工业4.0学习材料

工业4.0学习材料第1页第2页第3页目录第一部分工业发展历程第三部分关键技术内涵第二部分工业4.0介绍第四部分应用场景第五部分机遇与挑战第4页工业发展历程第5页工业发展历程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6页

“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、西门子企业等德国学术界和产业界提议和推进下形成。国内外工业发展现实状况国外发展现实状况国内发展现实状况泉州发展现实状况德国作为世界工业制造翘首，在4月汉诺威工业博览会上正式推出“工业4.0”概念，经过《保障德国制造业未来——关于实施工业4.0战略提议》完成了未来十年德国国家工业发展战略级规划。并率先完成了对信息物理系统(CPS)、产品生命周期管理(PLM)、全集成自动化(TIA)、实时定位识别协同(LIS)等体系化研究及应用。

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，并由工信部及中国工程院牵头完成了《中国制造2025》工业规划。上海柯马、华晨宝马等一批中国制造领头企业正借助引入国外先进技术，率先与国际接轨进行工业4.0改造实践。泉州当前工业现实状况是，全方面实现到达工业1.0，大部到达工业2.0，局部含有工业3.0，点状出现工业4.0萌芽。晋江市和哈工大共同投入研发了含有共性技术“食品自动包装线”、“大规格瓷砖自动包装线”和“纺织自动断线检测系统”当前已投入产业化阶段。泉州作为全国“中国制造2025”唯一地方样板和实践范例，相信对整个产业升级及地方经济发展都是一个重大机遇。第7页目录第一部分工业发展历程第三部分关键技术内涵第二部分工业4.0介绍第四部分应用场景第五部分机遇与挑战第8页工业4.0介绍经过互联网等通信网络将工厂与工厂内外事物和服务连接起来，创造前所未有价值、构建新商业模式产官学一体项目。“工业4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增强型控制基本模式转变，目标是建立一个高度灵活个性化和数字化产品与服务生产模式。在这种模式中，传统行业界限将消失，并会产生各种新活动领域和合作形式。创造新价值过程正在发生改变，产业链分工将被重组。工业4.0概念在生产能力上，工业4.0将确保仅一次性生产，且产量很低时获利能力，确保工艺流程灵活性和资源利用率。其次，工业4.0将使人工作生涯更长，工作与生活更加平衡，高工资时产业仍有强大竞争力。发展优势主要是经过深度应用CPS（信息物理系统），总体掌控从消费需求到生产制造全部过程，由此实现高效生产管理。实现方式第9页智能工厂：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；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；破译“工业4.0”--2大主题注：“工业4.0”项目主要分为三大主题:一是智能工厂；二是智能生产；三是智能物流：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。第10页破译“工业4.0”--工业4.0--3个重点和8大关键第11页工业4.0愿景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第四次工业革命，或革命性生产方法。该战略意在经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)[5]

相结合伎俩，将制造业向智能化转型。第12页畅想“工业4.0”第13页工业4.0三大趋势在未来，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只能工厂中，产品信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第14页工业4.0下产品特点

产品是信息载体产品在整个完整供给链和生命周期中都一直带有本身信息

产品是一个agent产品会影响其所在环境

产品含有自监测功效产品会对其本身状态和环境进行监测我生产于4月30日，5月3日出厂请握中间已经打开2分钟了，请盖上集成了信息存放、传感、无线通信功效第15页目录第一部分工业发展历程第三部分关键技术内涵第二部分工业4.0介绍第四部分应用场景第五部分机遇与挑战第16页工业4.0三大技术支撑第17页关键技术内涵—信息物理系统信息物理系统（CPS）信息物理系统（Cyber

Physical

System，CPS）强调物理过程与信息间反馈。美国加利福利亚大学Lee.E在其技术汇报《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。从自动化技术观点看，CPS是一个工程系统，由一个嵌入在物体中计算和通信内核，以及物理环境中结构所监测和控制。基于上下文自适应故障诊疗辅助工具基于肢体动作物理辅助移动式个性化自适应辅助导航系统多模式人机交互基于位置维护和规划辅助工具基于虚拟现实/增强现实复杂工作流程辅助管理工具第18页关键技术内涵—信息物理系统算法文档三维模型工艺数据…CPS：系统中物理对象和对应虚拟对象经过泛在信息网络进行通信Cyber：算法和服务，服务动态集成和服务提供商，并跨越边界进行信息交流Cyber：包含3D模型，仿真模型，文档，关系，工作条件等数据能够经过可变信息网络在任何地方和任何时间进行搜集Physcial：在生产系统中人和自动化模块含有智能化、自我解释、自我意识、自我诊疗、交互评定能力CPS系统触发了工业自动化模式转变服务云物理对象第19页关键技术内涵—物联网文化科技…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、模型物联网工业4.0是物联网从消费服务领域向工业生产领域扩展。第20页关键技术内涵—云计算、大数据云计算推进工业4.0创新能力发展，经过资源平台集中管理，实现智能化实时控制调配。同时大数据分析实现制造、库存、采购、物流等最优化管理。行业应用软件即服务SAAS基础设施

即服务IAAS平台即服务PAASOA切削云焊接云数据分析云…管理和业务这次恒安全CRM门户即时通信邮件内容管理工业应用ansysabqqusfluentblast基服础务基设础施身份认证ACLDataMiningFramework…Cloud

APIDevelopmentFramework虚拟化主机存放网络其它硬件数据存放计算服务负载管理备份精加工云第21页关键技术内涵—人工智能经过采取机器人、无人搬运机、无人工厂等人工智能技术，实现智能工厂建设，大幅度提升企业成本竞争了，同时创造更多服务与软件行业岗位。经过机器视觉，指纹识别，人脸识别，视网膜识别，虹膜识别，掌纹识别，教授系统，自动规划，智能搜索，定理证实，博弈，自动程序设计，智能控制，机器人学，语言和图像了解，遗传编程等在工业制造中实际应用，人工智能将越来越多参加到工业4.0推进当中，构建智能工厂。自1956年“人工智能”被提出以来，经过50多年发展，“人工智能”取得了长足发展，但在现实生活中应用还是太少。伴随工业4.0智能工厂概念提出，机器人和人工智能将迎来一轮新发展。第22页目录第一部分工业发展历程第三部分关键技术内涵第二部分工业4.0介绍第四部分应用场景第五部分机遇与挑战第23页第24页应用场景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降低能耗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生产，为客户生产该款雨刷器。生产均含有高度灵活性第25页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。动态生产线在工业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。远程维护服务应用场景第26页智慧工厂案例面向智慧工厂app商店---下载量身定制用户界面面向智慧工厂室内准确定位智慧工厂中机器人技术智慧工厂中增强现实技术第27页智慧工厂案例智慧工厂中智能装配第28页工业4.0工厂畅享

经过工业4.0制造方案，产品设计时间、成本、产品质量、设备可用率均得到了显著提升。第29页智能产品案例-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第30页智能产品案例-波音第31页智能产品案例-德国企业第32页目录第一部分工业4.0介绍第三部分关键技术内涵第二部分国内外发展历程第四部分应用场景第五部分机遇与挑战第33页中国制造现实状况—“大而不强”从中国制造业形势看，工业占GDP37%，装备制造业产值规模突破20万亿元人民币，占全球装备制造业总量三分之一以上。中国发电设备产量约占全球总量60%；造船占全球比重41%；机床占全球比重38%。在500余种工业产品中，中国有220各种产量居世界第一。发达国家正在进行“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。美国、德国、英国等发达国家纷纷提出以重振制造业为关键、以信息网络技术、数字化制造技术应用为重点，意在依靠科技创新，抢占制造业新制高点“再工业化”战略。怎样将中国制造转变为中国创造，怎样提升中国制造业全球竞争力，成为中国政府和企业一大任务。人口红利消失劳动力供给降低人口成本上升从事制造业意愿降低国际金融危机，凸显实体经济主要性中国“世界工厂”面临双重挑战第34页工业4.0与两化融合横向一体化提升竞争力可连续发展工业4.0两化融合智能工厂智能生产信息化工业化技术融合产业衍生产品融合业务融合横向一体化垂直一体化价值网络实现横向集成垂直集成和网络化制造系统端到端数字集成横跨整个价值链

伴随全球工业向4.0时代大步前进，面对以信息网络技术创新引领智能化制造新趋势，大力推进两化深度融合成为打造中国制造业升级版必定选择。第35页推进泉州制造业新腾飞从产业上看，制造业占泉州GDP（当地生产总值）百分比超出50%，产业集群效应已现——石化、纺织服装、鞋业产值超千亿元，装备制造、建筑建材、食品饮料业产值超500亿元；光上市企