工业40介绍(资料大多来自网络新闻)

1、工业4.0介绍一、提出背景1、提出时间、任务、地点工业4.0的概念最早出现在2011年汉诺威工业博览会，德国人工智能研究中心董事兼行政总裁沃尔夫冈·瓦尔斯特尔教授在开幕式中提到，要通过物联网等媒介来推动第四次工业革命，提高制造业水平。在德国政府推出的高技术战略2020中，工业4.0作为十大未来项目之一，联盟政府投入2亿欧元，其目的在于奠定德国在关键技术上的国际领先地位，夯实德国作为技术经济强国的核心竞争力。2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出工业4.0，其核心目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。2、为什么是德国美国是信息技术最发达的国家，互联网、物联网的

2、基础都强于德国。而首先将工业4.0作为国家战略的却是德国，有其特殊的背景。发达国家逐渐步入老龄社会，延长退休年龄已经成为各国的共识。美国作为世界第一移民大国，老龄化程度在主要发达国家中是比较低的。德国作为世界上制造业最发达的国家之一，老龄化程度仅次于日本。许多制造型企业的员工平均年龄在40岁以上，年轻员工比例不断减少。德国推进工业4.0的概念，不仅要保持其技术的领先，还可以延长劳动者的工作生涯，解决社会老龄化问题。从制造业发展水平和老龄化程度看，日本的情况与德国接近。但是，日本制造业的特长在于改进，而不是系统性的创新，也不擅长战略思考。日本制定的许多大型科技战略，如第五代计算机技术，最终都是以

3、失败告终。二、什么是工业4.0？1、概念工业4.0是以智能制造为主导的第四次工业革命，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的产品与服务的生产模式。工业4.0旨在通过充分利用信息通信技术和网络空间虚拟系统信息物理系统（Cyber-Physical System，CPS）相结合的手段，将制造业向智能化转型。当前全球工业市场正面临着巨大的变革：更新周期缩短、差异不断变大、产品个性化突出，工业4.0构建的兼具个性化和数字化的产品与服务生产模式，突破了传统的行业界限，催生出新的活动领域和合作形式，创造新的价值网络，重组产业链分工。2、工业1.0-工业

4、4.0（1）工业革命1.0：18 世纪末期始于英国的第一次工业革命，19 世纪中叶结束。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了以工业及机械制造带动经济发展的模式。（2）工业革命 2.0：第二次工业领域大变革发生在 20 世纪初期，批量工业生产开始的阶段。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新模式。20 世纪 70 年代以后，随着电子工程和信息技术充实到工业过程之中，实现了生产的最优化和自动化。（3）工业革命3.0第三次工业革命始于第二次工业革命过程中发生的生产过程高度自动化。自此，机械能够逐步替代人类作业。（4）工业革命4.0未来

5、 10 年，第四次工业革命将步入分散化生产的新时代。工业 4.0 通过决定生产制造过程中的网络技术，实现实时管理。从工业1.0到工业4.0资料来源：Securing the future of German manufacturing industry: Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0. April 2013三、工业4.0深度解读1、CPS（Cyber-Physical System,网络空间虚拟系统信息物理系统）（1）简介CPS 连接了虚拟空间与物理现实世界，使智能物体通信以及相互

6、作用，创造一个真正的网络世界。CPS 体现了当前嵌入式系统的进一步进化。与互联网或者网上可搜集的数据、服务一起，嵌入式系统也是构成 CPS的要素之一。CPS 可提供构建物联网的基础部分，并且与服务互联网一体化，实现工业 4.0。这些技术被称为实现技术，培育更加广泛的基于创新型应用或过程的新现实空间，淡化现实世界与虚拟空间的界限。实现技术就像互联网使得个人通信以及相互作用的关系发生变革一样，将给我们与物理现实世界之间的相互作用关系带来根本性变化。基于高性能软件的嵌入式系统与融合在数字网络中的专业用户接口之间，发生的相互作用，将诞生全新的系统功能性世界。举一个简单的例子，智能手机囊括许多应用和服务

7、，已经远远超出设备本身通话功能。由于全新的划时代应用和服务的提供商将不断涌现，渐渐形成新价值链，所以，CPS 也将对现有业务与市场模式带来范式转变。汽车工业、能源经济，还有包括诸如工业 4.0 的生产技术的各个工业部门，将同步因这些新价值链发生巨变。未来，CPS 将以以往人类无法想象的形式，对人类安全、效率、生活舒适度、提升健康水平等做出贡献。同时，CPS也将对解决人口结构变化、自然资源不足、可持续发展以及能源结构变化等带来的问题，发挥关键性的作用。（2）进程德国是嵌入式系统、移动通信网络等 CPS 相关领域的全球市场领袖。德国教育与研究部（BMBF）委托德国科学技术工程院牵头的 CPS 进程

8、项目的目的是，确立综合的 CPS 研究议程，提升工业技术的国家竞争力，巩固德国作为主要市场及提供商的全球地位，在此基础上实现德国技术革命。下图所示给出了CPS 各层的理想模式。CPS 各层的理想模式图CPS 进程列举了当前至 2025 年间四个主要应用领域 ：能源 ：智能电网中的 CPS ；机动性 ：网络化的机动性中的 CPS ；健康 ：远程治疗以及远程诊断中的 CPS ；工业（智能工厂）：工业以及自动化生产中的 CPS。2、愿景工业4.0的愿景是“信息物理融合生产系统”，其中充斥传感器的“智能产品”告诉机器它们应该被如何加工；流程在一个分散地、模块化的系统中进行自我管理。智能嵌入式设备开始以

9、点对点式或者通过互联网“云”物联网方式进行无线互连以协同工作，这是对生产力的再一次革命。随着机器对机器（M2M）通信遍布于厂房，刚性的、集中化的工厂控制系统开始让位于分散式智能控制系统。这就是第四次工业革命的工业4.0版本愿景。工业4.0目前更多是愿景，而非现实，但它具有潜在的深远影响;随着人们不断想出实现它的创新方式，这一概念也在不断发展。然而，有些事情已经明确：传感器将涉及生产过程的每一阶段，提供原始数据以及控制系统所需的反馈。工业控制系统将变得更加复杂并广泛分布，带来更灵活的、细粒度的控制。射频技术将在无线Mesh网络中与分布式控制模块绑定在一起 ，为系统带来实时重配置功能，而这种方式不

10、可能在硬连线、集中控制系统中实现。可编程逻辑会变得越来越重要，因为不可能预料到所有环境变化，而这些变化是控制系统需要动态响应的。智能连接的嵌入式设备将无处不在，它们的设计和编程会变得更具挑战性。实施工业4.0需要许多目前存在的技术和工艺。例如，无线电、传感器和GPS模块可用于资产追踪，当从FR4铜板升级为刀片服务器时，可以追踪工厂里的电路板资产。工业4.0并不是简单地贴上RFID标签以及被动地沿着流水线追踪PCB，相反地，挑选和放置模块在内存芯片用完时可以提醒库存。如果回答是它们不能被及时进货补充时，整个工厂中的一切相关机器从切割机、钻床直到系统组装机器人将进行重组并开始生产所有部件均已备货的

11、下一个产品，如果需要从远程库存调货时，可以自动及时地传送到合适的机器。同时，下一个源供应商将被通知并且自动重新配置相应的资产。这样的好处是，即便相对于当前高度自动化的工厂，新的模式也将带来时间和成本方面的大幅节省。3、智慧工厂、智能生产工业4.0项目主要面向两大主题，一是“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。工业4.0和智慧工厂是物联网和互联网服务的一部分，工业4.0的框架内没有涉及到新技术的引进，而是强调通过网络与信息物理系统的融合来改变当前的工业生产与服务模式

12、。物联网、服务网、数据网将取代传统封闭性的制造系统，成为工业4.0和智慧工厂的基础。工业4.0和智慧工厂架构资料来源：Securing the future of German manufacturing industry: Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0. April 20134、工业4.0的潜力智慧工厂使客户的个性化定制需求得以满足，这意味着即使产品只生产一次，也能通过颇具收益的方式制造出来。在工业4.0中，以供应商为例，动态业务和工程流程帮助他们根据生产需要最终做出相应改变，灵

13、活应对生产中断和故障，使生产和交付变得更加灵活。在制造流程中已经能够提供端到端的透明化，以促进决策优化。工业4.0也将发掘出创造价值的新方法，开发出新的商业模型。特别是，工业4.0还将给初创公司和小型企业的发展带来机会，下游的服务也能从中受益。制造企业在未来将以“信息物理系统”（CPS）为框架建立包含其设备、仓储系统和工业产品的全球性网络。CPS包含能够独立交换信息的小型智能机械、存储系统和高效的产品设备，并能独立完成运作和互相控制。随着CPS的设备基础改进到涉及制造、工程、材料使用和供应链以及生命周期管理的工业工序，智慧工厂已经开始使用一种全新的途径来生产产品。当指令经过CPS系统时，纵向需

14、要经过工厂的商业流程，横向则连接了可以实时管理的衍生价值体系，这两方面共同构建了嵌入式制造的系统网络。此外，每一条指令都需要流经过程链条中的每一个环节。四、中国如何应对工业4.0？1、政策（1）中国制造2025"中国制造2025"是今年由工信部提出，根据国务院的要求，弱化以往规划中“五年”的时间期限，而是将规划年限扩展到2025年，转向更长期的规划。除了转型升级之外，"中国制造2025"还包括工业化、信息化的“两化深度融合”，较之前的两化融合得以进一步加强。 “中国制造2025”规划有可能明年出台，11月要做出相关成果报到国务院。据工信部官员透露，“中国

15、制造2025”的目标是要建设制造业强国，新一轮科技革命和产业变革的核心思想是制造业的数字化、网络化、智能化是制高点，加快信息通讯技术和制造技术的深入融合是切入点，智能制造专项工程等可能是今后的主攻方向。具体来看，高档数控机床、电力装备、工业机器人及智能装备、航空装备、船舶和海洋工程装备、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车等望成其中的重点。（腾讯财经）（2）李克强中德合作行动纲要在中德双方签署的中德合作行动纲要中，有关工业4.0合作的内容共有4条：v 工业生产的数字化(“工业4.0”)对于未来中德经济发展具有重大意义。双方认为，该进程应由企业自行推进，两国政府应为企业参与该进程提供政策支持。v

16、中国工业和信息化部、科技部和德国联邦经济和能源部、联邦教研部将以加强此领域信息交流为目的，建立“工业4.0”对话。双方欢迎两国企业在该领域开展自愿、平等的互利合作。加强两国企业集团及行业协会之间专业交流有利于深化合作。两国政府将为双方合作提供更为有利的框架条件和政策支持。v “工业4.0”在世界范围内的成功取决于国际通行的规则与标准。中德两国将在标准问题上紧密合作，并将“工业4.0”议题纳入中德标准化合作委员会。双方将继续加强中德标准化合作委员会框架下的现有合作，致力于开展更具系统性和战略性的合作。双方一致决定更多关注未来领域，如电动汽车、高能效智慧能源控制/智慧家居、供水及污水处理。v 以中

17、国担任2015年德国汉诺威消费电子、信息及通信博览会(CeBIT)合作伙伴国为契机，以公正、开放的贸易及产品竞争为基础，进一步深化两国在移动互联网、物联网、云计算、大数据等领域合作。（3）工博会  11月4日上午，第十六届中国国际工业博览会两化融合展区，由上海明匠智能系统有限公司自主研发的国内首套工业4.0流水线吸引众多参观者。其在TCP/IP协议工业以太网、二维码比对技术、CCD影像识别技术、6轴机器人集成应用等方面实现突破，技术方案最终通过英国技术专家的评审，取得两个共计1600万元的设备合同。“淘宝、天猫所连接的只是网店卖家和消费者，其扮演的只是网络销售渠道商的角色。

18、在工业4.0时代，当消费者可以直接向智能工厂定制商品而且价格更便宜时，淘宝这样的电子商城也将寿终正寝。”陈俊认为，从时间来看，淘宝被工业4.0淘汰出局大概只需要10年时间。（网易新闻）2、面对危机和问题中国制造业面临人口问题的严峻的挑战，甚至远超德国。路易斯拐点 指出对于处于工业化和城市化进程初期中的发展中国家而言，因为第二三产业不发育，农村集结了大量剩余劳动力，农业人均生产力低下，收益甚微，生活贫困。因此只要城镇就业的收益略高于农业，剩余劳动力将源源不断向城镇流动，从而使城镇就业市场始终是供给严重过剩的状态。资方只要提供的工资略高于农业收益，就不愁招不到人。这样，工人的工资始终很低，仅仅略高

19、于农业收益而已。于是，工资十年不涨也就不足为奇了。这种状况，一直持续到农业剩余劳动力转移完毕，新增就业人口赶不上增加的用工需求，就业形势开始向供不应求转变。这个区间，就是著名的路易斯拐点。的影响。在工业化过程中，农村富余劳动力逐渐向非农产业转移，直至最终枯竭。期间存在着一个劳动力从过剩到短缺的转折点，即刘易斯拐点。中国屡屡出现的用工荒，表明刘易斯拐点已经临近甚至到来。老龄化。建国以来，中国人的平均寿命上升接近1倍，现在人均预期寿命以达75岁左右。中国60岁以上老人达15%，高于联合国10%的老龄社会标准。2012我国15至59岁劳动年龄人口首次出现负增长，比上年末减少345万人。由于中国是世界

20、上唯一强制实行计划生育的国家，未来人口形势更加严峻。几年以后，中国每年将减少1300万左右的劳动力人口，并长期持续。劳动力人口减少的直接影响是用工成本上升。最近10年，家政、装修等行业的平均工资上升3倍左右。最近还有报道称：某装修工人8天拿到了5000元工资。大约是15年前的10倍。劳动力成本上升导致中国制造业的竞争力迅速下降。许多跨国公司将工厂搬向劳动力成本更低的地方。同时，发达国家的制造业技术升级，也导致了部分制造企业的回流。德国工业4.0可以促进后者的进一步扩大，从而对中国制造业造成间接影响。除了用工成本上升，劳动力人口减少带来的另一个问题是：劳动者的敬业度变差。劳动者对待遇不满意时，对

21、岗位的珍惜程度就会差，工作质量就会下降，安全事故则会上升。这是很多企业正在遇到的情况。3、应对措施（1）分“三步走”到2025年，中国装备制造业进入世界装备制造强国第二方阵，部分优势产业率先实现又大又强;到2035年，中国装备制造业位居世界第二方阵前列，成为名副其实的装备制造业强国;到2050年，中国装备制造业进入世界装备制造强国第一方阵，成为具有全球引领影响力的装备制造业强国。（2）工业发展 “1+X”“中国的工业门类齐全但发展很不平衡，既有大量需要升级的传统产业，也有需要大力发展的新兴产业，还有一些需要淘汰退出的过剩产业。因此中国需要一个全方位的工业发展战略来实现产业升级。这是多层次的，远

22、比德国复杂。” 德国的工业4.0蓝图固然值得借鉴，特别是对于上海等工业化程度较高的城市。但对全国来讲，还是需要一个更为综合全面的产业升级战略，对处于不同发展阶段的产业施以不同配方的“强心剂”。（3）差异化策略目前中国和欧美的差距体现在两方面：一是自动化。西门子已经把自动化的整个流程做完了，所以他现在在搞数字化。中国还是要按照实际情况一步步走，先完成工业3.0。第二个条件是软件方面，主要是企业经营者的理念和企业现有的管理水平。经营者是否坚信通过数字化的改造、数字化的技术手段，最终能够提升效率、改善灵活性、加快创新周期，最后增强竞争力。五、未来制造业在未来的智能制造业中，CPS对涵盖自动化、生产技术、汽车、机械工程、能源、运输以及远程医疗等众多工业部门、应用领域，带有非常重要的意义。因CPS而实现的许多应用，将产生新附加价值链和业务模式。CPS不仅可以降低实际成本，提高能源、时间等的效率，还能降低CO2排放水平，在保护环境上发挥重大作用。生产系统，智能工厂的产品、资源及处理过程因CPS的存在，将具有非常高水平的实时性，同时在资源、成本节约中也颇具优势。智能工厂将按照重视可持续性的服务中心的业务来设计。因此，服从性、灵活性、自适应以及学习等特征、容错能力，甚至风