中国工业4.0-的使命与问题.ppt

工业4.0解读 第四次工业革命解读 中国“互联网+”PK 德国“工业4.0” 写的非常好，值得研究,,引言 ： 开篇发问,,……,2014年德国政府的工业推进计划“工业4.0”引发了关于第四次工业革命的热议,到底什么是第四次工业革命？,第四次工业革命与之前的工业发展有何根本的不同？,是什么推动了人类进入第四次工业革命？,这些推动因素在人类实现第四次工业革命中起到什么作用？,第四次工业革命对当今企业、社会、人类发展会产生什么样的影响？,为什么各个国家提出不同的方式或概念来实现第四次工业革命？,个人、企业、社会、国家如何适应这一变革？,变革中会出现什么新状况、新问题、新市场、新方式？,目 录,,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版,,第 四 次 工 业 革 命 人 机 物 互 联 互 通,,四次工业革命,时间,18世纪末,工业1.0 创造了机器工厂的 “蒸汽时代”,20世纪初,电力广泛应用,蒸汽机,信息物联系统,从工业1.0 到工业 4.0,1970年代初,今天,工业2.0 将人类带入分工明确、大批量生产的流水线模式和“电气时代”,工业3.0 应用电子信息技术，进一步提高生产自动化水平,自动化、信息化,工业4.0 开始应用信息物理融合系统（CPS）,复 杂 度,目标：建立一个高度灵活的个性化、数字化产品与服务的生产模式,关键点：“原材料（物质）”=“信息”。智能工厂使用了含有信息的原材料，实现了 “原材料（物质）”=“信息”，制造业终将成为信息产业的一部分。所以，工业4.0将成为最后一次工业革命。,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,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 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,,目 录,,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版,7,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版,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,智能工厂,在智能工厂里，人、机器和资源如同在一个社交网络里自然地相互沟通协作。智能产品理解它们被制造的细节以及将被如何使用。它们积极协助生产过程，回答诸如“我是什么时候被制造的”“哪组参数应被用来处理我”“我应该被传送到哪”等等问题。,智能生产,智能产品具有独特的可识别性，可以在任何时候被分辨出来。甚至当它们在被制造时，它们就可以知道整个制造过程中的细节。在某些领域，这意味着智能产品能半自主地控制它们生产的各个阶段。此外，智能产品也有可能确保它们在工作范围内发挥最佳作用，同时在整个生命周期内随时确认自身的损耗程度。这些信息可以汇集起来供智能工厂参考，以判断工厂是否在物流、装配和保养方面达到最优，当然，也可以应用于商业管理应用的整合。,智能工厂的车间 ——基于无线、RFID（无线射频识别芯片）、传感器和服务的架构,工业4.0下的产品特点,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,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，请盖上,智能工厂和智能生产集成了信息存储、传感、无线通信功能,智慧工厂中的机器人技术,今天,明天,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,核心技术内涵—人工智能,通过采用机器人、无人搬运机、无人工厂等人工智能技术，实现智能工厂的建设，大幅度提升企业成本竞争了，同时创造更多的服务与软件行业岗位。,通过机器视觉，指纹识别，人脸识别，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，自动程序设计，智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程等在工业制造中的实际应用，人工智能将越来越多的参与到工业4.0的推进当中，构建智能工厂。,自1956年“人工智能”被提出以来，经过50多年的发展，“人工智能”取得了长足的发展，但在现实生活中的应用还是太少。随着工业4.0智能工厂概念的提出，机器人和人工智能将迎来一轮新的发展。,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,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,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,三个特征,,通过价值网络实现横向集成,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,,三个特征,,工程端到数字端集成横跨整个价值链,,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,,工程端到数字端集成横跨整个价值链,,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,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,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,,海尔的工业4.0-建设智慧互联工厂实现智能制造,,为适应互联网+时代满足消费者个性化需求，2014年海尔就通过了全流程实现互联可视的互联工厂体系的构建,将大规模制造升级为大规模定制通过大量传感器、大数据信息化工具和机器人的协作，海尔互联工厂可以高效地完成定制化批量订单的生产，在不提高制造成本的基础之上提升产品附加值，并为创新性设计的低成本实践提供有力支撑。 海尔沈阳冰箱互联工厂： 人员配置减少57% 单线产能100万台提升至180万台 单位面积产出50台/平提升至100台/平 定单交付周期由15天降低到7天 截止到2015年第1季度海尔已建成沈阳冰箱互联工厂、海尔佛山滚筒互联工厂、海尔郑州空调互联工厂、胶南电热互联工厂、青岛热水器互联工厂。,工业4.0典型案例,案例：海尔新能源互联工厂.flv,Amazon仓库机器人-智能仓储物流的典范 案例：亚马逊仓库机器人.flv,,亚马逊已为其在美国的多个仓库配备了橙色轮式机器人Kiva。这种机器人用于移动库存货架，员工再也不需要在堆满货物的长过道里寻找制定的商品。 使用机器人可以减少每个商品的“被触碰”次数，能帮助亚马逊每年节省$4亿-$9亿的物流成本 帮助工人节省了50%以上的取货时间 每个订单的分拣和包装费用为平均$3.5-$3.75，使用机器人可将其减少20%-40% 亚马逊目前在美国的三座仓库（加利福尼亚州，肯塔基州和德克萨斯州）中一共部署了1400台Kiva机器人,工业4.0典型案例,工业4.0典型案例：西门子智能系统 案例：西门子智能控制系统介绍.flv,,宝马智能工厂：打造汽车工业4.0-智能工厂&智能车间 案例：全新宝马7系车身生产及组装过程-工业4.0的典范 不容错过.flv,,宝马公司在中国沈阳的铁西工厂在冲压、车身、涂装和总装四大车间内全面实施了工业智能化。 车身车间通过使用智能机器人和工业电脑控制技术，能效得到显著提升。 机器人热能回收技术更可每年节约超过780万度电。 汽车制造最耗能的涂装环节（约占汽车制造能耗的70%），实现节水30%，节能40%，减排20%。 相比传统液压机，华晨宝马铁西工厂的告诉冲压机生产效率提升超过70%，节能50%。 截止2014年底，宝马集团在全球使用的生产能耗中，来自于可再生使用的比例首次达到51%。,工业4.0典型案例,工业4.0案例：3D打印,3D打印\3D打印建筑.flv 3D打印\第四次工业革命 3d打印机.flv,实施工业4.0后将在多个领域带来的变化,,去人力化,高度灵活性／大规模定制,P2P的客户关系,分布式／地区化,降低了人员的使用数量，降低了人力成本占比,实时满足客户需求的动态产品规划 实现各个生产环节的无缝对接，生产过程全程可监控，缩短生产任务的转换时间,去中介化，带来商业模式的创新 制造业企业和客户间的关系变得更加紧密,减小了规模效应，处理能力被分散到各地 能够快速重新定义需求，制定更加符合客户需求的生产流程,实施工业4.0后将在多个领域带来的变化,,快速迭代推出新产品,能力的大幅提升,资产周转,随着3D打印、3D扫描以及新材料的广泛使用，产品的生产将变得更加高效 多种增强显示、虚拟现实的设备及智能设备将指导人们设计、生产、使用产品,更加简单、便利的人机交互使得工人得以快速使用新技术 自动机器人使日常运营需要的工厂更少,极大的降低了库存量，提升了货物周转效率 设备正常运行的时间大大延长，降低了因为设备检修和故障造成停机的损失,工业4.0概念下涵盖的投资方向,,,工业基础：自动化设备、工业软件、数据安全、工业通信、 机器人等,物联网：智能电网、智能仪器仪表、二维码、智能安防等,智能产品：智能可穿戴设备、智能汽车、智能家居等,生产新模式：3D扫描、3D打印,服务互联网：智能物流、生产服务化、开放设计服务等,1,2,3,4,5,目 录,,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版,战略背景 解读工业4.0 工业4.0中国版,工业4.0是中国制造业未来30年的重要发展方向,,1、中国工业虽然是全球第一的创造业大国，但是现代化、信息化水平区域发展参差不齐，标准化程度低，处于工业2.0、工业3.0并存阶段。 2、中国当前的制造业仍处于附加值低、创新能力弱、结构不合理的产业链中端，产业价值链中扮演加工、组装为主的角色。 3、随着中国人口增长变缓，中国用工荒，用工成本提高将促使低端制造业企业向用工成本更低的地区迁移。 4、机器人技术将在中国的劳动密集型企业普及，增强现实、机器视觉、超高速3D打印等技术将广泛应用在制造领域。 5、高度定制化、小批量的订单将大规模出现，产品的库存周转率将通过大数据分析进行控制。周转效率将进一步提升。 6、低端制造业领域将出现一轮行业洗牌。中国的制造业将由制造、组装、贴牌向着产品自主研发、技术创新，拥有核心专利的自主高端品牌方向发展。,中国版工业4.0——政府报告提“互联网＋”行动计动,,2015年3月5日李克强总理在政府报告中提出制定“互联网＋”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。,互联网+ 中国版“工业4.0”,好好整,必须的必！！！,通俗来说，“互联网+”就是“互联网+各个传统行业”，但这并不是简单的两者相加，而是利用信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行业进行深度融合，创造新的发展生态。 这相当于给传统行业加一双“互联网”的翅膀，然后助飞传统行业。比如互联网金融，由于与互联网的相结合，诞生出了很多普通用户触手可及的理财投资产品，比如余额宝、理财通以及p2p投融资产品等；比如互联网医疗，传统的医疗机构由于互联网平台的接入，使得人们实现在线求医问药成为可能，这些都是最典型的互联网+的案例,互联网+,“中国制造2025”拉开工业互联网（工业4.0）序幕 问计中国制造：工信部部长解读中国制造2025.mp4,,2015年5月19日，经李克强总理签批，中国国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。 这是中国实施制造强国战略首个十年的行动纲领。报告明确，智能制造是未来制造业发展的重点方向。中国在2015年启动智能制造试点，2016年会扩大试点，2017年将全面推广。 《中国制造2025》明确了9项战略任务和重点： 1、提高国家制造业创新能力； 2、推进信息化与工业化深度融合； 3、强化工业基础能力； 4、加强质量品牌建设； 5、全面推行绿色制造； 6、大力推动重点领域突破发展，聚焦新材料、生物医药等十大重点领域； 7、深入推广制造业结构调增； 积极发展服务型制造和生产性服务业； 提高制造业国际化发展水平。,制造大国,制造强国,绿色发展创新驱动强化基础智能转型,,,中国制造2025十大重点领域,,与传统的规划相比，《中国制造2025》的主要突出之处包括： 1、突出了创新驱动发展的战略，始终将创新作为核心竞争力； 2、贯穿应对新一轮的科技革命和产业革命的内容，通过这个规划实现从工业2.0、工业3.0到工业4.0的跨越式发展； 3、采取重点突破（右图十大领域）的战略。 《中国制造2025》明确，大力推动重点领域突破发展，聚焦新一代信息技术产业、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、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械等十大重点领域。,新一代信息技术,农业机械装备,生物医药及高性能医疗器械,新材料,电力装备,节能与新能源汽车,先进轨道交通装备,海洋工程装备及高技术船舶,高档数控机床和机器人,航空航天装备,《中国制造2025》,十大重点领域,,“工业4.0”与中国“两化融合”核心一致,,1、标准化＋模块化：零部件标准化，部分功能模块化，系列功能系统化。制造业通过在模块化和封装化的基础上进行系统化，拓展新的应用与服务。,2、规模化－>个性化：以定制化为重点的多种类、小批量制造业渐渐成为主流，以3D打印为代表的数字化和信息技术的普及带来了技术革新,互联网＋工业,“工业4.0”与中国“两化融合”核心一致,,互联网＋工业,3、互联制造：工厂将通过互联网，实现内、外服务的网络化，向着互联工厂的趋势发展，并采集和分析生产车间的各种信息，向消费者进行反馈。从工厂及车间采集的信息作为大数据进行解析，能够开拓更多的、新的商业机会。,4、数据制造：核心是大数据，随着大规模定制和网络协同的发展，制造业企业还需要实时从网上接受众多消费者的个性化定制数据，并通过网络协同配置各方资源、组织生产，以及管理后续环节的更多有关数据。,工业4.0模式下产业链分工将重组,,,人类互联网,社交媒体,商业网站,服务型 互联网,智能建筑 智能家居,智能工厂 智能车间,智能电网,互联网 汽车及 其他交 通工具,CPS 系统平台,分布式、智能化、 网络化的世界,1、工业4.0将使得工业生产过程更加灵活、坚强。这将使得动态的、适时优化的和自我组织的价值链成为现实，并带来诸如成本、可利用性和资源消耗等不同标准的最优化选择。 2、工业4.0将发展出全新的商业模式和合作模式。这些模式将力争确保潜在的商业利润在整个价值链所有利益相关人之间公平地共享，包括那些新进入的利益相关人。 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、移动的方式开展。 4、工业4.0将促进形成全新的信息物理系统平台。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。,中国工业发展向工业4.0过渡面临的主要问题和挑战,,1、基础理论研究：基础理论研究滞后自主研发能力薄弱，技术体系不够完整。制造业整体自主研发设计能力薄弱，缺少原始创新,尽管对中国工业化所处阶段仍然存在争议，但正如国务院发展研究中心指出的，总体上看中国工业化处于中期阶段，但已出现向后期阶段过渡的明显特征。与德国等西方工业发达国家相比，矛盾和问题依然存在。,3、就业问题：中国是人口大国，人口结构复杂。随着人口结构变化，人力成本上升，企业招工难，用工难。虽然工业4.0会缓解劳动密集型企业的用人需求，解放了大量劳动力，但是就业问题就会凸显，甚至有可能影响社会稳定。,2、原材料：在先进材料、增材制造等方面差距还在不断扩大。大量原材料我国根本没有供应能力，有的依靠进口，而一些高端材料还限制中国进口,中国工业发展向工业4.0过渡面临的主要问题和挑战,,尽管对中国工业化所处阶段仍然存在争议，但正如国务院发展研究中心指出的，总体上看中国工业化处于中期阶段，但已出现向后期阶段过渡的明显特征。与德国等西方工业发达国家相比，矛盾和问题依然存在。,4、关键技术和专利：关键技术及核心基础部件仍依赖进口，许多重要装备和制造过程尚未掌握系统设计与核心制造技术，在相关核心专利技术领域也缺乏积累,5、人才：关键岗位人才缺失严重，对海外高层次人才和国外智力的引进工作力度不够。还没有形成良好的创新人才培养模式,中国工业发展向工业4.0过渡面临的主要问题和挑战,,尽管对中国工业化所处阶段仍然存在争议，但正如国务院发展研究中心指出的，总体上看中国工业化处于中期阶段，但已出现向后期阶段过渡的明显特征。与德国等西方工业发达国家相比，矛盾和问题依然存在。,6、软件：重硬件轻软件的现象突出，各类复杂产品设计和企业管理的智能化高端软件产品缺失。计算机辅助设计等关键技术与发达国家差距较大,7、安全：关工控系统信息安全问题突出，主要涉及到：功能安全、数据安全（企业信息保护和个人隐私保护）,逐步实现中国特色的工业4.0的对策建议,,1、制定整体策略：制定适应中国工业4.0发展整体战略战线图，制定并实施国家层面的中国制造2025发展规划纲要，要打造以制造业数字化、智能化为核心特征的工业升级版。各地可以根据实际情况制定适应当地的工业4.0路线图。,2、加快工业转型： 1、纵向集成打通沟通渠道，以互联网式的平台模式运行，实现全流程的信息打通； 2、横向集成：推动零配件、工艺等的标准化3、端到端集成讲跨越式的提升生产效率，同时还体现在原材料创新、产品创新等方面。,实现工业4.0转变的基础和前提是实现生产、制造的标准化、模块化以及数字化。这是实现工业4.0的重要基础和前提。,逐步实现中国特色的工业4.0的对策建议,,中国实施工业4.0不可能像德国一样大幅度的实现机器换人，而是需要人与机器的智能融合。中国的工业4.0是一个长期的过程，未来通过加强教育，促进人口素质的提高可以有效缓解就业问题。同时工业4.0以后由于减少了用工成本，相应的会提高工资待遇，改善工人生活。,3、加强技术交流和技术引进：加强与德国、美国等国家先进企业的交流和互动借鉴其经验和做法推动中国工业升级转型。与跨国公司在华搭建联合研究平台，加快先进技术和产品的引进和转化。,4、大数据驱动智能工业：借助大数据、云计算、社交网络等新技术推动企业转型，不仅提升了生产、制造全流程的数据可视化和透明度，实现生产、制造全流程质量管理。而且帮助企业更好地满足消费者的需求。,,,大数据驱动中国特色的工业4.0,,利用IT技术与理念，使工业转型升级，转型升级以后耗费的物质资源更少，产出更高效更多的工业4.0计划与中国早先提出的“两化融合”核心一致。结合自身优势制定有特色的工业4.0战略，是在新一轮全球产业竞争中占据先机的关键。,中国产业的 特色之处,中国是全球唯一拥有联合国产业分类中全部工业门类的国家，在多个现代经济支柱性产业中规模名列世界前茅，但发展水平不均衡,中国拥有全球上最大、增长最快的消费级市场,中国已经初步形成了一个发达的移动互联网经济体,