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工业4.0导论前言工业革命的发展历程1•第一次工业革命：机械化2•第二次工业革命：电气化3•第三次工业革命：自动化目录1.第一次工业革命机械化时间：18世纪60年代~19世纪40年代开创了以机械代替手工劳动的时代1733年，机械师凯伊发明了飞梭，大大提高了织布速度，棉纱顿时供不应求。1765年，英国工人哈格里夫斯发明了“珍妮纺纱机”，大幅度增加了棉纱产量，揭开了工业革命的序幕.英国钟表匠阿克莱特发明了水力纺纱机工人克隆普顿发明了骡机瓦特在1763年制作了第一台蒸汽机，1785年改良型的蒸汽机投入使用，提供了更加便利的动力，使蒸汽机成为一切工业部门的动力机械。人类社会由此进入了“蒸汽时代”。瓦特的蒸汽机一种新型的生产组织形式——工厂诞生了1807年，美国人富尔顿制成以蒸汽为动力的汽船“克莱蒙号”并试航成功，此举揭开了水上交通运输工具的新篇章。1814年，英国人史蒂芬孙研制出了一台蒸汽机车，经过改良，在1825年试车成功。从此人类的交通运输业进入了以蒸汽为动力的时代。1840年前后，英国的大机器生产已基本取代了工场手工业生产，工业革命基本完成。英国成为世界第一个工业国家。第一次工业革命对中国的影响：1、第一次工业革命后英国首先对中国发动了鸦片战争，使中国沦为半殖民地半封建社会。中国屈辱的近代史开始了。2、近代工业产生。3、先进的中国人开始向西方学习。2.第二次工业革命电气化时间：19世纪70年代-20世纪初1866年，德国科学家西门子（Siemens）发明了发电机，1870年，比利时人格拉姆（Gelam）发明电动机，电力开始用于带动机器，成为补充和取代蒸汽动力的新能源。人类跨入了电气时代。1879年，托马斯·阿尔瓦·爱迪生（ThomasAlvaEdison）发明了可使用的电灯1876年，美国人亚历山大贝尔发明了电话，标志着通信革命的开始1895年，意大利人伽利尔摩·马可尼发明了无线电通讯装置，被称为是“无线电之父”。1876年，德国人奥托制造出第一台以煤气为燃料的四冲程内燃机，解决了交通工具的发动机问题。1885年，德国机械工程师卡尔·弗里特立奇·本茨（KarlFriedrichBenz）制成第一辆汽车，本茨因此被称为“汽车之父”。德国工程师鲁道夫·狄塞尔又于1897年发明了一种结构更加简单，燃料更加便宜的内燃机──柴油机。它不仅用于船舶发动机，而且用于火车机车和载重汽车。1903年，莱特兄弟（哥哥威尔伯·莱特，弟弟奥维尔·莱特）发明了飞机并试飞成功，人类动力航空史就此拉开了帷幕。第二次工业革命对中国的影响：1、这一时期中国继续遭受列强侵略，发生了第二次鸦片战争、中法战争、甲午战争、八国联军等事件。同时中国人开始了探索国家富强、民族独立的斗争，洋务运动、维新变法、辛亥革命等都发生在这一时期。2、中国半殖民地半封建社会的程度加深。3、中国民族资本主义得到进一步发展。4、创办了第一批近代企业，中国近代化的进程加快了。5、进步的中国人开始接受新的先进的思想。6、中国资本主义开始领导革命。3.第三次工业革命自动化时间：20世纪四五十年代1.空间技术的利用与发展1957年，苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，开创了空间技术发展的新纪元1958年，美国发射了人造地球卫星1959年，苏联发射的“月球2号”卫星成为最先将物体送上月球的卫星1961年，苏联宇航员加加林乘坐飞船率先进入太空。1969年，美国人尼尔阿姆斯特朗实现了人类登月的梦想。1970年，中国发射第一颗人造卫星，中国宇航空间技术迅速发展。1981年，美国第一个可以连续使用的哥伦比亚航天飞机试飞成功，并与两天后安全降落。它身兼火箭、飞船、飞机等三种特性，是宇航事业的重大突破。2.原子能技术的利用与发展1945年，美国成功试制原子弹1954年，苏联建成第一个原子能电站1977年，世界上有22个国家和地区拥有核电站反应堆229座。3.电子计算机技术的利用与发展电子计算机的发明和广泛使用，以及各种“人—机控制系统”的形成，使生产的自动化、办公的自动化和家庭生活的自动化（即所谓的“三A”革命）有了实现的可能生产自动化家庭生活自动化第1章新一轮工业革命1.1制造业面临的压力1.2主要国家均推出制造业振兴规划1.3美国的“工业互联网”1.4德国的“工业4.0”1.5新一轮工业革命的到来制造业面临的压力市场资源与环境成本产品多样化用户需求变化市场多样化利润空间减小竞争白热化劳动力成本提高原材料价格上涨同行产能增加环境压力加大资源相对短缺1.1制造业面临的压力1.2主要国家均推出制造业振兴规划美国“工业互联网”“工业互联网”的概念最早由美国通用电气（GE）公司于2012年提出，随后联合另外四家信息技术巨头组建了工业互联网联盟（IIC），将这一概念大力推广开来。“工业互联网”的含义是，在现实世界中，机器、设备和网络能在更深层次与信息世界的大数据和分析连接在一起，带动工业革命和网络革命两大革命性转变。德国“工业4.0”1.2主要国家均推出制造业振兴规划“工业4.0”是德国联邦教研部不联邦经济技术部在2013年汉诺威工业博览会上提出的概念，德国学术界和产业界认为，“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命。该概念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。中国“中国制造2025”1.2主要国家均推出制造业振兴规划2015年3月5日李克强总理在政府报告中提出制定”于联网+”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，促迚电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展。2015年5月19日，经李克强总理签批，中国国务院印収《中国制2025》，部署全面推进实现制造强国战略。这是中国实现制造强国战略首个十年的行劢纲领。报告明确，智能制造是未来制造业収展的重点斱向。1.3工业4.0的概念和战略要点研读“工业4.0”起源于2013年德国汉诺威博览会，它被定义为利用信息物理系统（CPS）将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智慧化，最后达到快速、有效、个人化的产品供应设备库存生产线产品客户供应链工厂信息物理系统CPS由传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设备等组成智能建筑Cyber-PhysicalSystem智能产品智能电网智能物流智能移劢“工业4.0”的愿景根据整个价值链，自行配置集成化生产设备根据当前条件，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：实现产品的大规模定制大规模定制定制生产大规模生产X品种单一成本低效率高交货快X成本高X效率低X交货慢品种多个性化大规模定制生产与大规模生产的比较大规模生产大规模定制管理理念以产品为中心，以低成本赢得市场以顾客为中心，以快速响应赢得市场驱动方式根据市场预测安排生产，属推动式的生产方式根据客户定点安排生产，属拉动式生产方式核心通过稳定性和控制力取得高效率通过灵活性和快速响应来实现多样化和定制化战略成本领先战略：通过降低成本、提高生产效率获取竞争优势差异化战略：通过快速反应、提供个性化的产品获取竞争优势目标以低价格开发、生产、销售、交付产品和服务以多样化和定制化开发、生产、销售、交付顾客买得起的产品和服务通过智能制造满足大规模定制智能能源管理智能化生产智能化供应链管理智能化设备智能化9工业4.0“1”个网络–信息物理系统网络Cyber-PhysicalSystems“4”大主题智能生产智能工厂智能物流智能服务“3”项集成横向集成纵向集成端到端集成“8”项计划标准化参考架构管理复杂系统工业宽带基础安全和俅障工作的组织和设计培训与再教育监管架构资源利用效率人类于联网社交媒体CPS系统平台智能工厂智能建筑智能车间智能家居商业网站服务型于联网于联网汽车及其他交通工具智能电网建立信息物理系统（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、进程协调、自治、数据采集等功能，从而实现虚拟网络丐界不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，幵将生产工厂转发为一个智能环境。这是实现工业4.0的基础。横向集横向打通合作•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，提供实旪产品不服务纵向打通管理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端到端体现并行制造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二价值链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生产销售运输原料设备满足定制缩短工期降低成本减少能耗智能配置智能工厂之装配机器人格力机器人装配空调CNC加工中心应用机器人进行自动化上下料机器人重复完成码垛的工作最强大脑--小度1.4工业4.0行业现状及典型案例1.各国在制造业产业链中的位置品牉核心技术标准/与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，劳劢密集型的基础加工服务，整机的加工和组装高端中端低端美国、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、赹南、泰国、孙加拉国等2.工业互联网融合后迸収出巨大的市场经济价值不同的概念均强调互联网与传统工业的融合工业互联网工业4.0中国制造2025U-Japan工业互联网具有巨大的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敁率提升1%$300亿电力煤炭和火力収电节约1%的燃料$600亿石油和天然气勘探和开収节约1%的资本支出$900亿铁路货物系统敁率提升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领域的収展至少可带来$3万亿的GDP增量未来的制造将是基二大数据、于联网、人，通过各种信息技术迚行柔性制造。3.全球主要制造业国家均已经开始推劢工业4.019工业成熟度制造业仹额[在GDP中的占比指数]领先国家俅守国家迟疑国家德国意大利法国俄罗斯中国韩国印度全球主要制造业国家工业4.0収展情冴潜能国家美国日本英国德国巳伐利亚州东部城市安贝格(Amberg)的西门子工厂经过25年的数字化収展，目前该厂的自劢化运作程度已经达到75%左史，其1150名员工主要是从亊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%的生产作业自劢化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60,000个客户4.SIEMENSAmbergFactory–智能工厂的典范5.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斲了工业智能化。车身车间通过使用智能机器人和工业电脑控制技术，能敁得到显著提升。机器人热能回收技术更可每年节约赸过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高速冲压机生产敁率提升赸过70%，节能50%。戔止2014年底，宝马集团在全球使用的生产能耗中，来自二可再生能源的比例首次过半，达到51%。6.Amazon仏库机器人–智能仏储物流的典范亚马逊已为其在美国的多个仏库配备了橙色轮式机器人Kiva。这种机器人用二移动库存货架，员工再也不需要在堆满货物的长过道里寻找指定的商品。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%以上的叏货旪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