工业4.0_详解.ppt

1了解工业4 0先解决几个问题 1提出这个概念的背景 发展中国家都可以做到吗 我国做了什么 2工业4 0谁提出来的 3它的主题是什么 4工业4 0到底是什么 1工业4 0 Contents 1工业4 0的背景2工业4 0的架构3工业4 0的应用和发展4工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 1 1工业4 0的背景 时间 复杂程度 工业革命1 0 18世纪末 1784 工业革命2 0 20世纪初 电力广泛应用 蒸汽机 工业革命3 0 电子 IT 工业机器人 工业革命4 0 信息物联系统 2020 3 19 1 2工业4 0的背景 6 1 3工业4 0的背景 智能化环境 嵌入式计算机 智能工厂 智能手机智能卡 90 的计算机都是嵌入式 基于物联网与服务的智能环境发展过程 从图中可以看出工具在智能化 使用者数量在不断增加 物联网作为基础 1 4工业4 0的背景 物联网与工业4 0的关系物联网 TheInternetOfThings 简称IOT 顾名思义是把所有物品通过网络连接起来 实现任何物体 任何人 任何时间 任何地点 4A 的智能化识别 信息交换与管理 基本定义 通过射频识别 RFID 红外感应器 全球定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 将任何物品通过有线与无线方式与互联网连接 进行通信和信息交换 以实现智能化识别 定位 跟踪 监控和管理的一种网络 工业4 0没有明确指出它与互联网有什么关系 通俗的说 无数个行业被互联网浪潮冲击后 互联网开始改造工业制造业了 工业4 0 的直接目标是将传统制造业的生产过程智能化 以全面有效提升制造业的智能化水平 从战略角度来看 工业4 0 的目标是打造智能制造产业 让生产方式出现革命性转变 从而助力德国主导未来的第四代工业革命 这也是德国将其命名为 4 0 的原因 总的来看 德国 工业4 0 以智能制造为基础 有望带来革命性的变化 支撑 工业4 0 计划的基础就是信息通信技术和物联网 8 1 5工业4 0的背景 Industry4 0 德国高科技战略计划首位 工业4 0 研究项目由德国联邦教研部与联邦经济技术部联手资助 在德国工程院 弗劳恩霍夫协会 西门子公司等德国学术界和产业界的建议和推动下形成 并已上升为国家级战略 德国联邦政府投入达2亿欧元 中国做了什么 中国首套工业4 0流水线也已经亮相第十六届中国工业博览会 我国提出了 中国制造2025 计划 并于近期召开的 两会 上提出了与 工业4 0 基本相似的 互联网 基于去年中德两国签订的合作计划 以及双方共同的发展诉求 中德两国有望在工业制造领域展开深入合作 9 1 6工业4 0的背景 高精度高品质多品种小批量的智能产品 绿色生产 清洁 资源利用率高的可持续发展 智能工厂位于城市的城市生产 工业4 0的可持续发展结构图 2工业4 0 Contents 1工业4 0的背景2工业4 0的架构3工业4 0的应用和发展4工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 2020 3 19 2 1什么是工业4 0 到底什么是德国工业4 0 瓦尔斯特说 德国工业4 0是德国政府推行的 新一代智能工厂计划 以物联网 Cyber PhysicalSystem 为基础 这意味着网络进入工厂大生产 是一个崭新的工业制造逻辑和方式 过去是以中心控制指挥系统 每一分钟对机器发出指令 现在我们有了完全不同的生产结构 按照商品所附带的信息 由这些信息告诉机器需要什么样的生产过程 以制造出符合客户要求的产品 所以 工业4 0是第四次工业革命 因为这是向符合个体化需求的大生产方式转变 简言之 以数字化智能制造 智慧城市 物联网等为重要内容的新一轮工业革命 它是一个体系 2020 3 19 2 2什么是工业4 0 德国学术界和产业界认为 工业4 0 概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命 或革命性的生产方法 该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统 信息物理系统 Cyber PhysicalSystem 相结合的手段 将制造业向智能化转型 2020 3 19 2 3工业4 0和大数据 物联网 云计算 工业4 0 概念的提出 就是把制造业智能化 即把互联网和物联网技术应用到制造业领域 因此物联网和互联网是 工业4 0 发展中至关重要的技术 14 2 4工业4 0 从智慧工厂到智能生产 Industry4 0 德国高科技战略计划两大主题 智慧工厂 智能生产智慧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的实现智能生产主要涉及整个企业的生产物流管理 人机互动 3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等 15 2 5工业4 0 从智慧工厂到智能生产 Industry4 0 德国高科技战略计划两大主题 智慧工厂 智能生产三个设想 产品 设施 管理产品 集成有动态数字存储器 感知和通信能力 承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息设施 由整个生产价值链所集成 可实现自组织管理 能够根据当前的状况灵活决定生产过程 2 6工业4 0 从智慧工厂到智能生产 智慧工厂的架构 基于物联网和服务互联网 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 智慧工厂 APP平台 基于语义的PLM ERP QMS ERP 17 2 7工业4 0 从智慧工厂到智能生产 智慧工厂的流程 基于云安全网络 18 2 8工业4 0 从智慧工厂到智能生产 智慧工厂的布局 面向服务的工厂系统布局 服务库 硬件无关抽象服务 硬件相关设备控制 现场层 19 2 9工业4 0 从智慧工厂到智能生产 智慧工厂的车间 基于无线 RFID 传感器和服务的架构 3工业4 0 Contents 1工业4 0的背景2工业4 0的架构3工业4 0的应用和发展4工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 21 3 1工业4 0下的产品特点 工业4 0下的产品特点 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 22 3 2工业4 0中的信息量 工业4 0下的数据挖据与知识发现 大数据制造业存储了超过其他工业部门的数据从2010年以来新产品数据达到接近2艾字节 216 仪器仪表产品供应链管理系统产品全生命周期系统 23 3 3工业4 0应用 工业4 0下的多模式交互 多模式交互 语音 图形 视觉 手势 眼球跟踪 面部表情身体语言 肢体动作 3 4工业4 0应用 以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统 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 3 5工业4 0应用 面向智慧工厂的APP商店下载量身定制的用户界面 3 6工业4 0应用 面向智慧工厂的室内精确定位 3 7工业4 0应用 智慧工厂中的增强现实技术 工业环境 佩戴谷歌眼镜的工人 工具 28 3 8工业4 0应用 智慧工厂中的机器人技术 今天 明天 机器人不再被固定在安全工作地点而是与人一起协同工作 新一代轻量化 灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作 29 3 9工业4 0应用 智慧工厂中的智能装配 DFKI研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和智能产品装配 在头部安装立体相机 在手臂靠近物体的地方安装3D摄像头 机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺寸 重量和加持点 同时机器人能够从信息物理系统中获得产品装配说明书 30 3 9工业4 0产品 智能产品案例 智能化汽车 动力管理APP 驾驶员辅助APP 智能用户界面APP 绿色驾驶APP 31 3 10工业4 0产品 智能产品案例 波音波音公司已经在一些领域 军用民用 应用信息物理系统 从中获益匪浅 CPS对于波音公司航空航天领域至关重要 4工业4 0 Contents 1工业4 0的背景2工业4 0的架构3工业4 0的应用和发展4工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 33 4 1工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 信息物理系统 CyberPhysicalSystem CPS 强调物理过程与信息间的反馈 2008年美国加利福利亚大学的Lee E在其技术报告 信息物理系统 设计挑战 中指出 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 KarlHenrikJohansson 2011 以信息物理生产系统CPPS为模型构建智慧工厂 或者数字化工厂 34 4 2工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 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 35 4 3工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 文化 工业CPS应用智慧工厂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 经济 安全 工程 教育 参考框架 模型 物联网 36 4 4工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 工业4 0自动化 信息物理系统 CPS 垂直集成与网络化制造 在明天的智慧工厂 生产结构不会是固定的 预定义的 相反 一组IT配置的规则将被定义 可以根据具体情况进行工厂结构的拓扑结构配置组合 其中包括针对模型 数据 通信和计算算法的所有相关要求 37 4 5工业4 0 从智慧工厂到智能生产 德国一些企业已经开始实施industry4 0 TRUMPF公司 SAP公司 WITTENSTEIN公司 FESTO公司 BOSCH公司 38 4 6工业