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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室智慧工厂智能制造工业4.0介绍现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产Industry4.0——德国高科技战略计划首位“第四次工业革命”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。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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…机床间通信现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命下的产品特点——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，请盖上现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产面向智慧工厂的室内精确定位现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命自动化-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，或者数字化工厂现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命自动化-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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命自动化-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、模型物联网现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命自动化-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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命自动化-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。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产第四次工业革命的标准规范第四次工业革命智慧工厂标准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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——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公司现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产总结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。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1第四次工业革命——从智慧工厂到智能生产