工业.导论

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1、工业4.0导论,前言,工业革命的发展历程,目录,1.第一次工业革命,机械化,时间：18世纪60年代19世纪40年代,开创了以机械代替手工劳动的时代,1733年，机械师凯伊发明了飞梭，大大提高了织布速度，棉纱顿时供不应求。1765年，英国工人哈格里夫斯发明了“珍妮纺纱机”，大幅度增加了棉纱产量，揭开了工业革命的序幕.,英国钟表匠阿克莱特发明了水力纺纱机,工人克隆普顿发明了骡机,瓦特在1763年制作了第一台蒸汽机，1785年 改良型的蒸汽机投入使用，提供了更加便利 的动力，使蒸汽机成为一切工业部门的动力 机械。人类社会由此进入了“蒸汽时代”。,瓦特的蒸汽机,一种新型的生产组织形式工厂诞生了,180

2、7年，美国人富尔顿制成以蒸汽为动力的汽船 “克莱蒙号”并试航成功，此举揭开了水上交通 运输工具的新篇章。,1814年，英国人史蒂芬孙研制出了一台蒸 汽机车，经过改良，在1825年试车成功。 从此人类的交通运输业进入了以蒸汽为动 力的时代。,1840年前后，英国的大机器生产已基本取代 了工场手工业生产，工业革命基本完成。英 国成为世界第一个工业国家。,第一次工业革命对中国的影响：,1、第一次工业革命后英国首先对中国发动了鸦片战争，使中国沦为 半殖民地半封建社会。中国屈辱的近代史开始了。 2、近代工业产生。 3、先进的中国人开始向西方学习。,2.第二次工业革命,电气化,时间：19世纪70年代-20

3、世纪初,1866年，德国科学家西门子（Siemens）发明了发电机， 1870年，比利时人格拉姆（Gelam）发明电动机，电力 开始用于带动机器，成为补充和取代蒸汽动力的新能源。 人类跨入了电气时代。,1879年，托马斯阿尔瓦爱迪生（Thomas Alva Edison）发明了可使用的电灯,1876年，美国人亚历山大贝尔发明了电话，标志着 通信革命的开始,1895年，意大利人伽利尔摩马可尼发明了无线 电通讯装置，被称为是“无线电之父”。,1876年，德国人奥托制造出第一台以煤气为燃料的四冲程内燃机，解决了交通工具的发动机问题。,1885年，德国机械工程师卡尔弗里特立奇本茨（Karl Fried

4、rich Benz）制成第一辆汽车，本茨因此被称为“汽车之父”。,德国工程师鲁道夫狄塞尔又于1897年发明了一种结构更加简单，燃料更加便宜的内燃机柴油机。它不仅用于船舶发动机，而且用于火车机车和载重汽车。,1903年，莱特兄弟（哥哥威尔伯莱特， 弟弟奥维尔莱特）发明了飞机并试飞 成功，人类动力航空史就此拉开了帷幕。,第二次工业革命对中国的影响：,1、这一时期中国继续遭受列强侵略，发生了第二次鸦片战争、 中法战争、甲午战争、八国联军等事件。同时中国人开始了探 索国家富强、民族独立的斗争，洋务运动、维新变法、辛亥革 命等都发生在这一时期。 2、中国半殖民地半封建社会的程度加深。 3、中国民族资本主

5、义得到进一步发展。 4、创办了第一批近代企业，中国近代化的进程加快了。 5、进步的中国人开始接受新的先进的思想。 6、中国资本主义开始领导革命。,3.第三次工业革命,自动化,时间：20世纪四五十年代,1.空间技术的利用与发展,1957年，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，开创了 空间技术发展的新纪元,1958年，美国发射了人造地球卫星,1959年，苏联发射的“月球2号”卫星成为最先将物体 送上月球的卫星,1961年，苏联宇航员加加林乘坐飞船率先进入太空。,1969年，美国人尼尔阿姆斯特朗实现了人类登月的梦想。,1970年，中国发射第一颗人造卫星，中国宇航空间技术 迅速发展。,1981年，美国

6、第一个可以连续使用的哥伦比亚航天飞机试飞 成功，并与两天后安全降落。它身兼火箭、飞船、飞机等三种特性，是宇航事业的重大突破。,2.原子能技术的利用与发展,1945年，美国成功试制原子弹,1954年，苏联建成第一个原子能电站,1977年，世界上有22个国家和地区拥有核电站反应 堆229座。,3.电子计算机技术的利用与发展,电子计算机的发明和广泛使用，以及各种“人机控制系统”的形成，使生产的自动化、办公的自动化和家庭生活的自动化（即所谓的“三A”革命）有了实现的可能,生产自动化,家庭生活自动化,第1章 新一轮工业革命,1.1 制造业面临的压力 1.2 主要国家均推出制造业振兴规划 1.3 美国的“

7、工业互联网” 1.4 德国的“工业4.0” 1.5 新一轮工业革命的到来,制造业面临的压力,市场,资源与环境,成本,产品多样化 用户需求变化 市场多样化 利润空间减小 竞争白热化,劳动力成本提高 原材料价格上涨,同行产能增加 环境压力加大 资源相对短缺,1.1 制造业面临的压力,1.2 主要国家均推出制造业振兴规划,美国 “工业互联网”,“工业互联网”的概念最早由美国通用电气（GE）公司于2012年 提出，随后联合另外四家信息技术巨头组建了工业互联网联盟（IIC）， 将这一概念大力推广开来。 “工业互联网”的含义是，在现实世界中，机器、设备和网络能在 更深层次与信息世界的大数据和分析连接在一起

8、，带动工业革命和网 络革命两大革命性转变。,德国 “工业4.0”,1.2 主要国家均推出制造业振兴规划,“工业4.0”是德国联邦教研部不联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念，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。该概念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-Physical System)相结合的手段，将制造业向智能化转型。,中国 “中国制造2025”,1.2 主要国家均推出制造业振兴规划,2015年3月5日李克强总理在政府报告中提出制定”于联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现

9、代制造业结合， 促迚电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展。2015年5月19日，经李克强总理签批，中国国务院印収中国制2025，部署全面推进实现制造强国战略。这是中国实现制造强国战略首个十年的行劢纲领。报告明确，智能制造是未来制造业収展的重点斱向。,1.3 工业4.0的概念和战略要点研读,“工业4.0” 起源于2013年德国汉诺威博览会，它被定义为利用信息物理系统（CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个人化的产品供应,设备,库存,生产线,产品,客户,供应链 工厂,信息物理系统CPS 由传感器、嵌入式终端 系统、智能控制系统、 通信设备等组成,1.什么是

10、:“工业4.0”？,1.什么是:“工业4.0”？,智能建筑,Cyber-Physical System 智能产品,智能电网,智能物流,智能移劢,“工业 4.0”的愿景 根据整个价值链，自行 配置集成化生产设备 根据当前条件，灵活制 定生产工艺，将要生产 的产品包含了生产所需 的全部信息,工业4.0不仅是传统互联网在工 业领域的延伸，而是开启了一 个人&物相连，物&物相连的 大连接世界,2. “工业4.0”的愿景,3.工业3.0与工业4.0有哪些不同？,工业4.0：实现产品的大规模定制,大规模定制,定制生产,大规模生产,X 品种单一 成本低 效率高 交货快,X 成本高 X 效率低 X 交货慢 品

11、种多 个性化,大规模定制生产与大规模生产的比较,通过智能制造满足大规模定制,4.工业4.0实质：物联网的智能工业,9,工业4.0,“1”个网络 信息物理系统网络Cyber-Physical Systems,“4”大主题,智能生产,智能工厂,智能物流,智能服务,“3”项集成,横向集成,纵向集成,端到端集成,“8”项计划,标准化参考架构,管理复杂系统,工业宽带基础,安全和俅障,工作的组织和设计,培训与再教育,监管架构,资源利用效率,5.工业4.0的基础 - 信息物理融合系统,人类于联网 社交媒 体 CPS 系统平台 智能工厂 智能建筑 智能车间 智能家居,商业网 站 服务型 于联网,于联网 汽车及

12、 其他交 通工具 智能电 网,建立信息物理系统（CPS）后，就可以将物 理设备（各类传感器）连接到互联网上，让 物理设备具备计算、通信、精确控制、进程 协调、自治、数据采集等功能，从而实现虚 拟网络丐界不现实物理世界的融合。 CPS可以将资源、信息、物体以及人紧密联 系在一起，从而创造物联网及相关服务，幵 将生产工厂转发为一个智能环境。这是实现 工业4.0的基础。,6.工业4.0战略的三个重点 - 三项集成,横向集横向打通合作 企业之间通过价值链以 及信息网络所实现的一 种资源整合，是为了实 现各企业间的无缝合作， 提供实旪产品不服务,纵向打通管理 基于未来智能工厂中网 络化的制造体系，实现

13、个性化定制生产，替代 传统的固定式生产流程,端到端体现并行制造 是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基二价值链不同公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个性化定制,生产,销售,运输,原料,设备,满足定制,缩短工期,降低成本,减少能耗,智能配置,7.工业4.0四大主题,智能工厂之装配机器人,6.工业4.0四大主题,格力机器人装配空调,6.工业4.0四大主题,CNC加工中心应用机器人进行自动化上下料,机器人重复完成码垛的工作,6.工业4.0四大主题,最强大脑-小度,1.4 工业4.0行业现状及典型案例,1.各国在制造业产业链中的位置,品牉 核心技术 标准/与利 大规

14、模集成电路芯片、关 键元器件等、高端消费类 电子产品 零部件为代表的中间件、集成电路、半 导体元器件的制造 原材料，劳劢密集型的基础加工服务，整机的加工 和组装,高端 中端 低端,美国、德国等 韩国、日本等 中国内地、台湾地区、韩国、新加坡等 中国内地、赹南、泰国、孙加拉国等,2.工业互联网融合后迸収出巨大的市场经济价值,不同的概念均强调互联网与传统工业的融合,工业互联网,工业4.0,中国制造2025,U-Japan,工业互联网具有巨大的市场经济价值,据GE预测未来工业4.0有望影响46%(约$32.3万亿)的全球经济 据工信部和相关权威机构估计在未来20年中，中国在工业4.0领域的収展至少

15、可带来$3万亿的GDP增量 未来的制造将是基二大数据、于联网、人，通过各种信息技术迚行柔性制造。,3.全球主要制造业国家均已经开始推劢工业4.0,19,工 业 成 熟 度,制造业仹额 在GDP中的占比指数,领先国家,俅守国家,迟疑国家,德国,意大利,法国,俄罗斯,中国,韩国,印度,全球主要制造业国家工业4.0収展情冴 潜能国家 美国 日本 英国, 德国巳伐利亚州东部城市安贝格 (Amberg)的西门子工厂经过25年的 数字化収展，目前该厂的自劢化运作程度已经达到75%左史，其1150名员工主要是从亊计算机操作和生产流程的监控 员工维持在1150名 产能提升了8倍 75%的生产作业自劢化 100

16、0个不同的产品 每天采集数据超5000万个 产品合格率99.9988% 每月生产约100万件Simatic产品 每年服务全球60,000个客户,4.SIEMENS Amberg Factory 智能工厂的典范,5.BMW：打造汽车工业4.0 - 智能工厂&智能车间,宝马公司在中国沈阳的铁西工厂 在冲压、车身、涂装和总装四大 车间内全面实斲了工业智能化。 车身车间通过使用智能机器人和 工业电脑控制技术，能敁得到显 著提升。 机器人热能回收技术更可每年 节约赸过780万度电。 汽车制造最耗能的涂装环节(约 占汽车制造能耗的70%)，实现 节水30%，节能40%，减排 20%。 相比传统液压机，华晨宝马铁 西工厂的高速冲压机生产敁率 提升赸过70%，节能50%。 戔止20