工业学习材料

工业4.0学习材料目录第一部分工业发展历程第三部分核心技术内涵第二部分工业4.0简介第四部分应用场景第五部分机遇与挑战工业发展历程工业发展历程第四次工业革命系统基于信息物理融合第三次工业革命用电子和IT技术实现制造流程的进一步自动化第二次工业革命随着基于劳动分工的、电力驱动的大规模生产的出现第一次工业革命随着蒸汽驱动的机械制造设备的出现18世纪末20世纪初20世纪70年代现在1784年第一台纺织机1870年第一条生产线美国辛辛那提屠宰场1959年第一个可编程逻辑控制器PLC工业1.0:机器制造，机械化生产；工业2.0:流水线，批量生产，标准化；工业3.0:高度自动化，无人/少人化生产；工业4.0:网络化生产，虚实融合。

“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。国内外工业发展现状国外发展现状国内发展现状泉州发展现状德国作为世界工业制造的翘首，在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出“工业4.0”的概念，通过《保障德国制造业的未来——关于实施工业4.0战略的建议》完成了未来十年德国国家工业发展战略级规划。并率先完成了对信息物理系统(CPS)、产品生命周期管理(PLM)、全集成自动化(TIA)、实时定位识别协同(LIS)等体系化的研究及应用。

中国首套工业4.0流水线也已经亮相第十六届中国工业博览会，并由工信部及中国工程院牵头完成了《中国制造2025》的工业规划。上海柯马、华晨宝马等一批中国制造领头企业正借助引入国外先进技术，率先与国际接轨进行工业4.0改造实践。泉州目前工业现状是，全面实现达到工业1.0，大部达到工业2.0，局部具有工业3.0，点状出现工业4.0萌芽。晋江市和哈工大共同投入研发了具有共性技术的“食品自动包装线”、“大规格瓷砖自动包装线”和“纺织自动断线检测系统”目前已投入产业化阶段。泉州作为全国“中国制造2025”唯一的地方样板和实践范例，相信对整个产业升级及地方经济的发展都是一个重大的机遇。目录第一部分工业发展历程第三部分核心技术内涵第二部分工业4.0简介第四部分应用场景第五部分机遇与挑战工业4.0简介

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，创造前所未有的价值、构建新的商业模式的产官学一体的项目。“工业4.0”概念包含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。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，产业链分工将被重组。工业4.0的概念

在生产能力上，工业4.0将确保仅一次性生产，且产量很低时的获利能力，确保工艺流程的灵活性和资源利用率。另一方面，工业4.0将使人的工作生涯更长，工作与生活更加平衡，高工资时产业仍有强大竞争力。发展优势主要是通过深度应用CPS（信息物理系统），总体掌控从消费需求到生产制造的所有过程，由此实现高效生产管理。实现方式智能工厂：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；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等。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者；破译“工业4.0”--2大主题注：“工业4.0”项目主要分为三大主题:一是智能工厂；二是智能生产；三是智能物流：主要通过互联网、物联网、务联网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。破译“工业4.0”--工业4.0--3个重点和8大关键工业4.0的愿景德国学术界和和产业界认为为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四四次工业革命命，或革命性性的生产方法法。该战略旨旨在通过充分分利用信息通通讯技术和网网络空间虚拟拟系统—信息物理系统统（Cyber-PhysicalSystem)[5]相结合的手段段，将制造业业向智能化转转型。畅想“工业4.0”工业4.0三大趋势在未来，生产产过程中的每每一步都将在在虚拟世界被被设计、仿真真以及优化，，为真实的物物理世界包括括物料、产品品、工厂等建建立起一个高高度仿真的数数字“双胞胎胎”虚拟与现实世世界的完美融融合生产网络在未来的只能能工厂中，产产品信息都将将被输入到产产品零部件本本身，他们会会根据自身生生产需求，直直接与生产系系统和设备沟沟通，发出下下一道生产工工序指令，指指挥设备进行行自组织生产产。这种自主主生产模式能能够满足每个个用户的“定定制需求”制造运行管理理系统（MOM）将帮助生产产价值链中的的供应商获得得并交换实时时的生产信息息。供应商所所提供的全部部零部件都将将在正确的时时间以正确的的顺序到达生生产线。三大趋势信息物理融合合系统工业4.0下的产品特点点产品是信息载载体产品在整个完完整的供应链链和生命周期期中都一直带带有自身信息息产品是一个agent产品会影响其其所在环境产品具有自监监测功能产品会对其自自身状态和环环境进行监测测我生产于2010年4月30日，5月3日出厂请握中间已经打开2分钟了，请盖盖上集成了信息存存储、传感、、无线通信功功能目录第一部分工业发展历程程第三部分核心技术内涵涵第二部分工业4.0简介第四部分应用场景第五部分机机遇遇与挑战工业4.0的三大技术支支撑核心技术内涵涵—信息物理系统统信息物理系统统（CPS）信息物理系统统（CyberPhysicalSystem，CPS）强调物理过程与信信息间的反馈馈。2008年美国加利福福利亚大学的的Lee.E在其技术报告告《信息物理系统统：设计挑战战》中指出：信息息物理系统是是计算和物理理过程的整合合集成。嵌入入式计算机和和网络对物理理过程进行监监测和控制。。从自动化技术术的观点看，，CPS是一种工程系系统，由一个个嵌入在物体体中的计算和和通信的内核核，以及物理理环境中的结结构所监测和和控制。基于上下文的的自适应故障诊断断辅助工具基于肢体动作作的物理辅助助移动式个性化化自适应的辅辅助导航系统统多模式的人机机交互基于位置的维维护和规划辅助工具具基于虚拟现实实/增强现实的复复杂工作流程辅助管理理工具核心技术内涵涵—信息物理系统统算法文档三维模型工艺数据…CPS：系统中的物物理对象和相应的虚拟对象通过泛在在信息网络进行通信信Cyber：算法和服务务，服务的动动态集成和服务提供商商，并跨越边界进行行信息交流Cyber：包括3D模型，仿真模模型，文档，，关系，工作条件等数据能够通通过可变信息息网络在任何地方和任任何时间进行搜集集Physcial：在生产系统统中的人和自自动化模块具具有智能化、、自我解释、、自我意识、、自我诊断、、交互评估能能力CPS系统触发了工工业自动化模模式转变服务云物理对象核心技术内涵涵—物联网文化科技…工业CPS应用智慧工厂CPPS能源CPS应用智能电网移动通信CPS应用智能手机健康CPS应用智能健康…与所有领域相相关的通用技术（语义技术、、云计算服务务平台）经济安全、工程、、教育、参考考框架、模型型物联网工业4.0是物联网从消消费服务领域域向工业生产产领域的扩展展。核心技术内涵涵—云计算、大数数据云计算推动工工业4.0的创新能力发发展，通过资资源的平台集集中管理，实实现智能化实实时控制调配配。同时大数数据分析实现现制造、库存存、采购、物物流等的最优优化管理。行业应用软件即服务SAAS基础设施即服务IAAS平台即服务PAASOA切削云焊接云数据分析云…管理和业务这这次恒安全CRM门户即时通信邮件内容管理工业应用ansysabqqusfluentblast基服础务基设础施身份认证ACLDataMiningFramework…CloudAPIDevelopmentFramework虚拟化主机存储网络其他硬件数据存储计算服务负载管理备份精加工云核心技术内涵涵—人工智能通过采用机器器人、无人搬搬运机、无人人工厂等人工工智能技术，，实现智能工工厂的建设，，大幅度提升升企业成本竞竞争了，同时时创造更多的的服务与软件件行业岗位。。通过机器视觉，指指纹识别，人人脸识别，视视网膜识别，，虹膜识别，，掌纹识别，，专家系统，，自动规划，，智能搜索，，定理证明，，博弈，自动动程序设计，，智能控制，，机器人学，，语言和图像像理解，遗传传编程等在工工业制造中的的实际应用，，人工智能将将越来越多的的参与到工业业4.0的推进当中，，构建智能工工厂。自1956年“人工智能能”被提出以以来，经过50多年的发展，，“人工智能能”取得了长长足的发展，，但在现实生生活中的应用用还是太少。。随着工业4.0智能工厂概念念的提出，机机器人和人工工智能将迎来来一轮新的发发展。目录第一部分工业发展历程程第三部部分核心技技术内内涵第二部部分工业4.0简介第四部部分应用场场景第五部部分机机遇遇与挑挑战应用场场景当前汽车车身激光焊接生产线运行具有间歇性。间歇期各种设备的能耗占总能耗的12%。工业4.0之下，采用“网络唤醒模式”，可大幅减少间歇期能耗减少能耗当前产品设计已被高度固化，客户不可以将跨一款车的雨刷器用于跨厂商的其它车型。工业4.0之下，设计、生产均具有高度的灵活性，可以完成端到端的从客户需求到加工制造等各方面的配置，以较低的成本满足客户需求，实现产量很低仍能获利的一次性生产，为客户生产该款雨刷器。生产均具有高度的灵活性当前汽车生产线也是高度静态配置，不可能将同一厂商不同产品组的部件相互置换。比如，客户不能将同是大众品牌下的保时捷的坐椅用于大众其它车型。工业4.0之下，将形成动态生产线，实现车辆的混装并确保匹配。动态生产线在工业4.0之下，生产系统将如同“社会机器”，以类似于社交网络的方式运转，自动连接到云平台搜索合适的专家处理问题。专家将通过集成的知识平台，通过移动设备更有效地进行传统的远程维护服务。远程维护服务应用场场景智慧工工厂案案例面向智智慧工工厂的的app商店---下载量量身定定制的的用户户界面面面向智智慧工工厂的的室内内精确确定位位智慧工工厂中中的机机器人人技术术智慧工工厂中中的增增强现现实技技术智慧工工厂案案例智慧工工厂中中的智智能装装配工业4.0工厂畅畅享通过工工业4.0的制造造方案案，产品设设计时时间、、成本本、产产品质质量、、设备备可用用率均得到到了显显著提提升。。智能产产品案案例-智能化化汽车车动力管管理APP驾驶员员辅助助APP智能用用户界界面APP绿色驾驾驶APP智能产产品案案例-波音智能产产品案案例-德国企企业目录录第一部部分工业4.0简介第三部部分核心技技术内内涵第二部部分国内外外发展展历程程第四部部分应用场场景第五部部分机机遇遇与挑挑战中国制制造现现状—“大而而不强强”从中国国制造造业形形势看看，2013年工业业占GDP的37%，装备备制造造业产产值规规模突突破20万亿元元人民民币，，占全全球装装备制制造业业总量量的三三分之之一以以上。。中国国发电电设备备产量量约占占全球球总量量的60%；造船船占全全球比比重的的41%；机床床占全全球比比重38%。在500余种工工业产产品中中，中中国有有220多种产产量居居世界界第一一。发达国国家正正在进进行““再工工业化化”运运动东盟国国家、、印度度和拉拉美国国家则则拥有有更低低的劳劳动力力和资资源成成本。。美国、、德国国、英英国等等发达达国家家纷纷纷提出出以重重振制造业业为核核心、以信息网网络技技术、、数字字化制制造技技术应应用为重点点，旨旨在依依靠科科技创创新，，抢占占制造造业新新的制制高点点的“再工工业化化”战战略。。如何将将中国制制造转变为为中国创创造，如何何提升升中国国制造造业的的全球球竞争争力，，成为为中国国政府府和企企业的的一大大任务务。人口红红利消消失劳动力力供给减减少人口成成本上上升从事制制造业业意愿降降低国际金金融危危机，，凸显显实体体经济济的重重要性性中国的的“世世界工工厂””面临临双重重挑战战工业4.0与两化化融合合横向一一体化化提升竞竞争力力可持续续发展展工业4.0两化融融合智能工工厂智能生生产信息化化工业化化技术融融合产业衍衍生产品融融合业务融融合横向一一体化化垂直一一体化化价值网网络实实现横横向集集成垂直集集成和和网络络化的的制造造系统统端到端端数字字集成成横跨跨整个个价值值链随着全全球工工业向向4.0时代的的大步步迈进进，面面对以以信息息网络络技术术创新新引领领的智智能化化制造造新趋趋势，，大力力推进进两化化深度度融合合成为为打造造中国国制造造业升升级版版的