全面解读德国工业40与中国制造

1、德国工业4.0与中国制造2025,背景 2008年-2010年，金融危机后，世界都在反思制造业实体经济的发展。 首先，美国要重振制造业，要夺回制造业的领先优势。 美国政府再次赋予机械工业行业更大的优先权。它目前在努力实行积极的产业政策以创造就业机会和鼓励制造业回归美国。2011年夏，奥巴马总统推出了先进制造伙伴计划（AMP），这是一个汇集了来自研究、商业和政治部门的代表私营机构，来共同描绘“投资和促进新兴技术发展”的路线。,AMP指导委员会由顶尖级工程大学（麻省理工学院，加州大学伯克利分校，斯坦福大学，卡内基梅隆大学，密歇根大学和佐治亚理工学院）校长和美国知名企业（包括卡特彼勒公司，康宁公司，

2、陶氏化学，福特，霍尼韦尔，英特尔，强生，诺斯罗普格鲁门公司，强生公司，宝洁公司和联合技术公司）老总组成。,2012年7月，AMP提出了一份带有16条详细建议的报告，包括建立一个全国制造创新研究院网络（NNMII）建议。这些研究院采取公私合作形式，试图充当“区域性卓越制造的枢纽”，旨在提高美国商业的全球竞争力和增加对美国制造设施的投入。,此外，奥巴马政府正在将更多的研发资金用于制造业研究。在2013年预算中，先进制造业拨款增加了19至22亿美元。负责标准化的国家标准与技术研究院（NIST）获得1亿美元资金，通过提供研究设备和技术诀窍来支持本国制造业。NIST也负责先进制造门户网站工作，该门户网站

3、是在AMP的建议下成立的，旨在促进该领域政府、大学和私人之间活动的联网。最后，美国政府的工作和创新加速挑战倡议组织投资2千万美元在先进制造领域的十个进一步的公共私营伙伴关系。,CPS和物联网（IOT）已经在美国的公共资助中获益了好几年。事实上，CPS系统早在2006年就被美国国家科学基金会（NSF）确定为关键研究领域。然而，实际上在制造业中很少具体使用CPS。网络信息技术研究开发计划（NITRD）召集18家研究机构以协调包括在人机交互和信息管理等不同IT领域的研究。在2011年，NITRD有超过30亿美元预算供其使用。,德国为了保持制造业在全球的领先优势，实时提出工业4.0，主要是发挥德国在制

4、造技术和制造装备的传统优势，将制造业和互联网等技术融合，形成工业互联网，以保持德国在世界领先地位。 德国：强大的制造业+互联网 提出：工业4.0 美国：创新优势的互联网+优势制造业 提出：先进制造技术伙伴 发展路径和侧重点不一样，但目标是一样的。 中国：完备的制造业+互联网的创新 （互联网+制造，制造业+互联网） 提出：中国制造2025,解读德国 工业4.0,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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,多个计算机：1个用户,1个计算机：1个用户,PC,中央计算机,1个计算机：多个用户,基于物联网与服务的智能环境发展过程,工业4.

5、0从智慧工厂到智能生产,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从智慧工厂到智能生产,Industry 4.0 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。,工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0从智慧工厂到智能生产,Industry 4.0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

6、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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,Industry 4.0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,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

7、,APP平台,基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP,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,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,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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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

8、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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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

9、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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,面向智慧工厂的APP商店 下载量身定制的用户界面,工业4.0从智慧工厂到智能生产,面向智慧工厂的室内精确定位,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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

10、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。,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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

11、，以及物理环境中的结构所监测和控制。（Karl Henrik Johansson，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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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

12、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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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,与所有领域相关的通用技术 （语义技术、云计算服务平台）,经济,安全、工程、教育、参考框架、模型,物联网,工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,通过价值链实现横向集成,跨整个价值链的工程,工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,垂直集成与网络化制造

13、,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。,工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0的标准规范,工业4.0 智慧工厂,标准,EMMA: 多模式工业辅助系统,OMM: 语义产品内存,USDL: 信息物理产品系统中的语义服务,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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,工业4.0从智慧工厂到智能生产,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

14、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,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industry 4.0,TRUMPF公司,SAP公司,WITTENSTEIN公司,FESTO公司,BOSCH公司,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0从智慧工厂到智能生产,多品种小批量智能产品的高精度卓越品质生产是未来像德国一样成功经济的发展趋势 80%制造创新基于信息通信技术，通过信息通信技术实现了智慧工厂、绿色和城市生产 第四次工业革命将基于信息物理系统、物联网和互联服务，它将产生大量的大数据流，这些大数据能够被搜集和分

15、析用于指导高效高品质生产； 基于信息物理系统的工业辅助系统能够支持、帮助和培训智慧工厂的下一代工人； 多通道增强现实系统能够允许个性化的工作流程和快速学习新产品工艺。,2. 中国制造2025,中国制造2025,中国制造业发展现状,中国制造2025,中国制造走向高端 家电、汽车、飞机等装备制造一步步走向高端。 已成为制造业大国 增加值占全国工业收入的86.7%，占出口总量的95.09%； 制造业世界第一，占20%。 中国制造的问题 产品中低端、低价位竞争。,向高端的努力中国工业3.0,中国制造2025,CIMS开启自动化研究： 信息化有成效，如甩图板工程、试点企业； 信息化救活了Oracle，数

16、控帮助了Fanuc的成长； 未重视装备基础：数控机床、机器人成短板。 数控专项： 高档数控系统及机床有重要突破； 产业化尚需政策与市场倡导，04专项在调整。,中国制造2025路线图,中国制造2025,三步走,中国制造2025,“中国制造2025”的指导思想,“中国制造2025”的指导思想是:坚持走中国特色新型工业化道路,以促进制造业创新发展为主题,以提质增效为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标,强化工业基础能力,提高综合集成水平,完善多层次多类型人才培养体系,促进产业转型升级,培育有中国特色的制造文

17、化,实现制造业由大变强的历史跨越.,中国制造2025,“中国制造2025”的基本方针和战略部署,创新驱动 战略举措之一:智能制造工程 战略举措之二:制造业创新体系建设工程 质量为先 战略举措之三:工业强基工程 战略举措之四:质量与品牌提升行动计划 绿色发展 战略举措之五:绿色制造工程 结构优化 战略举措之六:高端装备创新工程 战略举措之七:制造业服务化推进行动计划 战略举措之八:现代企业建设行动计划 人才为本,五、工作重点,中国制造2025 五大工程： 1、制造业创新中心（工业技术研究基地）建设工程 2、智能制造工程 3、工业强基工程 4、绿色制造工程 5、高端装备创新工程（组织实施大型飞机、

18、航空发动机及燃气轮机、民用航天、智能绿色列车、节能与新能源汽车、海洋工程装备及高技术船舶、智能电网成套装备、高档数控机床、核电装备、高端诊疗设备等一批创新和产业化专项、重大工程。）,五、工作重点,十大重点领域（23个重点方向）突破： 1）新一代信息技术产业（集成电路及专用设备、信息通信设备、操作系统与工业软件、智能制造核心信息设备）； 2）高档数控机床和机器人（高档数控机床与基础制造装备、机器人） 3）航空航天装备（飞机、航空发动机、航空机载设备与系统、航天装备）； 4）海洋工程装备及高技术船舶（海洋工程装备及高技术船舶）； 5）先进轨道交通装备（先进轨道交通装备）； 6）节能与新能源汽车（节

19、能汽车、新能源汽车、智能网联汽车） 7）电力装备（发电装备、输变电装备）； 8）农业装备（农业装备） 9）新材料（先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料）； 10）生物医药及高性能医疗器械（生物医药、高性能医疗器械）。,中国制造2025,互联网先进制造业现代服务业,李克强总理在2015年的政府工作报告中指出,要制定“互联网”行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场. 通过互联网与先进制造业和现代服务业的深度融合,可以使互联网最新的信息技术、方法论和商业模式深度融合于制造业和服务业的各个领域之中,

20、极大地促进制造业提质增效、转型升级,促进服务型制造业和生产性服务业的发展.,中国制造2025,智能制造是新一轮工业革命的核心技术,新一轮科技革命大潮澎湃,新一轮工业革命蓬勃兴起 驱动力之一:信息技术指数级增长 驱动力之二:数字化网络化普及应用 例数码相机 例中国互联网产业 例小米手机的“互联网开发”模式 驱动力之三:集成式智能化创新 例苹果系列产品、特斯拉电动汽车 例Google无人驾驶汽车,智能制造的内涵和发展愿景 “中国制造2025”要以创新驱动发展为主题,以信息化与工业化深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向.制造业数字化网络化智能化是新一轮工业革命的核心技术,应该作为“中国制造202

21、5”的制高点、突破口和主攻方向.,智能产品是主体 制造业数字化网络化智能化是实现机械产品创新的共性使能技术,使机械产品向“数控一代”乃至“智能一代”发展,可从根本上提高产品功能、性能和市场竞争力. 例D(三维)打印机或称为快速成形机 例页岩气革命 例动力机车的数控化与智能化 例X52K普通立式铣床XHK714/3-5五坐标加工中心 例高速高精钻攻中心 例光刻机精密工作台 例全电舰船 例“海洋石油981”平台,智能生产是主线 设计技术创新设计的数字化网络化智能化 例14飞机的全数字化设计 生产技术创新生产的数字化网络化智能化 管理技术创新管理的数字化网络化智能化 例15波音公司:全方位、全周期生

22、产管控 智能化集成制造系统(IIMS),产业模式转变是主题 大规模流水线生产转向定制化规模生产 例慕尼黑宝马定制总部 例毛衣的定制生产 例西服的定制生产 产业形态从生产型制造向服务型制造的 例通用电气(GE)的生产服务模式 例陕鼓动力的服务模式,智能制造的基础建设 ()构建CPS. CPS是一个综合计算、通信、网络、控制和物理环境的多维复杂系统,可以将信息世界和现实世界联系在一起,创建一个真正的CPS世界,这个CPS世界中,智能目标之间可以互动和互相交流. ()积极推进工业互联网基础设施建设. 工业互联网是智能制造的基础设施,“云计算、大数据、物联网、务联网”通过嵌入式系统连接装备以实现工业互

23、联网.制订工业互联网整体网络架构建设规划与布局,建设低时延、高可靠、广覆盖的工业互联网. ()强化智能制造网络信息平台、标准体系和信息安全保障系统的建设,中国制造2025,智能制造是“中国制造2025”的主攻方向,中国特色智能制造发展路径 例21中国家电产业的发展 10年规划,两个阶段 第一阶段(2015-2020),全面推广数字化网络化技术的应用,部分行业和企业开展智能化技术应用的试点和示范.如,大力推进“数控一代”机械产品创新工程。 第二阶段(2020-2025年),大力推进网络化智能化技术的应用.如,着力推动“智能一代”机械产品创新工程。 万众创新、开放创新与有组织创新 “中国制造”是中

24、央向全社会发出的建设制造强国的动员令,凝聚着中国制造业界全体同志的决心和意志,全行业动员起来、全社会动员起来,打一场“创新驱动、转型升级”的“人民战争”.,二、智能制造技术现状,1. 智能制造发展轨迹,1989年：日本提出智能制造系统； 1992年：美国执行智能制造新技术政策； 1994年：加拿大制定战略计划发展智能系统； 1994年：欧盟启动R&D项目，大力资助信息技术； 80年代末：中国将“智能模拟”列入国家科技发展规划。,2. 国内外发展趋势,(1) 信息化。制造业信息化将信息技术、网络技术、现代管 理与制造技术相结合，实现产品的数字化设计、网络化制造和敏捷制造，快速响应市场变化和客户需求，全面提升制造业发展水平。 (2) 自动化。将完备的感知系统、执行系统和控制系统与相关机械装备完美结合，构成了高效、高可靠的自动化