从智慧工厂到智能生产解决方案

1、从智慧工厂到智能生产解决方案技术创新，变革未来以信息物理生产系统CPPS为模型构建智惫工厂，或者数字化工厂信息物理系统（CybcrP.1，sicals，stcn,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，以及物理环境中的结构所监测和控制。（KarlIlonrikJoh,n、son,2011)工业4.0自动化一信息物理系统（CPS)建设基于物联网的能源管控平

2、台，利用传感器网络、短距离无线通信等在内的物联网技术实时在线监测和控制能耗设施，并能根据实时的能耗信息，实现优化控制和集约化生产。以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统010402060503基于肢体动作的物理辅助基于虚拟现实增强现实的复杂工作流程辅助管理工具移动式个性化自适应的辅助导肮系统多模式的人机交互基于上下文的自适应故障诊断辅助工具基于位置的维护和规划辅助工具智能制造系统架构通过生命周期、系统层级和智能功能三个维度构建完成，主要解决智能制造标准体系结构和框架的建模研究生命周期是由设计、生产、物流、销售、服务等一系列相互联系的价值创造活动组成的链式集合。生命周期中各项活动相互关联

3、、相互影响。不同行业的生命周期构成不尽相同。工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）垂直集成与网络化制造在明天的智慈工厂，生产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组lT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。设备层级包括传感器、仪器仪表、条码、射频识别、机器、机械和装置等，是企业进行生产活动的物质技术基础；控制层级包括可编程逻辑控制器（PLC）、数据采集与监视控制系统（SCADA）、分布式控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）等；车间层级实现面向工厂/车间的生产管理，包括制造执行系统（MES）等；企业层级

4、实现面向企业的经营管理，包括企业资源计划系统（ERP）、产品生命周期管理（PLM）、供应链管理系统（SCM）和客户关系管理系统（CRM）等；协同层级由产业链上不同企业通过互联网络共享信息实现协同研发、智能生产、精准物流和智能服务等。智能功能包括资源要素、系统集成、互联互通、信息融合和新兴业态等五层。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系统集成是指通过二维码、射频识别、软件等信息技术集成原材料、零部件、能源、设备等各种制造

5、资源。由小到大实现从智能装备到智能生产单元、智能生产线、数字化车间、智能工厂，乃至智能制造系统的集成。互联互通是指通过有线、无线等通信技术,实现机器之间、机器与控制系统之间、企业之间的互联互通。信息融合是指在系统集成和通信的基础上，利用云计算、大数据等新一代信息技术，在保障信息安全的前提下，实现信息协同共享。新兴业态包括个性化定制、远程运维和工业云等服务型制造模式。智慧工厂中的机器人技术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今天明天总结多品种小批t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

6、通信技术，通过信息通信技术实现了智惫工厂、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，它将产生大最的大数据流，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、帮助和培训智慈工厂的下一代工人；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。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抓取和智能产品装配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。APP StoreAPP驾驶员辅助APP动力管理APP绿色驾驶APP职能用户界面智能产品案例智能

7、化汽车工业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德国一些企业已经开始实施industry4.0TRUMPF公司SAP公司BOSCH公司WITTENSTEIN公司FESTO公司工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）物联网经济文化与所有领域相关的通用技术（语义技术、云计算服务平台）工业CPS应用智慧工厂CPPS能源CPS应用智能电网移动通讯CPS应用智能手机健康CPS应用智能健康安全、工程、教育、参考框架、模型工业4.0的标准规范工业4.0智慧工厂USDL：信息物理产品系统的语义服务OMM：语义产品内存EMMMA：多模式工业辅助系统W3C标准工业4.0自动化

8、信息物理系统（CPS)服务云物理对象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校型，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Phiscial:在生产系统中的人和自动化枝块具有钾能化、自我解释、自我意识、自我诊断、交互评估能力CPS系统触发了工业自动化模式转变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Industry40德国高科技战略计划两大

9、主题：智慈工厂、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，承载着在其整个进应鱼和生鱼周塑中所需的各种必需信息设施：由整个生产位值璧所集成，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Industry40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、30打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等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

10、于城市的城市生产Industry4.0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。智慧工厂的布局面向服务的工厂系统布局ERPMESField Layer现场层Server Library服务库Sensor-ServiceValve-ServicePump-ServiceControl-ServiceCommunication-Service硬件无关抽象服务硬件相关设备控制工业4.0-从智慧工厂到智能生产90的计算机都是嵌入式基于物

11、联网与服务的智能化环境发展过程中央计算机嵌入式计算机智能手机智能卡PC1个计算机：多个用户1个计算机：1个用户多个计算机：1个用户智能化环境19411960198020002020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语音01眼球跟踪06肢体动作05面部表情身体语言04手势03图形视觉02多模式交互工业4.0下的多模式交互电力广泛应用信息物联系统工业革命4.0电子、IT、工业机器人工业革命3.0工业革命3.2工业革命3.118世纪末20世纪初时间复杂程度Industry4.0德国高科技战略计划首位工业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

12、年以来新产品数据达到接近2艾字节（2 )仪器仪表产品供应链管理系统产品全生命周期系统16智慧工厂需要稳定的无线流量、可靠的安全策略、可视化集中管控、移动APP运维，去支持物联网扩展，实时监测、自动调控办公室温度、湿度、光照等环境因素，助力企业打造舒适的智慧办公环境，能方便及时地掌握诸如网络拓扑结构、网络性能统计、网络故障等信息；可以实现移动管理整个厂区网络，随时随地网络运维。统一管理全区的无线AP、楼层交换机、IoT传感器等，实现万物互联；中心控制器集无线AC、身份认证、大数据收集分析、上网行为管理和审计、无线有线运维、物联网平台于一体；员工办公、访客网络和无线生产实现三网安全隔离，确保网络安

13、全性；无线生产网采用同频组网技术，接入无线扫码枪、无线摄像头、移动叉车、AGV无人搬运车等，不允许其他终端接入，保证生产网络的正常运行；员工办公和访客移动终端使用不同的SSID，内部员工通过账号密码接入无线网络，PDA等办公移动终端使用PSK+MAC地址白名单接入网络，保证只允许受信任的终端接入服务互联网智能物料APP平台智能产品APP平台基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP智慧工厂APP平台信息物理生产系统物联网智慧工厂的架构基于物联网和服务互联网在企业销售链实施智能物流、智能安防等应用。在仓储、调度、跟踪监控和产品追溯等环节实现对物品、集装箱、车辆和人员的全程状态监测和智能调度，构建高

14、效率、低成本和安全的现代物流体系。利用物联网技术建设企业内的智能安防系统，构建智能化、全方位、立体安防体系和高效的智能楼宇管理系统。智慧工厂的车间基于无线、RFID、传感器和服务的架构产品定位：项目为构建基于云计算、大数据、移动互联网等最新信息技术和移动防爆智能终端技术的、软硬件相结合的智能化安全管理云系统。产品功能：实现生产状态和安全信息的实时数据采集、远程通讯、事故建模、风险分析、智能推演、预报预警、应急处置辅助决策等功能，为政府安全监管、企业安全生产管理以及事故应急处置服务。产品定位：项目为构建基于云计算、大数据、移动互联网等最新信息技术和移动防爆智能终端技术的、软硬件相结合的智能化安全管理云系统。产品功能：实现生产状态和安全信息的实时数据采集、远程通讯、事故建模、风险分析、智能推演、预报预警、应急处置辅助决策等功能，为政府安全监管、企业安全生产管理以及事故应急处置服务。智慧工厂的流程基于云安全网络云