全面解读德国工业4.0与中国制造2025

德国工业4.0与中国制造2025背景2008年-2010年，金融危机后，世界都在反思制造业实体经济的发展。首先，美国要重振制造业，要夺回制造业的领先优势。美国政府再次赋予机械工业行业更大的优先权。它目前在努力实行积极的产业政策以创造就业机会和鼓励制造业回归美国。2011年夏，奥巴马总统推出了先进制造伙伴计划（AMP），这是一个汇集了来自研究、商业和政治部门的代表私营机构，来共同描绘“投资和促进新兴技术发展”的路线。AMP指导委员会由顶尖级工程大学（麻省理工学院，加州大学伯克利分校，斯坦福大学，卡内基梅隆大学，密歇根大学和佐治亚理工学院）校长和美国知名企业（包括卡特彼勒公司，康宁公司，陶氏化学，福特，霍尼韦尔，英特尔，强生，诺斯罗普·格鲁门公司，强生公司，宝洁公司和联合技术公司）老总组成。2012年7月，AMP提出了一份带有16条详细建议的报告，包括建立一个全国制造创新研究院网络（NNMII）建议。这些研究院采取公—私合作形式，试图充当“区域性卓越制造的枢纽”，旨在提高美国商业的全球竞争力和增加对美国制造设施的投入。此外，奥巴马政府正在将更多的研发资金用于制造业研究。在2013年预算中，先进制造业拨款增加了19％至22亿美元。负责标准化的国家标准与技术研究院（NIST）获得1亿美元资金，通过提供研究设备和技术诀窍来支持本国制造业。NIST也负责先进制造门户网站工作，该门户网站是在AMP的建议下成立的，旨在促进该领域政府、大学和私人之间活动的联网。最后，美国政府的工作和创新加速挑战倡议组织投资2千万美元在先进制造领域的十个进一步的公共—私营伙伴关系。CPS和物联网（IOT）已经在美国的公共资助中获益了好几年。事实上，CPS系统早在2006年就被美国国家科学基金会（NSF）确定为关键研究领域。然而，实际上在制造业中很少具体使用CPS。网络信息技术研究开发计划（NITRD）召集18家研究机构以协调包括在人机交互和信息管理等不同IT领域的研究。在2011年，NITRD有超过30亿美元预算供其使用。德国为了保持制造业在全球的领先优势，实时提出工业4.0，主要是发挥德国在制造技术和制造装备的传统优势，将制造业和互联网等技术融合，形成工业互联网，以保持德国在世界领先地位。德国：强大的制造业+互联网提出：工业4.0美国：创新优势的互联网+优势制造业提出：先进制造技术伙伴发展路径和侧重点不一样，但目标是一样的。中国：完备的制造业+互联网的创新（互联网+制造，制造业+互联网）提出：中国制造2025解读德国工业4.0工业4.0——从智慧工厂到智能生产时间复杂程度工业革命1.018世纪末1784工业革命2.020世纪初电力广泛应用蒸汽机工业革命3.0电子、IT、工业机器人工业革命4.0信息物联系统Industry4.0——德国高科技战略计划首位智能化环境嵌入式计算机智能工厂智能手机智能卡90%的计算机都是嵌入式多个计算机：1个用户1个计算机：1个用户PC中央计算机1个计算机：多个用户基于物联网与服务的智能环境发展过程工业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于城市的城市生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产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。工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产Industry4.0——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、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程中的应用等工业4.0——从智慧工厂到智能生产Industry4.0——德国高科技战略计划两大主题：智慧工厂、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，承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息设施：由整个生产价值链所集成，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工业4.0——从智慧工厂到智能生产智慧工厂的架构——基于物联网和服务互联网物联网服务互联网智能物料APP平台智能产品APP平台信息物理生产系统智慧工厂APP平台基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP工业4.0——从智慧工厂到智能生产智慧工厂的流程——基于云安全网络智能物料智能产品云安全网络智慧工厂2…N智慧工厂1智能机床1智能机床2面向机床的APP平台信息物理生产系统…机床间通信工业4.0——从智慧工厂到智能生产智慧工厂的布局——面向服务的工厂系统布局服务库硬件无关抽象服务硬件相关设备控制现场层工业4.0——从智慧工厂到智能生产智慧工厂的车间——基于无线、RFID、传感器和服务的架构工业4.0——从智慧工厂到智能生产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，请盖上工业4.0——从智慧工厂到智能生产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年以来新产品数据达到接近2艾字节（216）仪器仪表产品供应链管理系统产品全生命周期系统工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0下的多模式交互多模式交互语音图形/视觉手势眼球跟踪面部表情身体语言肢体动作工业4.0——从智慧工厂到智能生产以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统基于上下文的自适应故障诊断辅助工具基于肢体动作的物理辅助移动式个性化自适应的辅助导航系统多模式的人机交互基于位置的维护和规划辅助工具基于虚拟现实/增强现实的复杂工作流程辅助管理工具工业4.0——从智慧工厂到智能生产面向智慧工厂的APP商店下载量身定制的用户界面工业4.0——从智慧工厂到智能生产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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工业4.0——从智慧工厂到智能生产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工业4.0——从智慧工厂到智能生产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在头部安装立体相机，在手臂靠近物体的地方安装3D摄像头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。工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）信息物理系统（CyberPhysicalSystem，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。（KarlHenrikJohansson，2011）以信息物理生产系统CPPS为模型构建智慧工厂，或者数字化工厂工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）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象通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模型，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Physcial：在生产系统中的人和自动化模块具有智能化、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服务云物理对象工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）文化…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…与所有领域相关的通用技术（语义技术、云计算服务平台）经济安全、工程、教育、参考框架、模型物联网工业4.0——从智慧工厂到智能生产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工业4.0——从智慧工厂到智能生产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慧工厂，生产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组IT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。工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0的标准规范工业4.0智慧工厂标准EMMA:多模式工业辅助系统OMM:语义产品内存USDL:信息物理产品系统中的语义服务工业4.0——从智慧工厂到智能生产智能产品案例-智能化汽车动力管理APP驾驶员辅助APP智能用户界面APP绿色驾驶APP工业4.0——从智慧工厂到智能生产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工业4.0——从智慧工厂到智能生产德国一些企业已经开始实施industry4.0TRUMPF公司SAP公司WITTENSTEIN公司FESTO公司BOSCH公司4.1工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产工业4.0——从智慧工厂到智能生产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的工作流程和快速学习新产品工艺。2.中国制造2025中国制造2025中国制造业——发展现状中国制造2025中国制造走向高端家电、汽车、飞机等装备制造一步步走向高端。已成为制造业大国增加值占全国工业收入的86.7%，占出口总量的95.09%；制造业世界第一，占20%。中国制造的问题产品中低端、低价位竞争。向高端的努力——中国工业3.0中国制造2025CIMS开启自动化研究：信息化有成效，如甩图板工程、试点企业；信息化救活了Oracle，数控帮助了Fanuc的成长；未重视装备基础：数控机床、机器人成短板。数控专项：高档数控系统及机床有重要突破；产业化尚需政策与市场倡导，04专项在调整。中国制造2025路线图中国制造2025三步走中国制造2025“中国制造2025”的指导思想“中国制造2025”的指导思想是:坚持走中国特色新型工业化道路,以促进制造业创新发展为主题,以提质增效为中心,以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线,以推进智能制造为主攻方向,以满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求为目标,强化工业基础能力,提高综合集成水平,完善多层次多类型人才培养体系,促进产业转型升级,培育有中国特色的制造文化,实现制造业由大变强的历史跨越.中国制造2025“中国制造2025”的基本方针和战略部署创新驱动战略举措之一:智能制造工程战略举措之二:制造业创新体系建设工程质量为先战略举措之三:工业强基工程战略举措之四:质量与品牌提升行动计划绿色发展战略举措之五:绿色制造工程结构优化战略举措之六:高端装备创新工程