工业4.0与产业革命

工业4.0与产业革命INDUSTRIALREVOLUTIONSINDUSTRY4.0•

Cyber

PhysicalSystem

(CPS)•InternetofThings(IOT)•InternetofServicesINDUSTRIALINTERNET

PRODUCTIVITY4.0关键技术与工业革命AUTOMATIONInformationTechnology:PLC,

MES,

ERPMASSPRODUCTIONElectricityandDivisionof

Labor:ProductionLineMECHANICAL

PRODUCITONSteamEngineINTELLIGENT

FACTORYFOURTHSECONDTHIRDFIRST大量客制单件

高混合性工厂低耗清洁都市生产变化大的市场降低成本的压力动态的价值链

网络产品生命周期

缩短老年化社会

及延后退休产品变异增加缺乏技术性

劳工社会经济动因

消费物联／工业物联•具革命性的•

大量新机会•

由多个孤立发展演化•并非新的发展•在丰富的自动化传统上建构•

…然而，却是爆发性的工业物联网：工业物件联网消费物联网：消费者物件联网<>主要产业

•

信息电子

•

金属运具

•

机械加工

•

纺织•

食品•

农业•

服务／物流我省生产力4.0架构Source：工业局w'

工业4.0和工业互联网联盟主要作者德国政府大型跨国公司关键利益相关者政府、学术界、企业企业、学术界、政府革命的分类四次革命三次革命支持平台政府工业政策开放会员非营利联盟重点行业工业制造、能源、运输、医疗、公用事业、城市、农业技术专注供应链协调、嵌入式系统、

自动化、机器人装置沟通、资料流、装置控制和整合、预测性分析、

工业自动化全面性的专注硬件软件、硬件、整合地理区域专注德国和其公司全球市场企业专注中小企业SMEs各种大小的公司最佳化专注生产最佳化资产最佳化标准的投注在工作排程中建议至标准组织经济性模式规范经济学实证经济学整体业务模式回应性主动性INDUSTRY4.0INDUSTRIAL

INTERNETCONSORTIUM自我学习状况监测无线网络自动化

无线感测、网络化的智能环境•

辨识•

感测或资料获取•

无线通讯•

低耗能•

能量采集

•

频宽•

互动和控制

(Ux)

•

智慧•

互用性•

分析／大数据•

安全／隐私关键议题：共通技术智慧运轮物联网应用支援层云端计算平台行动物联网、物联网与其它网络整合IntegrationMobileCommunicationInternetNetworkQoS管理通讯和感知层的连结感测网络和协同信息处理DataProcessing资料取得传感器条形码

射频辨识

多媒体服务支援平台开放信息平台公共中介软件智慧医疗应用层智慧电网物联网应用…….灾害移转ID

合成食品履历M2MWireless

ConnectionHetero-networkResourceandStorageManagementRemote/Distance

ControlNext-generationCarrierNetworkDedicated

Network安全技术网络层CollaborativeSensorM/W

TechnologiesSelf-organizingTechnologyLow-FarMedium-High

SpeedShort-ranged

CommunicationTech网络管理感知层物联网

架构LPWAN

MEMS感测任何地方连接任何时间服务智慧化扩充实境虚实整合应用情境COMPLEXCOMPUTER机械设备还是信息设备？ON

FOUR-WHEELS软件于工业4.0的应用模式智慧工厂的APPSTORES现阶段工业3.0未来工业4.0CPS和分散式控制的智慧制造解决方案单元•

CPS•

自我配置•

虚拟表示•

情境感知•

信息管理

优点•

增加弹性与敏捷•

处理复杂度I’m

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hours!Magazinewill

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home

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TaskPlacementKnowledge

BasePerformancePredictionRaw

dataManagementProfilingRes

Proviourcesioning物联网应用与解

决方案传感器、终端装

置、闸道器等云端服务与资源软件定义的资源

管理网络云计算架构MonitoringSecurity航空旅行波音747的每个引擎会产生0.5TB的资料；云計算可在地處理該資料，

并仅传送最重要的资料

到必须要看到这些资料

的人。穿戴式科技有虚拟界面的穿戴式

装置必须在其环境中

处理资料提供给使用

者；云计算容许该计

算几乎在即时完成，

改善了使用者体验。智慧城市云计算协助收集如

从交通到水电的城

市活动信息以确保

每件事都有效的运

作中。云计算应用资料分析Revolution

R

TerabytesPetabytesExabytesZettabytes

不同的分析工具的架构

ETLNetezza

ECL

TeradataUnsupervised

LearningGreenplumKDBSocial

Media

AnalyticsVisualizationSimulationSentiment

AnalysisPredictive

ModelingBPO

BIMATLABMahout

HadoopHiveVertica资料管理资料洞察SPSS

SASEsperL…AMPLSciPyMap

Reduce预测性•随机故障模式•非必然磨耗•预防性维修诱发的故障•根本原因分析•年限探测（预防性维修最佳化）预防性•必然磨耗／磨损•消耗品•己知故障模式•小零件•非关键性•无关紧要的影响主动性回应性

•经常性的故障•备援或有备援可靠度

为中心

的维修维修制度•失效模式分析

(FMEA)•

加速规于轴承座•

现存于伺服主轴马达

的传感器•

数据采集硬件•

多项计算功能和服务

的厂内软件系统数据采集健康判断和故

障诊断(SOM)特征撷取和挑选

(FFT)•

采用SOM产生一个

健康图•

健康图将不同轴承故

障状况分群•

震动信号经由FFT转换•

幅度频谱分割成特定数目的子频段预测性维修－轴承故障诊断预测性维修－轴承故障诊断正常滚筒内座圈外座圈不同轴承故障的震动信号预测性维修－轴承故障诊断•

健康图呈现了四个不同的区块•

区域代表轴承故障种类N:

Normal/

正常OF:Outer-racedefect／外座圈IF:

Inner-racedefect／内座圈RF:

Rollerdefect／滚筒NIFOFRF工业物联效益产业别

节约类别

年度影响航空

节省1%燃油

$2–3

B医疗

改善1%系统低效

$4–

5

B能源

节省1%燃油$5–7

B火车

改善1%系统低效

$4–

5

B油气改善1%系统低效$5–

7

B2D

DraftingCADProgrammableLogicControllersMRP/EDI设计生产自动化CollaborativePLMTablet/AppsWearableDrone

LogisticsSocial

MediaFullDigital

MockupsCollaborative3D

Design&

ContentPortals/ArchivingRuggedized

devices3D

SolidModelCADProductRenderingVisualizationRapidERP,

CRM,EDICNC/RobotsMRP

II/EDI后勤支援

Support销售

Sales采购

Procurement营销

Marketing19701980

1990200020102020数字制造演化高

低CAD/CAM电子产品定义协同PLM及云端

连接数字商务数字模型及协同设计Production3DWireframeCAD/CAM数字泛在性程度DesignDesignLogisticsMarketingPurchasingDesignMarketingPurchasingDesignFieldSupportDesignPurchasingProductionProductionProductionProductionSalesWeb

Portals&

IntranetsHumanoid

RobotsRFID

TrackingStress

AnalysisPrototyping3D

PrintersVR众包设计数字

设计数字生

态系统数字制造与设计创新供应链

优化中小企

业入口旧零件

重加工数字工

厂优化下世代产品设计数据解析与平台行动预测性维修智慧机器

随插随用解决方案先进数据解析和实时产线反馈CADCAM互通数字

工厂\DMDII数字代理与产品设计•

DigitalTwin•

Avatar数字制造虚实整合•

虚拟模拟•

扩充实境•个人物品／零配件客制化•

自主设计艺术品•

自制工具、用具•快速验证概念•实现开发产品雏形•维修零件自制化Source:Fabbaloo

Source:

RS

Components

Source:

M3D

Source:

Cyrus

3D

Source:

MakerBot平民化3D打印3D打印产品范例Source:

3d-expo.ru

Source:Source:wohlersas植入式医用食物打印牙科应用鼻腔分析Formula

1Source:3dSource:strSource:3Source:3Source:助听器引擎件义肢AudiConfigurator19551980大量生产Shared

EconomyGlobalization2000ComplexityIndividualization生产Ford

Model

T生产和供应链程序的意涵BDriveN

low⃞样式数量个别样式VW

Beetle

Production生产量3D

Printed

Car18501913iPhone智慧商店：创新零售软件订制生产566B种客制混合

谷类食品智慧工厂：智慧工厂软件物联网：主动产品记忆

基于SPSS服务为基制造控制未来计划服务联网：使用互联网入口配置和订购个人化产品单件生产的数字制造mye订制生产：未来计划因为自己设计该个性化产品的客户无法接受长送货时间，产品需于接近

客户的欧洲生产基地生产。

大量客制化香水和包装透过网络订购完成24小时后，此个性化产品已可出货智慧工厂得以每日生产36,000唯的香水包装客户得以从百万种可能，经由网站创造个人化香水增加一层CPS改造传统工厂WLAN路由器

传统的

SPSRasberry

PI

1CPSas

anActive

Product

Memoryforthe

Emerging

ProductRasberry

PI2

CPSforProcessingSensorDatafromtheAdditionalSensorWebGadgeteerwithSensorsforAcceleration,Shock,HumidityandTemperature•工厂系统规划与硬件独立•基于IOT和IOS的全IP网路工厂服务库服务导向规划的工厂系统ERPMESField

Layer传感器服务阀门服务帮浦服务控制服务通讯服务抽象服务与硬件独立的装置控制与硬件独立的抽象程序规格

随插即用依SOA服务组成的动态规划绿色制造减

碳最佳化捡取与放置.insertBottom(AssemblyPlace4)捡取与放置.insertBoard(AssemblyPlace4)捡取与放置.insertCap(AssemblyPlace4)组装与放置.compress输送带1.(lowSpeed)服务为基的CPPS关键元件语意产品记忆•上壳选择•电路

－

上壳包覆

•RES-COM

雕刻

•上下壳组装拟生产的产品

N主动语意产品记忆拟生产的产品

1主动语意产品记忆工件载具

N主动语意产品记忆工件载具

1主动语意产品记忆基于语意产品记忆的生产路径规划机器

1主动语意产品记忆机器

N主动语意产品记忆生产服务发掘、配对和执行M2MCommunicationM2MCommunicationCNC铣床…………简单的模式将行动存货架(Pods)移到仓库捡货员的位置，替代了捡货员过去一天要快走15英哩路的工作。

消除了疲劳因素，并增加了效率、精确度和仓

库中更高度的秩序，并降低大量供给品的成本。Productto

Pick

is

marked

by

aLaser

Pointer

[Pick-to-light]Packerscans

ProductLight

marksdesignated

box[Pack-to-Light]AteachPacking

Station

6-8boxes

can

be

packedsimultaneouslyasthebots

startqueueingina

circular

position公路系统The

Kiva

robotsglidealongthebarcode

griddedfloor•

Camera

underneathto

readfloor

barcode•

Cameraonthe

sides

toensure

minimumdistance

betweentwo

robots•

Barcodesticker

placedonthefloorin

a40”

x

40”

gridAMAZON自动搬运车：KIVABlackTipfor

GripMetallicCorkscrew

Lifter

Power

ButtonMachineVisionLabel

&

SeriesVentilationRubber

Strip360

RotationWheels2’6”1’2’2”充电站.Every2or3

hours,The

robot

get15minutescharging

break•小型自动运输单元取代弹性不足的输

送带技术•单元式运输系统依照自我控制原理•单元式运输系统采用群体智慧以处理

复杂运输工作•

自动运输管理•提升：可变性、扩展性和弹性•提升物流绩效工业4.0促成智慧运筹•较现有最先进的设施有功能和成本优势•增加了储存系统的弹性•降低固定成本•升降设备没有瓶颈故缩短储存周期时间•不需升降设备且在货架上自主导航•弹性配置Rack

Racers•

85％为3D打印零件工业4.0提升仓储效能解决方案元件优点

产品设计各程序的安全

安全设计

组织必须和具有

IT安全评估设施

(ITSEF)

的专业

第三方安全公司

保持联系，以确

保产品经过如通

用标准的正式安

全评估程序。安全机制必须在

设计阶段定义和

建置于软硬件架

构上，组织必须

亦要对加密机制

的建置付出特别

的注意。若是组织可以严

守安全编程标准

和最佳实践，显

着数目的漏洞可

以被解决。如同

代码混淆的特别

机制需被建置以

防止对程序的逆

向工程。物联网产品须对

其系统软硬件元

件严格的安全测

试－包括应用安

全测试、功能测

试

。安全编程严格测试安全评估语意服务描述和语意产品记忆OWLOWL-SOMM++

USDLWSDL经由互用性通讯

标准的标准化机电层次的标准标准化为工业4.0关键成功因素SoAOPC-UATCP/IPRJ45,WiFi

…765SOAServices经由语意描述

语言的标准化4IP数字企业和数字工厂层间的界面IEC

622642860OPC

UAHAN-ModularEthernet213标准的范例自动化标记语言

(AutomationML)

为开放、

XML为基的系列标准，描述和模型化生产系统，包含他们的拓墣、语意、几何、运动、行为和逻辑；其

描述了生产资源、制造的产品和生产程序。TheAutomationMLConsortiumwantstoimplementastandardizedsolutionforavendor-independentdataexchange.Thegoalofthestandardistodevelop

a

neutraldataformatinorderto

bridgethetodayexistinggapbetweenthedigitalfactoryandautomationplanningtoolsFraunhoferIOSB

isone

ofthefoundersofthe

AutomationMLe.V.andworksthereamongstothersonthestandardizationconcerningsemantics

and

librariesCOLLADA几何、运动PLCopenXML行为、顺序FurtherXML标准格式更多角度的工程信息Object

AObject

A1Object

A2...Object

AnCAEX

IEC6424

顶层格式•

Plant•

Cells•

Components•

Attributes•

Interfaces•

Relations•

References自动化标记语言

工程资料能源耗用发展周期时间生产周期时间决策时间瑕疵率成本／存货停机次数平均停机时间人均产值实践能力订单履行率设施运营效率资源运用能力改进指标服务水平工业4.0基于制造KPI的效能(Source:

Deloitte

Review

2015;)最大化最小化演化中的商业模式世界最大的消费者硬件公司仅创造少数的apps世界最大的住宿提供者未拥有任何房地产世界最大的「出租车」公司未拥有任何车辆新产品与服务•

根据使用付费•

软件为基的服务•

资料货币化•

员工生产力作业效率•

资产运用•

降低作业成本•

资源最佳化和降

低浪费•

平台促成的市场结果经济•

根据结果付费•

新连线生态系统随着工业互联网更深层的

融入于各个产业，终极将

导致一个拉式经济系统特性为实时需求侦

测和高度自动化、弹性

的生产和履行网络工业互／物联网的四个阶段自主拉式经济•

持续需求侦测•

端至端自动化农业机具制造商推动全面数字农耕精准农耕

生态系统的价值创造影响者技术提供者农夫农产品

科学

公司大盘商设备提供者数字农作生态系统客户预测动态联络库存咖啡机使用记录从产品到系统的系统人员派班系统咖啡店管理系统系统的系统咖啡机

系统物料管

理系统需求预

测系统咖啡机

系统产品系统咖啡机连线智慧产品++物流公司VMI咖啡豆烘培机智慧产品咖啡调配师排班优化打豆机产品天气活动+以人为中心的CPS辅助系统AR/VR/DR辅助

复杂工作程序行动个人化情况

适应教学系统多式联合的人

机互动情境适应辅助

故障诊断基于位置的维

修及规划辅助外骨骼的实体

辅助行动、交互式、情境感知式的工作引导扩充实境工业维修应用工业环境

戴Google眼镜的员工