第四次工业革命

第四次工业革命解读中国“互联网+”PK德国“工业4.0”主讲：文山学院思政部刘小燕引言：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问题随之而来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？•工业4.0视频\第四次工业革命你准备好了吗.flv第四次工业革命你准备好了吗.flv目录1.战略背景2.解读工业4.03.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4.01970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德国政府正面临着数十年来最严峻的经济与金融危机的挑战经济与金融危机加速了全球的知识竞赛，人才、技术和市场领导地位的国际竞争也将进一步加剧重大全球性挑战气候变化人口增长疾病扩散粮食供应化石原料与能源的有限性工业基础雄厚德国是全球八大工业国之一，其制造业尤为发达，是德国经济复苏的重要拉动力德国机械工业高度现代化、机械化、高效化东方命脉中国是德国出口增速最快的国家之一过半数的德国企业视中国为全球范围内最为重要的三大市场之一于2010年提出《德国高技术战略2020》发展背景背景二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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1.战略背景2.解读工业4.03.工业4.0中国版91.战略背景2.解读工业4.03.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-PhysicalSystem)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智能生产工业4.0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(InformationCommunicationTechnology，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（Internetofthings）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-PhysicalSystems）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，orControlandCommunicationintheAnimalandtheMachine》一书所提出控制论以及我国著名科学家钱学森博士1954在《EngineeringCybernetics》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1.由大规模批量生产向大规模定制生产转变2.由集中生产向网络化异地协同生产转变3.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。1.确保调节器和传感器通讯顺畅2.开发工厂模块以及重新使用战略3.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StefanHofschen认为在工业4.0时代，安全市场也会增长。两个战略需要加强制造技术和信息技术的融合，依靠物理网络系统作为向工业4.0迈进的部分战略，使用技术来创造新价值网络。把现存的大规模任务和中小企业同步整合在新的价值网络中。要求在不同厂址的商务间的紧密联系，并且需要不同企业间的密切合作。领先的供应商战略领先的市场战略海尔的工业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.flvAmazon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