传统制造业如何适应工业4.0

工业4.0,庄园,主要内容,一、工业4.0的内涵二、工业4.0两大主题三、工业4.0的核心四、工业4.0的“死穴”五、传统制造业如何适应工业4.0,一、工业4.0的内涵,“工业4.0”即是工业革命4.0，工业4.0概念首先由德国提出。2013年4月德国在汉诺威工业博览会上首次发布实施“工业4.0”战略建议书，首次提出了工业4.0的战略思想。,工业1.0,工业2.0,工业3.0,工业4.0,机械化生产蒸汽驱动,批量流水线生产电力驱动,高自动化生产计算机信息技术驱动,智能化工厂智能设备及信息通信,前工业4.0,工业4.0,集中式控制行业界限明显原料、工厂、物流以及消费者相互分离,横向分散式增强控制物联网与服务业相结合个性化数字化生产、运输与消费结为一体的互联工厂,1.1工业4.0的定义工业4.0是在现代智能机器人、传感器、数据存储和计算能力实现突破的条件下，通过工业互联网将供应链、生产过程和仓储物流智能连接，从而实现智能生产的“四化”：供应和仓储成本较小化，生产过程全自动化，需求相应速度较大化和产品个性化。在4.0时代，不仅制造环节的人工将得到节省（机器人为主体的自动化生产连线），前端供应链管理、生产计划（互联网接入，实施管理订单）、后端仓储物流管理（WMS+自动化立体仓库）都将实现实现无人化，以及较低的渠道库存和物流成本。,从消费的意义上看，工业4.0就是将原料、生产、加工、运输与消费结为一体的大网，消费者只需要手机下单，网络就会自动将订单以及个性化需求下达到工厂.从实质上看，工业4.0就是将IT技术与现代工业技术相融合，智能工厂与智能生产让用户的个性化需求得到满足。对供应商而言，动态商业模式和适时的业务流程使产品生产与交付变得更为灵活，而且对于生产中断和故障的反应更加灵活。,工业4.0的内涵,1.2工业4.0工厂架构,服务互联网,智能物料APP平台,智能产品平台,物联网,信息物理生产系统,基于语义的PLM、ERP、QMS智慧工厂平台,工业4.0中，工厂的架构以物联网与互联网为基础，APP平台应用于生产线的各环节，从物料、工厂到产品，其中信息物理生产系统是智慧工厂中的核心部分。,1.3工业4.0工厂特点,面向服务的工厂系统布局大数据的挖掘与知识发现工厂内的精确定位机器人不再被固定在安全地点，而是与人一起协同工作,1.4工业4.0产品特点,工业.下的产品集成了信息存储、传感、无线通信功能。产品是信息的载体：产品在完整的供应链和生命周期中带有自身的信息。产品是一个：会影响其所在的周围环境产品具有自检测功能：产品会对其自身状态和环境进行监测,1.5工业4.0的三个设想,产品、设施和管理产品：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须信息。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,1、通过价值网络实现横向集成2、工程端到端数字集成横跨整个价值链3、垂直集成和网络化的制造系统,“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、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。,“工业4.0”为我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。,三个重点,两大主题,一张蓝图,二、工业4.0的两大主题：智慧工厂与智能生产,（一）智慧工厂智慧工厂：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。“智慧工厂”的概念最早是奇思2009年在美国提出，其核心是工业化和信息化的高度融合。智能工厂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；通过大数据与分析平台，将云计算中由大型工业机器产生的数据转化为实时信息(云端智能工厂)，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。,特点：一是制程管控可视化。由于智能工厂高度的整合性，在产品制程上，包括原料管控及流程，均可直接实时展示于控制者眼前。二是系统监管全方位。通过物联网概念、以传感器做链接使制造设备具有感知能力，系统可进行识别、分析、推理、决策、以及控制功能。三是在制造绿色化方面，除了在制造上利用环保材料、留意污染等问题，并与上下游厂商间，从资源、材料、设计、制造、废弃物回收到再利用处理，以形成绿色产品生命周期管理的循环。,制程管控可视化,系统监管全方位,系统监管全方位,无线感测技术,控制系统网络化,工业通信无线化,智慧工厂的主要以三大技术为基础：1、无线感测技术2、控制系统网络3、工业通信无线化,1.智慧工厂的技术基础与特点,要素2：真实环境机器对机器资源利用效益网络基础设施,要素5：技术因素系统工程通信技术智能工程智能生产技术安全,要素4:人的因素人机交互验收与安全数据与隐私保护教育与培训法律条款,要素3：经济环境商业模式服务内容企业管理软件,要素1：智能化工厂,操作性网络（内部外部全球）,2.智能工厂的建立,（二）智能生产智能生产：主要涉及整个企业的物流生产管理、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。智能生产，是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能进行智能活动，诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。它把制造自动化的概念更新，扩展到柔性化、智能化和高度集成化。,3D打印（数字化技术）智能制造技术,建模与仿真,工业机器人,全球供应链,智能服务,1.智能工厂以数字化与智能制造技术向如下发展：(1)建模与仿真使产品设计日趋智能化(2)以工业机器人为代表的智能制造装备在生产过程中应用日趋广泛(3)全球供应链管理创新加速(4)智能服务业模式加速形成,三、工业4.0的核心,智能物料,智能产品,智慧工厂1信息物理生产系统,智慧工厂2.N,智能机床1,智能机床2,面向机床的APP,工业4.0中，从智能物料进入智慧工厂产出智能产品的过程中，智慧工厂中的信息物理生产系统是这一转化中的核心，它是一种动态配置的生产方式，工作站能够通过网络实时访问所有有关信息，并根据信息内容，自主切换生产方式以及更换生产材料，从而调整成为最匹配模式的生产作业。,工业4.0的核心,信息物理系统就是把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（3C）、远程协调和自我管理的功能，实现虚拟网络世界和现实物理世界的融合。信息物理系统（Cyber-PhysicalSystems，简称CPS）作为计算进程和物理进程的统一体，是集计算、通信与控制于一体的下一代智能系统。CPS是在环境感知的基础上，深度融合了计算通信和控制能力的可控、可信、可扩展的网络化信息物理系统，通过计算进程和物理进程相互影响的反馈循环机制实现深度融合和实时交互来增加或扩展新的功能，以安全、可靠、高效和实时的方式监测或者控制物理实体，并最终从根本上改变人类构建工程物理系统的方式。CPS也是一个分布式的异构系统，不仅包含了许多结构和功能各异的子系统，而且这些子系统可以分布在不同的地理空间内。CPS具有自适应性、自主性、高效性、功能性、可靠性、安全性等特点和要求。,工业4.0的核心,工业4.0的核心,工业4.0的核心,工业4.0的核心,工业4.0的核心,“工业4.0”或者CPS与传统制造业模式的主要区别在哪里？传统制造模式可以描述为一个5M系统，它包含了材料（Material，特性和功能），机器（Machine，精度和加工能力），方法（Methods，效率和产能），测量（Measurement，探测和改进），以及建模（Modeling，预测、优化和防范）。信息物理系统的基本定义可以用6C功能来进一步强化说明，它包含连接（Connection，传感器和网络），云（Cloud，任何时间及需求的数据），虚拟网络（Cyber,模式与记忆），内容（Content，相关性和含义），社群（Community，分享和交际），与客制化（Customization，个性化服务与价值）。,工业4.0的核心我们所说的工业4.0,即信息物理系统是对实实在在的物理世界通过传感器和执行器嵌入物理对象，并通过互联网协议实现有线和无线互联而变成了一个信息系统。在制造业，实现对制造业务的监视、分析和自动化管控。在信息物理系统之前，传感器生产厂家生产的传感器需要装配到制造机器上或者生产装置上，再通过PLC可编程逻辑控制器或者DCS分布式控制系统连接，实现对制造和生产过程参数的监控,四、工业4.0的“死穴”,工业4.0时代强调设备互联，工厂互联，信息共享。互联网的广泛应用也带来了一个需要关注的主题，那就是信息安全。1安全和保密问题这就要求必须满足两个条件：一是确保生产设施和产品本身对人或环境不造成任何危险；二是防止数据被滥用和未经授权的访问。,2标准化和参考架构的构建在漫长的信息化发展进程中，企业发展前期很难在可持续发展的信息化规划下构建信息系统，通常情况是对需求迫切的部门先在相对独立的业务流程中开发出一套信息系统，这导致出现很多信息孤岛。由于缺乏国内统一标准的硬件和基础软件支撑，故工业软件被不同技术规范的执行平台所“绑定”。目前，国内软件产业规模受到极大限制，国内相关软件技术的资源整合进程与信息技术的发展总趋势还存在较大的落差。,3复杂系统的管理随着生产系统与其他系统连接起来，整个系统变得复杂，管理变得越来越困难。制造系统正在日益变得复杂，适当的计划、描述和说明模型（模块化）可以为这些复杂系统提供管理基础。工程师们应该为了发展这些模型而进行更多的模块化研究，包括方法创新和工具应用。,4“工业4.0”的实施困境主要有：(1)实施“工业4.0”不一定都能减少人员，短期成本可能要增加，因此要思考实现“业4.0”如何减少成本。(2)即使感觉自己的企业上“工业4.0”的时机成熟了，但也要考虑管理流程梳理+系统实施的同步推进。(3)实现数据采集是“工业4.0”前端基础部分，关键是把数据采集上来干什么用？有些企业花200300万