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1、,工业4.0 理念创新发展,Industry 4.0 Idea Innovation Development,目 录,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版 启示与发展 总结 分工 参考文献 致谢,2,目 录,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版 启示与发展 总结 分工 参考文献 致谢,3,人类工业史三次工业革命使得人类发展进入了空前繁荣的时代 三次工业革命产生的弊端 巨大的能源以及资源消耗 巨大的环境代价以及生态成本 21世纪，人类面临空前的全球能源与资源危机、全球生态与环境危机、全球气候变化危机的多重挑战 互联网的高度发展 越来越多功能强大的、自主的微型电脑（嵌入式系统）实现了与
2、其他微型电脑和互联网的互联 物理世界和虚拟世界（网络空间）以信息-物理系统（CPS）的形式实现了融合 由此引发了第四次工业革命绿色工业革命,“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，运用信息物理系统，实现生产方式的现代化。,发展背景,基本概念,背景一,4,德国政府正面临着数十年来最严峻的经济与金融危机的挑战 经济与金融危机加速了全球的知识竞赛，人才、技术和市场领导地位的国际竞争也将进一步加剧 重大全球性挑战 气候变化 人口增长 疾病扩散 粮食供应 化石原料与能源的有限性 工业基础雄厚 德国是全球八大工业国之一，其制造业尤为发达，是德国经济复苏的重要拉动力 德国机械工业高度现代化、
3、机械化、高效化 东方命脉 中国是德国出口增速最快的国家之一 过半数的德国企业视中国为全球范围内最为重要的三大市场之一 于2010年提出德国高技术战略2020,发展背景,背景二,5,初步概念 2011年德国汉诺威工业博览会（HANNOVER MESSE）上，德国相关协会提出工业4.0的初步概念 发展完善 德机械设备制造联合会等协会牵头，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，成立“工业4.0工作组”进一步加强工业4.0的研究并向德国政府进行报告 国家战略 发展制造业是德国政府高技术战略2020确定的十大未来项目之一，“工业4.0”研究项目由德国联邦教研部与联邦经
4、济技术部联手资助，已上升为国家战略 正式提出 2013年4月，德国政府于2013汉诺威工业博览会上正式推出“工业4.0” 中德合作 今年10月初，克强总理访德期间，中德签署了中德合作行动纲要：共塑创新，提出两国将开展工业生产的数字化（工业4.0）合作,发展历程,6,目 录,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版 启示与发展 总结 分工 参考文献 致谢,7,总体概念,工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命，或革命性的生产方法。该战略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,总体概
5、念,两大主题,一是“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的实现 二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用,8,技术基础,ICT是信息、通信和技术三个英文单词的词头组合(Information Communication Technology，简称ICT) 。它是信息技术与通信技术相融合而形成的一个新的概念和新的技术领域。 近二三十年来，德国制造业已成功地利用信息通信技术（ICT）实现对工业生产过程的管理如今，大约90%的工业生产过程已应用ICT技术,ICT,物联网（Internet of things）是指通过各
6、种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。 目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。,物联网,9,技术基础,信息物理系统（CPS, Cyber-Physical Systems）是一个以通讯和计算为核心的集成的监控和协调行动的工程化物理系统，是计算、通讯和控制的融合，具备很高的可靠性、安全性和执行效率。,信息物理系统,CPS雏形：1948年Wiener在Cybernetics，or Control and Communication in the Animal and the Machine一书
7、所提出控制论以及我国著名科学家钱学森博士1954在Engineering Cybernetics一书中提出的“工程控制论” CPS官方正式提出来源于2007年美国总统科学技术咨询委员会报告,发展过程,10,11,工业4.0,三个特征,通过价值网络 实现横向集成,工程端到端数字集成 横跨整个价值链,垂直集成和网络化的制造系统,12,三个特征,通过价值网络实现横向集成,13,把产品、机器、资源、人有机联系在一起，各公司各环节数据共享，实现产品全生命周期和全制造流程的数字化 由大规模批量生产向大规模定制生产转变 由集中生产向网络化异地协同生产转变 由传统制造企业向跨界融合企业转变 协同、分享,三个特
8、征,通过价值网络实现横向集成,14,西门子的阿基米德计划并购UGS PLM Software 设计与生产的业务流程集成并形成闭环循环 并行流程针对多学科多部门的并行流程 信息交互信息同源化的信息集成 按设计制造按客户和企业的需求制造 产品仿真产品全生命周期仿真 缩短产品发布时间缩短产品获得利润时间 企业研发部门创新遍布全球的创新网络 硬件与软件的简单连接，信息的全方位集成,三个特征,工程端到数字端集成横跨整个价值链,15,两个特点 在所有终端实现数字化的前提下所实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合 客户可实现随时参与和决策并自由配置各个功能组件 数字空间物理空间,三个特征,工程端到数字端集
9、成横跨整个价值链,16,虚拟制造 数字化模型 计算机仿真 产品数据管理（PDM） Sutherland，终极显示，1965 MIT林肯实验室，头盔显示，1966 NASA，火星探测虚拟环境，1985 3D打印,三个特征,工程端到数字端集成横跨整个价值链,17,虚拟现实 虚拟产品设计 虚拟产品性能分析 虚拟加工 虚拟装配 虚拟测试 虚拟生产调度与仿真 连接物理空间与数字空间,三个特征,垂直集成和网络化的制造系统,18,在智能工厂中，制造结构将不是固定和事先定义好的，信息技术组合规则为不同情况自动形成特定结构。 确保调节器和传感器通讯顺畅 开发工厂模块以及重新使用战略 领导者和操作者需要接受培训,
10、欧盟“智能工厂”研发团队FRAME采用世界上最先进的创新型传感网络技术和人机交互技术，开发出具有自我意识、自我学习和自我适应能力的智能型自动控制系统。,英飞凌对工厂进行智能化改造，提供面向物联网的半导体解决方案，在2014年6月推出“工业4.0 试点基地”项目，应用于部分芯片生产。其智能卡与安全事业部全球总裁Stefan Hofschen认为在工业4.0时代，安全市场也会增长。,两个战略,19,八大关键,20,八大价值,21,目 录,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版 启示与发展 总结 分工 参考文献 致谢,22,23,在中国,挑战 发达国家“去工业化”“再工业化” 东南亚、印度等：廉
11、价劳动力 无人化生产社会的负面影响 工信部：信息化和工业化深度融合专项行动计划（2013-2018） 保持经济，调整产业结构 实例：三一重工的智能工厂18号厂房，亚洲最大的总装车间,目 录,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版 启示与发展 总结 分工 参考文献 致谢,24,25,启示发展,德国：工业4.0 注重硬件制造 中国：“工业化”与“信息化”融合 加强硬件制造能力 经验数据：ansys、proe、ug 极端制造 加大投入 GE“1%定律”： 工业水平提高1%1.5%，收入水平提高25%40% 防止互联网过热,美国：工业互联网 注重软件、网络和大数据,26,启示发展,建立知识体系间的
12、联系 微创新对行业内人员提出更高要求 科学技术与理念概念之间的相互促进 信息技术时代向大数据时代的转变,目 录,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版 启示与发展 总结 分工 参考文献 致谢,27,总 结,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
13、的工作流程和快速学习新产品工艺。,德国经济以其强大的工业基础为特征，特别是它的机械与设备制造、汽车工业和能源工业。工业4.0的实施绝对是对未来发展的关键 Ernst Burgbacher 议会国务秘书，联邦经济技术部部长 物联网和服务网在制造业中拥有巨大的创新潜力，如果我们成功把基于网络的服务整合进工业4.0，将极大地扩展这种潜力。 Johannes Helbig博士 工业-科学研究联盟交流促进组织成员 中国在没有完成工业化（电气化）的情况下，就进入了信息化时代，所以，德国“工业4.0”对中国的启示是，通过两化融合的手段促进制造业继续向更高的水平发展。 周济 中国工程院院士,28,分工说明,2
14、9,参考文献,30,1. 把握德国制造业的未来实施“工业4.0”攻略的建议， 德国联邦教育研究部工业4.0工作组，2013年9月 2. 保障德国制造业的未来关于实施工业4.0战略的建议，工业和信息化部国际经济技术合作中心，2013年10月 3. 德国2020高科技战略：创意创新增长，科技导报，2011,29（8） 4. 德国的工业4.0路线图，建设机械技术与管理，2014,27（2） 5. 工业4.0：智能工业，物联网技术，2013,12 6. 工业4.0：智能化工厂与生产，化工管理，2013,11 7. 工业4.0和智能制造，机械设计与制造工程，2014,43（8） 8. 虚拟制造研究进展与
15、展望，系统仿真学报，2004,09 9. 虚拟制造技术及其应用的现状与发展展望，山东大学学报(工学版)，2002,03 10. WAHLSTER, Wolfgang. From Industry 1.0 to Industry 4.0: Towards the 4th Industrial Revolution. In: Forum Business meets Research. 2012. 11. BAUERNHANSL, T. Industry 4.0: Challenges and limitations in the production. Keynote. ATKearney, Factory of the year, 2013.,感谢老师的辛苦备课和认真讲授！ 感谢共同学习、共同讨论的各位同学！,新年快乐,万事如意,致 谢,31,32,谢谢大家！,机械工程系,
