大数据与工业4.0讲述

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1、交通学院 王亮申 大数据与 工业4.0 大数据 工业革命历程 工业4.0的内涵 工业4.0带来的冲击 纲 要 一、大数据 大数据（big data），指无法在可承受的时间范 围内，用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的 数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决 策力、洞察发现力和流程优化能力来适应海量、 高增长率和多样化的信息资产。 IBM提出大数据的5V特点：Volume（大量）、 Velocity（高速）、Variety（多样）、Value（ 价值）、Veracity（真实性）。 1、大数据及特点 一、大数据 大数据需要特殊的技术，以有效地处理大量的数 据。适用于大数据的技术，包括大规模并

2、行处理 、数据挖掘、分布式文件系统、分布式数据库、 云计算平台、互联网和可扩展的存储系统。 数据的最小基本单位是bit，按顺序给出所有单位 ：bit、Byte、KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB 、BB、NB、DB。 按照进率1024（2的十次方）来计算。 如：1 TB = 1,024 GB = 1,048,576 MB 2、大数据的处理技术 一、大数据 随着互联网、物联网、云计算等信息技术与通信 技术的迅猛发展，数据量的暴涨成了许多行业共 同面对的严峻挑战和宝贵机遇。随着制造技术的 进步和现代化管理理念的普及，制造业企业的运 营越来越依赖信息技术。如今，制造业整个价值 链、制造业

3、产品的整个生命周期，都涉及到诸多 的数据。同时，制造业企业的数据也呈现出爆炸 性增长趋势。 3、大数据驱动制造业迈向智能化 一、大数据 通过技术创新与发展，以及数据的全面感知、收 集、分析、共享，为企业管理者和参与者呈现出 看待制造业价值链的全新视角。 4、大数据是工业互联网的命脉 在德国“工业4.0”中，通过信息物理系统（CPS ）实现工厂/车间的设备传感和控制层的数据与企 业信息系统融合，使得生产大数据传到云计算数 据中心进行存储、分析，形成决策并反过来指导 生产。 工业4.0 1760-1850 1850-1970 1970-2010 工业1.0 工业2.0 工业3.0 2010-至今

4、二、工业革命历程 工业4.0 1760-1850 1850-1970 1970-2010 工业1.0 工业2.0 工业3.0 2010-至今 二、工业革命历程 1769年詹姆斯瓦特制造了早 期的工业蒸汽机。 就是通过水力和蒸汽机 实现工厂机械化。这次 工业革命的结果是机械 生产代替了手工劳动， 经济社会从以农业、手 工业为基础转型到以工 业、机械制造带动经济 发展的新模式。 工业4.0 1760-1850 1850-1970 1970-2010 工业1.0 工业2.0 工业3.0 2010-至今 二、工业革命历程 工业 2.0 是电气化与自动化时代。也就是在劳动 分工基础上采用电力驱动产品的大

5、规模生产；因 为有了电力，所以才进入了由 继电器、电气自动 化控制 机械设备生产的年代。这次的工业革命， 通过零部件生产与产品装配的成功分离，开创了 产品批量生产的高效新模式。 工业4.0 1760-1850 1850-1970 1970-2010 工业1.0 工业2.0 工业3.0 2010-至今 二、工业革命历程 工业 3.0 是电子信息化时代。在升级工业 2.0 的基础上，广泛应用电子与信息技术 ，使制造过程自动化控制程度再进一步大 幅度提高。生产效率、良品率、分工合作 、机械设备寿命都得到了前所未有的提高 。在此阶段，工厂大量采用由 PC、PLC/ 单片机等真正电子、信息技术自动化控制

6、 的机械设备进行生产。自此，机器能够逐 步替代人类作业，不仅接管了相当比例的 “体力劳动”，还接管了一些“脑力劳动”。 工业4.0 1760-1850 1850-1970 1970-2010 工业1.0 工业2.0 工业3.0 2010-至今 三、工业4.0的内涵 工业4.0描述了由集中式控制向分散式增强型控制 的基本模式转变，目标是建立一个高度灵活的个 性化和数字化产品与服务的生产模式。这是继机 械、电气和信息技术的前三次工业革命之后，物 联网和制造业服务所带来的第四次工业革命。在 这种模式中，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，创造新价值的过 程正在发生改变，产业链

7、分工将被重组。 三、工业4.0的内涵 物联网就是物物相连的互联网。 （1）物联网的核心和基础仍然是互联网， 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络； （2）其用户端延伸和扩展到了任何物品与 物品之间，进行信息交换和通信，也就是 物物信息。 从消费意义上来说，工业4.0就是一个将生产原材 料、智能工厂、物流配送、消费者全部编织在一 起的大网。消费者只需用手机下单，网络就会自 动将订单和个性化要求发送给智能工厂，由其采 购原材料、设计并生产，再通过网络配送直接交 付给消费者。如果用一个词概括这个概念，就是 “互联工厂”，就是通过互联网等通信网络将工 厂与工厂内外的事物和服务连接起来，创造前所 未有的价

8、值、构建新的商业模式，甚至还能解决 很多社会问题。 三、工业4.0的内涵 从实质上看，工业4.0就是IT技术与工业技术的融 合。智能工厂和智能生产让用户的个性定制化需求 得以满足，即使是一次性的产品也可以通过颇具收 益的方式制造出来。 三、工业4.0的内涵 工业 4.0 概念是德国政府 2013 年 高技术战略 2020 确定的十大未来项目之一，并已上升为国家 战略，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发 与创新。 工业 4.0是实体物理世界与虚拟网络世界融合的时 代。未来 10 年，基于 信息物理系统（Cyber- PhysicalSystem，CPS）的智能化，将使人类步 入以智能制造为主

9、导的第四次工业革命。产品全生 命周期、全制造流程数字化以及基于信息通信技术 的模块集成，将形成一种高度灵活、个性化、数字 化的产品与服务新生产模式。 四、工业4.0带来的冲击 德国政府高度重视工业 4.0 计划。联邦政府已责 成教育和研究部与经济部牵头共同推进，在 高技术战略 2020框架下先期投资 2 亿欧元， 默克尔总理也在多个重要场合强调 ：“工业 4.0” 将是德国一个新的发展里程碑。 在去年的一项调查中，德国 47% 的公司表示已 经参与到“工业 4.0”战略中，18% 的公司表示 正在参与战略研究工作，12% 的公司声称已经 付诸实践。国内很多公司也在紧跟，如海尔。 四、工业4.0

10、带来的冲击 2015年政府工作报告首次提出要实施“中国制造 2025”，而中国制造业发展纲要20152025 已经国务院常务会议审议通过，该规划被称为中 国版工业4.0规划，已正式印发。 十大重点领域五项重点工程 中国制造业发展纲要20152025 四、工业4.0带来的冲击 十大重点领域 五项重点工程 新一代信息通信技术产业、高档数控机床和机器人 、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、轨 道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、新材 料、生物医药及高性能医疗器械、农业机械装备。 国家制造业创新中心建设工程；大力推进智能制造 ；工业强基工程；绿色发展工程；高端装备创新的 一些工程。 四、工业

11、4.0带来的冲击 （1）工业4.0将使工业生产过程更加灵活。在制 造领域的所有因素和资源间形成全新的循环网络 、智能产品独特的可识别性、个性化产品定制， 以及高度灵活的工作环境等。 （2）工业4.0将实现全新的商业模式和合作模式 。工业4.0“网络化制造”、“自我组织适应性强的 物流”和“集成客户的制造工程”等特征，也使得 它追求新的商业模式以率先满足动态的商业网络 而非单个公司，这将引发一系列诸如融资、发展 、可靠性、风险、责任和知识产权及技术安全等 问题。 四、工业4.0带来的冲击 （3）工业4.0将带来工作方式和环境的全新变化 。全新的协作工作方式使得工作可以脱离工厂， 通过虚拟的、移动

12、的方式开展。员工将拥有高度 的管理自主权，可以更加积极地投入和调节自己 的工作。 （4）工业4.0将促成全新的信息物理系统管理平 台。全新的信息物理系统平台能够联系到所有参 与的人员、物体和系统，将提供全面、快捷、安 全可靠的服务和应用业务流程，支持移动终端设 备和业务网络中的协同制造、服务、分析和预测 流程等。 四、工业4.0带来的冲击 “工业4.0是以智能制造为主导的第四次工业革命 ，它以制造业数字化、网络化、智能化为核心技 术，实现信息技术、生物技术、新材料技术、新 能源技术的广泛渗透，将带动几乎所有工业领域 智能化、绿色化为特征的技术革命，这是新一轮 的工业革命。 四、工业4.0带来的

13、冲击 2015年3月24日的政治局会议上提出了“绿色化”。 这是十八大提出的“新四化”概念的提升在“新型 工业化、城镇化、信息化、农业现代化”之外，又加 入了“绿色化” 。 生产方式的改变：“科技含量高、资源消耗低、环境 污染少的产业结构和生产方式”，有着“经济绿色化” 的内涵。 生活方式的改变：“生活方式和消费模式向勤俭节约 、绿色低碳、文明健康的方向转变，力戒奢侈浪费 和不合理消费”。 价值取向的改变：“把生态文明纳入社会主义核心价 值体系，形成人人、事事、时时崇尚生态文明的社 会新风”。 四、工业4.0带来的冲击 中国制造至今仍以“劳动密集型”为主，作为新 兴工业国还处在2.0工业革命时

14、代，势必拉大与 发达国家之间的差距，要实现中华民族伟大复 兴的中国梦，需要强大的科技创新力量作为提 高社会生产力和综合国力的战略支撑。我们要 认清4.0工业革命的意义，“THINK GLOBAL， ACT LOCAL”，不能一步一步在后面紧追紧赶 ，而应该采取跳跃式的特殊战略，使2.0到4.0的 工业革命齐头并进，奋起跃进，胜利地毕其功 于一役，方能真正昂然挺立于世界之林。 四、工业4.0带来的冲击 从长期来看，智能工厂会在很多产业推广实现 。但目前来看，按个人需求定制的个性化生产 方式，在汽车产业被运用了一段时间，但量很 小。比如宝马工厂大概一年有两辆汽车是按“个 人化”设计制造的。又比如食

15、品工业朝这个方向 努力的步伐很快。举例而言，工厂生产麦片产 品，可以通过网络先获得你想要的成分组合， 然后根据你的口味，生产出你想要的特定麦片 。在奢侈品市场也有同样的例子。比如，你可 以调制自己品味的香水。同时，香水包装上的 图案等都可以个性化。 四、工业4.0带来的冲击 然而工业 4.0 仍然处在初期，它高度依赖无线互 联网，来连接工人和机器，让机器知晓该生产 什么、如何生产。 最大的阻力，来自互联网巨头，工业 4.0 中，生 产智能化、利用互联网，面临的最大挑战也许 来自现有的互联网巨头。据统计，德国 95% 的 互联网搜索流量来自 Google，这个给试图利用 互联网改变的传统行业带来困难。 四、工业4.0带来的冲击 德国总理默克尔曾说，德国的企业需要加强数 字化经济的竞争力，而德国经济部长 Sigmar Gabriel 却担心美国的互联网巨头会主导互联网 数据业务 ：“对工业 4.0 来说，必要的大数据不 在德国企业手里，反而在硅谷的大公司，这点 让人担忧。” 四、工业4.0带来的冲击 德国总理默克尔曾说，德国的企业需要加强数 字化经济的竞争力，而德国经济部长 Sigmar Gabriel 却担心美国的互联网巨头会主导互联网 数据业务 ：“对工业 4.0 来说，必要的大数据不 在德国企业手里，反而在硅谷的大公司，这点 让人担忧。” 四、工业4.0带来的冲击