工业40及工厂自动化的发展方向

工业4.0及工厂自动化的发展方向刘英俊2015.11.22个人简介刘英俊，四川大学微电子学学士，工商管理硕士，曾先后在英特尔、亚马逊Kindle事业部、捷普电子（广州）有限公司担任设备流程工程师、自动化经理等职务，现任普思电子有限公司先进制造工程高级经理。在大学期间，曾获“四川大学优秀毕业生”奖，独立策划并组织实施了“成都市高新区失地农民问卷调查”，组织团队参加“第九届‘挑战杯’飞利浦全国大学生课外学术科技作品竞赛”，并获“全国一等奖”。六年的英特尔设备流程工程师经历锻炼出了良好的项目管理能力和工程师背景，三年的亚马逊和捷普自动化经理的经历锻炼出全面的商务谈判能力和领导力，海外工作经验丰富。定期参加世界级的自动化相关的展览和峰会，调研分析最新的制造技术和工业4.0，对电子行业产业链里的全球知名制造工厂的流程、自动化和运营管理有深入的调研。对于如何在HMLV和LMHV生产模式下对工厂的流程改善、DFA、自动化设计和运营有着丰富的经验。目录1234工业4.0工业4.0是什么，为什么是未来工业发展的方向工业机器人的发展趋势和投资机会智能化发展，软件重于硬件全球化的竞争中国的机遇与挑战工厂自动化的发展方向模块化和机器人是核心工业4.0是什么，为什么是未来工业发展的方向发展历程初步概念2011年德国汉诺威工业博览会（HANNOVERMESSE）上，德国相关协会提出工业4.0的初步概念。发展完善德机械设备制造联合会等协会牵头，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，成立“工业4.0工作组”进一步加强工业4.0的研究并向德国政府进行报告。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，预计投资2亿欧元，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”。第四次工业革命第四次工业革命系统基于大数据和物联网的信息物理系统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机械化电气化信息物理网络智能化自动化+信息化特点•万物互联•在制造业中实现人的控制在时间、空间等方面的延伸，本质就是人、机、料、法、环的互联融合。•把世界分成真实世界和虚拟世界。信息物理系统（CPS,Cyber-PhysicalSystems）真实世界虚拟世界两个世界三个重点通过价值网络，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九大技术支柱工业４.０工业物联网云计算工业大数据工业机器人3D打印知识工作自动化工业网络安全虚拟现实人工智能四大主题•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。智能生产•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。智能工厂•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。智能物流•智能产品+状态感知控制+大数据处理，将改变产品的现有销售和使用模式，增加了在线租用、自动配送和返还、优化保养和设备自动预警、自动维修等智能服务新模式。智能服务“工业4.0”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。工业4.0=工业化+信息化软件+硬件互联网+工业制造-智造工业4.0的核心是智能制造，精髓是智能工厂，精益生产是智能制造的基石，工业机器人是最佳助手，工业标准化是必要条件，软件和工业大数据是关键大脑。小结未来制造业工业4.0可视化、智能化管理供应链和价值流的横向和纵向整合（分布式/去中介）优化决策，提高人、机、物的利用率和灵活性满足定制化和个性化生产全产品周期管理，缩短研发、制造、供货周期增强制造能力和可追溯性提高效率提高质量节约成本更多创新更大市场未来制造业的发展方向工业４.０带来的巨大市场经济价值产业部门节约的种类15年的预测价值医疗整体系统系统效率提升1%$300亿电力煤炭和火力发电节约1%的燃料$600亿石油和天然气勘探和开发节约1%的资本支出$900亿铁路货物系统效率提升1%$270亿航空商业运输节约1%的燃料$300亿…•据GE预测未来工业4.0有望影响46%（约$32.3万亿）的全球经济。•据工信部和相关权威机构估计在未来20年中，中国在工业4.0领域的发展至少可带来$3万亿的GDP增量。“微笑曲线”的变化，实行工业４.０是必由之路附加价值前端中端后端工业4.0设计、研发、专利、采购等原材料、制造、加工等品牌、营销、物流、服务等90年代工业自动化全球化的竞争中国的机遇与挑战各国在制造业产业链中的位置品牌核心技术标准/专利大规模集成电路芯片、关键元器件等、高端消费类电子产品零部件为代表的中间件、集成电路、半导体元器件的制造原材料，劳动密集型的基础加工服务，整机的加工和组装美国、德国等韩国、日本等中国内地、台湾地区、韩国、新加坡等中国内地、越南、泰国、孟加拉国等全球主要制造业国家工业4.0发展情况工业成熟度制造业份额潜能国家领先国家迟疑国家保守国家意大利俄罗斯韩国印度法国英国中国美国日本德国全球化的战略和标准竞争美国工业互联网依托硅谷模式抢占软件技术优势，发展先进生产方式美国的互联网以及ICT巨头与传统制造业领导厂商携手，GE、思科、IBM、英特尔等80多家企业成立了工业互联网联盟，正重新定义制造业的未来，并在技术、标准、产业化等方面做出一系列前瞻性布局，工业互联网与成为美国先进制造伙伴计划的重要任务之一。“互联网+”提出2015年3月5日上午十二届全国人大三次会议上，李克强总理在政府工作报告中首次提出“互联网+”行动计划。“互联网+”实际上是创新2.0下互联网发展新形态、新业态，是知识社会创新2.0推动下的互联网形态演进。“互联网+”行动计划将重点促进以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与现代制造业、生产性服务业等的融合创新，发展壮大新兴业态，打造新的产业增长点，为大众创业、万众创新提供环境，为产业智能化提供支撑，增强新的经济发展动力，促进国民经济体制增效升级。3、工业强基工程解决基础零部件、基础工艺、基础材料比较落后5、高端装备创新工程“核高基”、互联网、数控机床、大飞机等专项已经在做还要推进一些新的专项来启动，来提高整个装备制造业的水平。2、大力推进智能制造带动各个产业提高数字化水平和智能化水平。智能制造是新一轮科技革命的核心，也是制造业数字化、网络化、智能化的主攻方向。4、绿色发展工程破解环境和资源制约，节约资源，保护环境。特别提到节能减排降耗、提高资源利用率。发展的质量和效益已经成为中心任务。因为工业占我国整体能源消耗的73%。1、实施国家制造业创新中心建设工程要建设一批产学研用相结合的制造业创新中心:在现有研究院所、大学和企业基础上，以产业联盟形式来承担制造业强国建设的核心任务，然后市场化的组建，阶段性地形成成果中国制造2025重点四大转变•由要素驱动向创新驱动转变•由低成本竞争优势向质量效益竞争优势转变•由资源消耗大、污染物排放多的粗放制造向绿色制造转变•由生产型制造向服务型制造转变一条主线以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化网络化智能化制造为主线八项战略对策推行数字化网络化智能化制造；提升产品设计能力；完善制造业技术创新体系；强化制造基础；提升产品质量；推行绿色制造；培养具有全球竞争力的企业群体和优势产业；发展现代制造服务业。中德合作2014年10月，第三次中德政府磋商发布了《中德合作行动纲领》，重点突出了双方在制造业就“工业4.0”计划的携手合作。一系列的合作项目西门子成都智慧工厂中国互联网+对话德国工业4.0中德电动车合作德国工业4.0对话中国制造20252015智能制造与工业4.0峰会2015年中德标准化合作委员会美国工业互联网现状及问题人口老龄化、劳动力不足。低端制造业居多，高端不足，低端过剩，依靠人口红利、牺牲环境、消耗资源发展起来的劳动密集型制造业遇到瓶颈。人力成本每年增长12%左右，倒逼制造业产业升级。第三次工业革命后，金融业、服务业高度发展，“去工业化”导致“产业空心化”。目前需要提高就业率。优势工业化程度高，技术基础好，装备制造能力强。工程师红利，完整的供应链，政府强大的组织能力，初步形成了一个发达的移动互联网经济体，全球上最大、增长最快的消费级市场软件，信息技术，大数据和创新能力领先全球，占领先机和科技制高点；高端人才聚集效应强；资金雄厚。实现路径硬件升级软件（旧城改造）软硬兼施（发展新区）软件吃硬件（理想走进现实）个人评价基础好，容易实现，抢占了标准制定权,直接实施工业4.0。传承德国标准，跟德国战略合作，工业2.0、3.0和4.0同时推动。既要实现大量的传统产业的转型升级，还要实现一部分高端领域的跨越式发展。难度较大，任务重。轻松实现跨领域的技术整合，从高端入手实现“再工业化”。德国工业4.0中国制造2025对比分析背后是各国公司的积极参与和竞争工业互联网工业４.０U-JAPAN制造2025SIEMEMS工业4.0战略-基于信息物理融合系统的数字化生产模式西门子认为制造业存在三大需求：•提高生产效率•缩短产品上市时间•增加制造的灵活性•在智能工厂中生产的每一件新品，都拥有自己的数据信息，数据在研发、生产、物流的各环节不断丰富，实时保存在一个数据平台中。•基于这一数据基础，ERP、PLM、MES、控制系统以及供应链管理实现信息互联。工厂采用了西门子PLM（全生命周期管理）软件，通过虚拟化的产品规划和设计，实现信息无缝互联。利用制造执行系统SIMATICIT和全集成自动化解决方案（TIA）将产品和生产生命周期进行集成，缩短产品上市时间。•其设计还赋予工厂灵活性，可满足不同产品的混合生产，并为将来的产能调整做出合理规划。SIEMENSAmbergFactory--智能工厂的典范德国巴伐利亚州东部城市安贝格（Amberg）的西门子工厂经过25年的数字化发展，目前该厂的自动化运作程度已经到75%左右，其1150名员工主要是从事计算机操作和生产流程的监控。•员工维持在1150名•产能提升了8倍•75%的生产作业自动化•1000个不同的产品•每天采集数据超5000万个•产品合格率99.9988%•每月生产约100万件Simatic产品•每年服务全球60000个客户Amazon仓库机器人--智能仓储物流的典范•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机器人以前现在海尔的工业4.0--建设智慧互联工厂实现智能制造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。工厂搬迁，中国制造业升级迫在眉睫人口成本上