器 处理器 存储器 通信模块 传输系统融入到各种产品中 使得产品具备动态存储 感知和通信能力 实现产品的可追溯 可识别 可定位产品智能化有三个最基本的特征 普适性 渐进性 颠覆性计算机 智能手机 智能电视 智能机器人 智能穿戴是物联网的 原住民 这些产品诞生的时候就是一个网络终端 传统的空调 冰箱 汽车 机床 风机等是物联网的 移民 这些产品正排着队联接到网络世界专家们估计到2020年将超过500亿个智能终端 智能制造是工业4 0的核心 装备智能化 装备的智能化至少是在两个维度上进行 即单机智能化以及单机设备的互联而形成的智能生产线 智能车间 智能工厂 智能制造是工业4 0的核心 生产方式智能化 来自不同国家 不同行业 不同规模的企业都在不断探索个性化定制 极少量生产 服务型制造以及云制造等新业态新模式 其本质是在重组客户 供应商 销售商以及企业内部组织的关系 重构生产体系中信息流 产品流 资金流的运行模式 重建新的产业价值链 生态系统和竞争格局企业需要不断思考我是谁 我在哪里 我的边界在哪里 我的竞争优势的来源在哪里 我的价值在哪里等这样一些基本问题 智能制造是工业4 0的核心 管理智能化 随着纵向集成和横向集成的不断深入 企业数据及及时性 完整性 准确性不断提高 必然使得管理更加精确 更加高效 更加科学 这是管理领域的革命 智能制造是工业4 0的核心 服务智能化 服务的智能化 既体现为企业如何高效 准确 及时挖掘客户的潜在需求并实时响应 也体现为产品交付后对产品实现线上线下 O2O 服务 实现产品的全生命周期管理 两股力量在服务的智能化方面相向而行 一股力量是传统的制造企业不断拓展服务业务 一股力量是互联网企业从消费互联网进入到产业互联网 如腾讯提出微信 QQ未来连接的不仅是人 而且还包括人和设备 设备和设备 服务和服务 人和服务 这两股力量的胜利会师将不断激发智能服务领域的技术创新 理念创新 业态创新和模式创新 智能制造是系统的系统 西门子以及弗劳恩霍夫研究所 Fraunhofer 的专家们认为智能制造是系统的系统 工业4 0就是要建立一个智能生态系统 美国GE公司在谈到工业互联网的时候 也提出同样一个概念 工业互联网是系统的系统 是从智能产品 联网的智能产品 产品系统再到系统的系统 智能制造是系统的系统 所谓系统是要素和要素的相互作用所形成的具有某种功能的一个体系当智能无所不在 连接无处不在 数据无处不在的时候 过去它们不相干的两个设备之间 人和人之间 物和物之间 人和物之间联系越来越紧密 其必然带来是一个系统连接另一个系统 小系统组成大系统 大系统组成更大的系统一个超复杂的巨系统正在形成 智能制造是系统的系统 智能产品是一个系统以智能手机为例 智能手机实际上是终端 基于APP电子商务平台 百万级的应用所构成的一个智能系统 每部手机的价值不仅取决于其本身的功能 也取决于链接的数量 一是链接到网上的智能终端的数量 二是链接到网上的各种服务的数量 包括微信 航空 宾馆 商务 医疗 银行 证券公司等每部智能手机都是系统 智能手机互联就是系统的系统 一个超复杂的巨系统正在形成 智能制造是系统的系统 产品的生产环节是一个系统产品制造系统是研发系统 生产系统 物流系统 销售系统到服务系统的集成 智能单机设备的集成所组成的智能生产线是一个系统 一个超复杂的巨系统正在形成 智能制造是系统的系统 每一个供应商都是一个系统一级供应商 二级供应商 三级供应商构成一个系统网络 企业间供应链协同就是一个系统的系统 一个超复杂的巨系统正在形成 智能制造是系统的系统 每个管理流程都是一个系统人事 财务 资产 客户 运营都是一个独立的系统 合在一起就是系统的系统 一个超复杂的巨系统正在形成 智能制造是系统的系统 客户管理是一个系统如何实时感知 获取 评估 遴选 转化客户的需要 需要构建以客户为导向的系统 一个超复杂的巨系统正在形成 智能制造是系统的系统 所谓的制造智能化 表现在两个方面 一是单机的智能化 传感器 CPU 存储器 操作系统 人工智能 传输速度等二是系统的智能化 智能制造的过程就是小系统组成大系统 大系统组成更大的系统的过程 一个超复杂的巨系统正在形成 智能制造是系统的系统 一个超复杂的巨系统正在形成 车间里的机器如一部智能手机 通过更新操作系统实现功能升级 通过工业APP实现各种功能即插即用 通过API不断扩展制造生态系统 所有的机器 产品 零部件 能源 原材料 所有的研发工具 测试验证平台 虚拟产品和工厂 所有的产品管理 生产管理 运营管理流程 所有的研发 生产 管理 销售 员工 各级供应商 销售商以及成千上万个客户 都将是这一系统的重要组成部分 一个基于云 管 端新型复杂制造体系正在形成 一个超复杂的巨系统正在形成 智能制造必将带来新的竞争格局 智能制造的本质是在重组客户 供应商 销售商以及企业内部组织的关系 重构生产体系中信息流 产品流 资金流的运行模式 重建新的产业价值链 生态系统和竞争格局 智能制造是系统的系统 一个超复杂的巨系统正在形成 智能工厂是现代工厂信息化发展的新阶段 是在数字化工厂的基础上 利用物联网的技术和设备监控技术加强信息管理和服务 清楚掌握产销流程 提高生产过程的可控性 减少生产线上人工的干预 及时正确地采集生产线数据 以及合理的生产计划编排与生产进度 并加上绿色智能的手段和智能系统等新兴技术于一体 构建一个高效节能的 绿色环保的 环境舒适的人性化工厂 智能工厂 人与智能机器并存 智能工厂的三大特征 智能工厂的发展趋势 柔性化是指组织对环境变化的高度适应能力以及适时地根据可预期变化的意外结果迅速作出调整的能力 也就是顺利从事不同工作和适应需求变化的能力 柔性化能够使工艺路线与工艺装备适应各种产品生产的需要 适应迅速更换产品 更换工艺的需要 实现了多品种小批量的生产 满足了人们对个性化产品的需求 智能工厂的发展趋势 智能工厂的发展趋势 敏捷制造是信息时代最有竞争力的生产模式 采用了先进制造技术 具有灵活的动态组织机构并且建立开放的基础结构 极大缩短了产品投放市场的时间 使工厂机制更加灵活 智能工厂的发展趋势 智能化的对象具备灵敏准确的感知能力 正确的思维判断功能以及行之有效的执行方法 智能化是柔性自动化的发展和延伸 智能工厂的发展趋势 未来的制造业将成为由信息主导的并采用先进制造系统 先进生产模式 先进制造技术的一个全新的制造业 21世纪初制造业的重要特征表现在它的全球化 网络化 虚拟化 智能化以及环保协调的绿色制造等方面 信息化的实现有利于未来制造业在竞争中更具竞争力 物联网 服务互联网 智能物料 APP平台 智能产品 APP平台 信息物理生产系统 智能工厂 APP平台 基于语义的PLM ERP MES QMS 物联网和务联网是智能工厂的信息技术基础 与生产计划 物流 能源和经营相关的ERP SCR CRM等 和产品设计 技术相关的PLM处在最上层 与务联网紧紧相连 物联网和务联网是智能工厂的信息技术基础 物联网和务联网是智能工厂的信息技术基础 与制造生产设备和生产线控制 调度 排产等相关的PCS MES功能通过CPS物理信息系统实现 这一层与工业物联网紧紧相连 物联网和务联网是智能工厂的信息技术基础 从制成品形成和产品生命周期服务的维度 智能工厂还需要和具有智能的原材料供应 以及智能产品的售后服务这些环节构成实时互连互通的信息交换 而具有智能的原材料供应和智能产品的售后服务 具有充分利用服务网和物联网的功能 物联网和务联网是智能工厂的信息技术基础 工业4 0的基石 工业4 0的基石 工业4 0的硬件基础 工业4 0时代 精益生产依然重要精益是生产线永恒的主题 硬件设备和技术手段的更新换代使得生产线的效率得到了很大的提升 但同时也应当看到 生产线的潜能并未全部发货 其中欧生产先设计不合理的原因 也有实施管理的原因 而这些正是精益的最佳用武之地 精益生产 智能制造的基石 工业4 0的硬件基础 精益是将工业4 0的各项先进技术组合为一体的最佳工具 构建智能生产线 将大量先进技术组织为有机整体 并固化为生产线及管理模式 这是实施工业4 0的核心问题之一 未来工厂的生产线设计 实施及管理都应该围绕精益展开 网络化 数字化 物联网都是服务于精益的技术手段 精益生产 智能制造的基石 机器人是自动执行工作的机器装置 目前国际上对机器人的概念逐渐趋于一致 即靠自身动力和控制能力来实现各种功能的机器英国经济学家保罗麦基里认为 第四次工业革命浪潮的主体就是工业机器人 未来工厂 必将是以工业机器人为代表的智能设备的天下 工业4 0的硬件基础 工业机器人 工业4 0的最佳助手 工业机器人作为智能化的代表 将个性化的软件模块 传感器 视觉系统和机器人工具以最佳的方式集成在一起 在运转程序的同时做出负载分析 从而使得基于机器人产品解决的自动化方案应用在现代化工厂中 保证系统经济 快速 高效运转 工业4 0的硬件基础 工业机器人 工业4 0的最佳助手 所谓标准化是指 为了实现整个工作过程的一协调运行 提高工作效率 而对作业的质量 数量 时间 程序 方法等制定统一规定 做出统一标准 也就是对人所从事的工作标准化 工业4 0的硬件基础 工厂标准化 工业4 0的必要条件 德国工业4 0工作组认为推行工业4 0需要在8个关键领域采取行动 其中第一个领域就是 标准化和参考架构 标准化是智能工厂的一个必要条件 标准化工作主要围绕智能工厂生态链上各个环节制定合作机制 确定哪些信息可被用来交换 所以在智能之前 标准必须先行 工业4 0的硬件基础 工厂标准化 工业4 0的必要条件 工业4 0的软件支撑 物联网 CPS 连接虚拟空间与物理现实 物联网 CyberPhysicalSystems 简称CPS CPS中文译为信息物理融合系统 是一个综合计算 网络和物理环境的多维复杂系统 通过3C技术 即计算 Computation 通信 Communication 和控制 Control 的有机融合与深度协作 实现大型工程系统的实时感知 动态控制和信息服务 通过计算 通信与物理系统的一体化设计 以使系统更加可靠和高效 工业4 0的软件支撑 物联网 CPS 连接虚拟空间与物理现实 德国 工业4 0 正是以CPS为基础 通过把计算与通信深深地嵌入实物过程 与实物过程密切互动 从而给实物系统添加新的能力 基于这项技术 生产和服务方式将得到进一步 进化 通过传感网 虚拟空间的高级计算能力将与现实世界紧密相连 从而在生产制造过程中 采集并分析与设计 开发 生产有关的所有数据 形成可自律操作的智能生产系统 工业4 0的软件支撑 物联网 CPS 连接虚拟空间与物理现实 CPS是工业4 0的核心 它通过将物理设备连接到互联网上 让物理设备具有计算 通信 控制 远程协调和自治等五大功能 从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合 CPS可以将资源 信息 物体以及人紧密联系在一起 从而创造物联网及相关服务 并将生产工厂转变为一个智能环境 是实现设备 产品 人协调互动的基础 工业4 0时代是数据的时代 产品数据 设备数据 研发数据 供应链数据 运营数据 销售数据 消费者数据 未来工厂只有产品跟信息 产品在实端 信息在虚端 虚端比实端有意义 谁掌控了大数据 谁就掌控了未来 工业4 0的软件支撑 工业大数据 BigData 掌控未来工业的关键 工业大数据包括三个方面 一是数据库的获取和分析 二是数据的模拟优化及决策分析 三是数据的预测分析 工业4 0的软件支撑 工业大数据 BigData 掌控未来工业的关键 工业大数据的价值 1 创建透明度 优化运营效率 2 优化供应链 细分市场 3 提升竞争力 创新商业模式 工业4 0的软件支撑 工业大数据 BigData 掌控未来工业的关键 对工业系统来讲 软件从来都不是主导 它是硬件的附属品 但是在工业4 0时代 这个理念变了 特别强调软件的作用在西门子 他们把自己的软件产品打一个包 然后通过他们所倡导的四个阶段 将产品设计 工程 生产制造 售后服务都拿软件串起来 试图用软件重新定义智能工厂或者智能制造过程 工业4 0的软件支撑 软件技术 软件定义机器 软件定义机器 未来的软件应该是使得设备的功能可以多样化 模块化的基础苹果公司可以说开创了软件定义机器的先河 它和诺基亚这些传统功能性手机最大的不同在于它提供一种多样的软件 由用户用软件来定义机器 定义设备怎样通过软件定义设备 实现设备的灵活组装和模块化 最终以服务的方式交付给客户 就变得非常有战略性了 工业4 0的软件支撑 软件技术 软件定义机器 未来 物理生产线之外 会有更加复杂庞大的虚拟生产线 物理世界之外将来会有一个更加复杂的包含了历史和现实数据以及不同维度数据的一个虚拟的世界 虚拟的数据库在GE 航空发动机的维护已经在采用这种方式 大量的数据已经不是现场 实时采集的数据 还包括大量的历史数据 材料数据 维修信息 然后可以整合成一个虚拟的发动机的模型 这个模型包含的信息量以及对未来故障的预测准确度会远远高于目前的只是实施数据 工业4 0的软件支撑 虚拟现实技术 分布式生产方式的前提 工业4 0的人才保障 德国人工智能研究中心首席执行官沃尔夫冈博士认为 即使是在工业4 0时代 我们的工厂里也不会空无一人 新的工业系统虽然取消了很多需要 人 参与的生产关节 但是也会带来新问题与创造空间 未来人在生产中所从事的工作内容将不同于现在 他们的体力劳动将减少 将集中于创新与决策的领域 工厂里并非空无一人 工业4 0的人才保障 越来越多的生产岗位正在要求工人对联网的机器进行编程和维护 并且在机器发生故障时 能够马上维修使之恢复正常除了编程 新型灰领工人还要能解读复杂数据 与管理人员组成团队 协同工作 灰领工人将替代蓝领工人 工业4 0的人才保障 工业4 0 对人类最大的贡献在于 其智能辅助系统可以把工人从单调 程序化的工作中解放出来 使其能够将精力集中在创新和增值业务上 从长远来看 灵活的工作组织形式使工人们能够更好地整合自己的工作 私人生活和职业生涯发展 为工作和生活找到一个更好的平衡点 工业4 0时代 人依然是企业的核心 员工从服务者 操作者转变为一个规划者 协调者 评估者 决策者 未来的生产需要员工作为决策和优化过程中的执行者对员工的专业水平要求也会越来越高 未来的工作岗位将更加注重技术专业性 并且熟练工种逐渐减少 能动性岗位越来越多 工业4 0的人才保障 工业4 0时代 人依然是企业的核心 在未来 机器和人类会有新的分工 那时人们将行使 创新 与 决策 的权力 人们要牢牢把握对于机器的指挥权 而机器负责自我调节和完善 工业4 0的人才保障 工业4 0时代 人依然是企业的核心 数字化技术使得资本不再是稀缺资源 创新型人才是工业4 0时代最稀缺的资源 那些具有创新精神并创造出新产品 新服务或新商业模式的人才正成为市场的主要支配力量 是资本追逐的对象 是社会财富主要分配者 创新性人才比以往任何时候都重要 工业4 0的人才保障 工业4 0时代需要新型创新复合型人才 交叉人才 他们融合了机械工程等传统工程学科与信息和计算学科 从而成为 数字 机械 工程师 数据科学家 将形成分析平台与算法 软件和网络安全工程师 包括统计 数据工程 模式识别与学习 先进计算 不确定性建模 数据管理以及可视化 用户界面专家 人机互动的工业设计领域 高效地整合最低投入所需的硬件和软件 以实现所需的产出 以及机器最小化不必要的产出 工业4 0的人才保障 工业4 0时代需要新型创新复合型人才 工业4 09大技术支柱 对于制造领域 大数据分析还是新鲜事物 但它已经能帮助企业改进产品质量 节省能源并提高设备的性能 在工业4 0的环境下 对不同数据源 设备 系统和企业 进行收集和分析将成为未来企业进行实时决策的标准配备 大数据和数据分析 很多生产行业已经广泛采用机器人进行生产 但今天的机器人技术变得更加强大 自动机器人不但更加灵活和智能 更可以在彼此之间进行沟通互动 甚至具备学习新技能的能力 未来的自动机器人不但在性能上远超目前的工业机器人 更能在成本上大大降低 自动机器人 在工程设计领域 不少公司都采用了3D模拟技术来设计产品的结构和材料 未来 模拟技术将扩展到更广的范围 人们可以用实时数据来模仿物理世界 将新产品放入虚拟的生产环境中 在进行实际生产前 公司可以对这些新产品进行测试和优化 从而减少设备装配调试的时间并提高产品质量 模拟技术 工业4 0需要数据和系统网络的企业视角 这不仅是确保跨企业部门协作的唯一途径 也是让价值链上的合作伙伴协作的唯一途径 水平和垂直系统整合 随着物联网时代的到来 以及连接标准的统一 越来越多的产品将相互连接 届时 身处不同地理位置的产品设备将能进行互动和沟通 并由中央处理器集中控制 物联网将实现决策的去中心化 互联设备能进行自动分析和决策 对环境变化进行实时反应 工业物联网 工业4 0时代 原先相互隔绝的设备将相互连接 工业系统和生产线将连接成一体 网络安全的重要性将大幅提高 安全可靠的网络通信以及身份辨别和接入管理系统将变得至关重要 网络安全 随着技术的进化 未来的监测和控制流程也可能会迁移到云上 未来更多的生产数据和功能将搭载在云端 为生产制造提供更多的数据相关服务 云计算 目前 大多数3D打印技术都处于试验阶段或用于制造独立部件 未来 3D打印技术将广泛应用到小批量生产和大规模定制领域 3D打印技术将大大降低企业的库存成本和物流成本 3D打印 现实增强系统可以在很多方面协助工人生产 例如通过手持设备挑选仓库中的配件或发送维修指令 这些系统目前还处在实验期 但未来这些技术将为工人提供实时信息 帮助他们进行实时决策 改善生产流程 比如 未来工人可以装备现实增强眼镜等设备 当他们检查一台设备时 计算机就将故障原因和维修指南发送到工人的眼镜上 现实增强技术 西门子公司 SAP公司 宝马公司 博世公司 提高生产效率缩短产品上市时间增加制造的灵活性 西门子认为制造业存在三大需求 1 制造执行系统MES将会起更加重要的作用 自动化层和MES之间的对接会变得更加重要 更加的无缝化 而且会跨越企业来实现柔性的生产 所有的信息都要实时可用 为生产网络化环节可用 西门子实施工业4 0的三大支柱 2 虚拟与现实的结合 也就是产品设计以及工程当中的数字化世界和真实世界的融合 这就使我们能够满足生产效率越来越高 产品周期越来越短 产品变形越来越多方面带来的挑战 西门子实施工业4 0的三大支柱 3 CPS信息物理融合系统 信息物理融合系统可以体现有物理工厂的系统 也有在数字世界的仿真 最终能够实现生产过程的完全可控 可调 西门子实施工业4 0的三大支柱 措施一 持续推进数字化企业平台相关产品的开发 措施二 开发可以无缝连接PLM ERP和自动化生产环节的制造运行管理系统 MOM 为客户打造高度灵活的供应链网络平台 实现跨企业的信息共享 措施三 在所有生产制造设备上推进 即插即用 的灵活组合理念 为实现高水平的自动化及驱动解决方案提供最有力的支持 西门子实施工业4 0的具体措施 宝马 机器人接管工厂 宝马莱比锡工厂建于2005年 整个工厂占地仅50公顷 机器人正在大规模接管宝马莱比锡工厂车身车间里的机器人数量已经达到700台 每个机器人有自己明确的工作职责 它们在不同的生产线上专业且毫无怨言的忙碌着 从二楼看下去 整个车间里几乎看不到 真人工人 只有一群群 变形金刚 在时而迸溅的火花中大显身手身在其中 会有那么几分钟以为在拍摄3D科幻片 而自己正处在未来某个出现大波机器人的移民星球上 博世 让每个零件都拥有身份证 智能化工厂并不是单纯的用机器代替人工操作 更多的是将智能化 信息 自动化等相关技术逐渐融入到制造生产整个过程中 使得产品生产过程更透明 给每个产品贴上智能身份证 SAP 推动工业4 0从理念到应用 SAPHANA 英文全称为SAPHigh PerformanceAnalyticAppliance 即SAP高性能分析设备 是一个由硬件及整合了基于硬件优化的SAP软件模块组成的 专注于实时大数据分析和应用的内存计算平台 就像苹果把邮件 电话 网络浏览 文档处理以及个人娱乐都集成在iPhone上一样 SAPHANA所具备的能力 它能够加速在线交易处理 同时可以作为数据仓库进行海量数据分析 它既能够加速传统的关系型数据 又能连接外部的Hadoop做非结构化数据处理 SAP正在试图把HANA打造成为一个 全能选手 将企业日常的数据需求全部集中在一个平台当中 SAPHANA 大数据时代的创新 工业4 0是德国完成工业1 0 工业2 0 基本完成工业3 0之后提出的发展战略 是自然的串联式发展 而中国制造业尚处在工业2 0和工业3 0并行的发展阶段 因此必须走工业2 0补课 工业3 0普及 工业4 0示范的并联式发展道路 所以 中国实现工业4 0的任务比德国更加复杂 更加艰巨 中国版工业4 0 并联式发展 中国政府积极推进工业4 0工程 德国 工业4 0 与中国 两化融合 两化融合可称为我国工业的3 0 两化深度融合可以说是我国工业的4 0 在工业4 0时代 只有将信息化的时代特征与我国工业化历史进程紧密结合起来 把两化深度融合作为主线 才能为推动工业转型升级注入新的动力 也才能在向工业化迈进的过程中占得先机 中国政府积极推进工业4 0工程 德国 工业4 0 与中国 两化融合 中国政府积极推进工业4 0工程 政府报告提 互联网 行动计划 2015年3月5日李克强总理在政府报告中提出制定 互联网 行动计划 互联网 是两化融合的升级版 将推动 中国制造 向 中国智造 互联网 的本质是产业互联网 与早期推的两化融合 现在推动的工业4 0不谋而合 中国政府积极推进工业4 0工程 中国制造2025 拉开序幕 中国制造2025 拉开了工业4 0的序幕2015年5月19日 经李克强总理签批 中国国务院印发 中国制造2025 部署全面推进实施制造强国战略 这是中国实施制造强国战略首个十年的行动纲领 报告明确 智能制造是未来制造业发展的重点方向 中国在2015年已启动智能制造试点 2016年会扩大试点 2017年将全面推广 中国政府积极推进工业4 0工程 德国工业4 0与中国制造2025 德国工业4 0 着眼高端装备 提出建设 信息物理系统 并积极布局 智能工厂 推进 智能生产 中国制造2025 提出以推进信息化和工业化深度融合为主线 大力发展智能制造 构建信息化条件下的产业生态体系和新型制造模式 中国政府积极推进工业4 0工程 中国制造2025 九大任务三步走 第一步 到2025年迈入制造强国行列 第二步 到2035年我国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平 第三步 到新中国成立一百年时 我制造业大国地位更加巩固 综合实力进入世界制造强国前列 中国政府积极推进工业4 0工程 中国制造2025 九大任务三步走 一是提高国家制造业创新能力 二是推进信息化与工业化深度融合 三是强化工业基础能力 四是加强质量品牌建设 五是全面推行绿色制造 六是大力推动重点领域突破发展 七是深入推进制造业结构调整 八是积极发展服务型制造和生产性服务业 九是提高制造业国际化发展水平 中国政府积极推进工业4 0工程 泉州制造2025 中国制造2025唯一的地方政府样板和实践范例 泉州制造2025 的核心是实现三个转变 从机械化自动化制造向数字化智能化制造转变 从注重增长速度向注重质量品牌效益转变 从生产型制造向服务型制造转变 中国政府积极推进工业4 0工程 泉州制造2025四大战略任务 提升九大产业集群纺织服装 制鞋 石油化工 机械装备 建筑材料 电子信息 食品饮料 纸业与印刷 工艺制品九大产业是泉州的优势主导产业 要推动这些产业向先进制造业转型 优化产业布局 实现县市区 产业园联动发展 培育骨干企业以及建设 泉州云制造平台 力争到2025年 九大产业集群形成创新体系完善 产业链条合理 产业共生共荣的格局 中国政府积极推进工业4 0工程 泉州制造2025四大战略任务 实施创新驱动战略通过重塑泉州制造业的竞争优势 建设创新型制造业基地 建立协同创新机制 创建公共创新平台 开发标志性重大产品 力争到2025年 创新成为泉州制造业发展的主要动力 创新模式实现由跟随转变为并行 由并行转变为引领 中国政府积极推进工业4 0工程 泉州制造2025四大战略任务 采取三大攻坚行动以智能制造 提升质量与品牌 服务型制造三方面为主攻方向 采取三大行动 重点突破 力争到2020年 使泉州制造业的转型升级取得明显成效 再经过五年努力 到2025年 泉州迈入中国制造业强市行列 中国政府积极推进工业4 0工程 泉州制造2025四大战略任务 大力推行绿色制造坚决贯彻减量化 再利用 资源化的原则 全面推行绿色发展 循环发展 低碳发展 积极发展流程型制造业清洁生产 推进离散型制造业绿色制造 建立环境监管和服务体系 力争到2025年 泉州制造业全面实现清洁生产 能耗物耗和污染物排放指标达