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工业4.0专题研究报告2015@酒爷老谢目录1234工业4.0的发展历史及定义工业4.0的战略要点解读工业4.0的现状及典型案例中国工业向工业4.0转型之路工业革命的四个阶段，从工业1.0－工业4.0第一次工业革命第二次工业革命第三次工业革命第四次工业革命伴随着蒸汽驱动的机械制造设备的出现，人类进入了“蒸汽时代”伴随着基于劳动分工的，电力驱动的大规模生产的出现，人类进入了大批量生产的流水线式的“电气时代”随着电子技术、工业机器人和IT技术的大规模使用提升了生产效率，使大规模生产自动化水平进一步提高基于大数据和物联网（传感器）融合的系统在生产中大规模使用机械自动化机械化－电气化模拟化－数字化自动化－智能化第三次工业革命3.0第二次工业革命2.0第一次工业革命1.018世纪末20世纪初20世纪70年底啊现在时间线复杂程度“工业4.0”一场新的工业革命即将到来工业4.0的来源及概念“工业4.0”是德国联邦教研部与联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念。德国学术界认为，“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。工业4.0描绘了制造业的未来愿景，提出继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后，人类将迎来以信息物理系统（CPS）为基础，打通所有生产环节的数据壁垒，无线网掌控一切。旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。其技术基础是网络实体系统及物联网。工业4.0提倡以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。设备库存生产线工厂产品客户供应链信息物理系统CPS由传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施等组成工业4.0的愿景工业4.0不仅是传统互联网在工业领域的延伸，而是开启了一个人&物相连，物&物相连的大连接世界。“工业4.0”的愿景根据整个价值链，自行配制集成化生产设施根据当前条件，灵活制定生产工艺将要生产的产品包含了生产所需的全部信息智能移动智能物流智能电力智能建筑智能产品目录1234工业4.0的发展历史及定义工业4.0的战略要点解读工业4.0的现状及典型案例中国工业向工业4.0转型之路工业4.0的生态系统供应商智能工厂／智能制造企业客户云安全云存储大数据大规模定制小批量定制更强的网络保护和数据保护更强的异地数据存储、备份数据数据处理、数据分析／可视化、协同制造、创新原材料模块化供货标准件零配件供货智能物流设计服务定制设计设计工具向用户提供第3方设计服务设计软件向第3方开放端口物联网3D扫描超高速3D打印快速复制／还原，快速大规模定制先进材料纳米技术可持续使用、可塑性更强、更便于加工和组装，技术差异化机器人／智能机床可穿戴技术／AR／VR生产更加智能，实时和自动化；生产数据透明化，生产全程可控自动车辆／轨道车辆／吊车车间内流程优化、提升效率、提升安全性、节约成本清洁能源可替代、非传统、清洁能源芯片／传感器可预期、可追踪、可回应、零误差制造管理系统CPS系统；生产全程数字管理：异地工厂／车间网络化连接，机器间实现完全互联，完全自动化，生产过程全程可追踪客户与市场密切相关，客户需求与生产规模完美匹配、按需生产高度灵活性小批量定制单品定制直接与市场对接、高度定制化、按需生产、对设计具有更强的要求个人客户智能物流智能物流工业4.0实质是物联网的智能工业“1”个网络－信息物理系统网络Cyber-PhysicalSystems智能生产“4”大主题智能工厂智能物流智能服务工业4.0“3”项集成“8”项计划纵向集成横向集成端到端集成标准化参考架构管理复杂系统工业宽带基础安全和保障工作的组织和设计培训与在教育监管架构资源利用效率工业数据系统工业4.0概念下的数据循环体系实体和人际网络安装仪器仪表的工业机器可视化远程和集中数据大数据分析数据显性化数据流返机器与对的人或机器分享数据专有机器数据流的提取和存储基于机器的算法和数据分析工业4.0的基础-建立信息物理融合系统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、网络化的世界建立信息物理系统（CPS）后，就可以将物理设备（各类传感器）连接到互联网上，让物理设备具备计算、通信、精确控制、远程协调、自治、数据采集等功能，从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的融合。CPS可以将资源、信息、物体以及人紧密联系在一起，从而创造物联网及相关服务，并将生产工厂转变为一个智能环境。这是实现工业4.0的基础。工业4.0战略的三个重点-三项集成横向集成企业之间通过价值链以及信息网络所实现的一种资源整合，是为了实现各企业间的无缝合作，提供实时产品和服务纵向集成基于未来智能工厂中网络化的制造体系，实现个性化定制生产，替代传统的固定式生产流程（如生产流水线）端对端集成是指贯穿整个价值链的工程化数字集成，是在所有终端数字化的前提下实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合，这将最大限度地实现个性化定制工业4.0战略四大主题-智能工厂|智能生产|智能物流|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。智能工厂•是未来智能基础设施的关键组成部分，重点在于智能化生产系统及过程以及网络化分布生产设施的实现。智能生产•侧重点在于将人机互动、智能生产物流管理、3D打印等先进技术应用于整个工业生产过程，并对整个生产流程进行监控、数据采集、便于进行数据分析。从而形成高度灵活、个性化、网络化的产业链。生产流程智能化是实现工业4.0的关键智能物流•主要通过互联网、移动互联网、物联网和企业内网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率。需求方则能快速获得服务匹配并能得到智能物流支持。智能服务•智能服务：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。工业4.0的生命周期集成智能化互联采用最高效技术产品设计生产规划生产工程生产实施服务通往工业4.0之路：集成产品规划与生产过程，提高生产力、效率和灵活性工业4.0提供智能服务的新模式智能工厂+智能制造-智能产品核心：CPS系统（通过协同计算元部件来控制各种物理实体的系统）智能服务：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，增加网上租用、自动配送和返还、优化保养和维修等智能服务新模式。智能工厂•智能设备•智能物料•智能物流•智能工具•智能工装•大数据分析及处理•其他智能制造•制造仿真•智能计划•智能物流•状态感知控制•大数据分析及处理•其他智能服务•O2O•自动预警•自动保修•自主学习•自我维护/升级•大数据分析及处理•其他目录1234工业4.0的发展历史及定义工业4.0的战略要点解读工业4.0的现状及典型案例中国工业向工业4.0转型之路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，整机的加工和组装低端中端高端美国、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、孟加拉国等工业与互联网融合后迸发出巨大的市场经济价值未来的制造将是基于大数据、互联网、人，通过各种信息技术进行柔性制造不同的概念均强调互联网与传统工业的融合工业互联网具有巨大的市场经济价值工业互联网工业4.0U-Japan中国制造2025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增量全球主要制造业国家均已经开始推动工业4.0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SIEMEMS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BMW：打造汽车工业4.0-智能工厂&智能车间•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%。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。海尔搭建U+智慧生活服务平台，形成智慧生活生态圈海尔智慧家庭强调人与产品的互动，任何参与的自远方都可以直接与用户交互，并根据用户习惯持续优化自身的产品和服务。目前，海尔U+智