工业4.0及西门子工业数字化之路

Restricted©SiemensAG2015Realizeinnovation.工业4.0及西门子工业数字化之路2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page2SiemensPLMSoftware内容工业4.0愿景通往工业4.0之路西门子工业4.0解决方案小结•2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page3SiemensPLMSoftware工业4.0产生的背景--全球的大环境现实和各种新技术出现加速了工业发展的步伐大环境新技术全球化老龄化城市化物联网高级机器人云技术气候变化3D打印知识自动化制造业的挑战全球竞争人工成本增加更短的产品生命周期需求的多样化材料成本上升能源的不确定性可持续和绿色制造工业需求•提高运营效率与透明•提高复杂产品的灵活性•加快投放市场的步伐•改进材料质量与工艺政府计划.•德国工业4.0计划•2013年4月德国政府首次发布，为保持德国制造业全球竞争力的战略举措•解决资源枯竭、城市化、老龄化和工作/生活平衡等全球挑战•2013年4月17日，美国制造业新战略“再工业化”•发布《制造业创新中心网络发展规划》•提振和回流制造业领导地位•2014年12月19日，日本特色是对人工智能产业的探索，以解决劳动力断层并支持未来的工业智能化，•日本政府层面，非常重视从整体上对产业和行业进行布局。•2011年4月6日，五部委“关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见”。•2015年5月8日发布《中国制造2025》，围绕创新驱动、智能转型、加快走新型工业化道路步伐，促进工业结构优化升级。2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page4SiemensPLMSoftware其中德国工业4.0为世界所共识•德国政府为保持德国制造业全球竞争力的战略举措，“工业4.0”战略的目的，是为了“确保制造业的未来”。•德国“工业4.0”是德国政府在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等的建议和推动下形成的项目，20多家德国企业、研究机构和大学参与，并成为面向2020年的国家战略,在2013年4月汉诺威工业博览会上首次发布《实施“工业4.0”战略建议书》。•其目标是定义在互联网时代制造业企业的发展道路，研究物联网和服务网演进为CPS信息物理融合系统后制造业格局和商业模式•旨在解决资源枯竭、城市化、老龄化和工作/生活平衡等全球挑战2013年汉诺威工业博览会上，由“产官学”组成的德国“工业4.0工作组”发表了题为《德国工业4.0战略计划实施建议》（以下简称《建议》），称物联网和制造业服务化宣告着第四次工业革命到来。2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page5SiemensPLMSoftware制造业进化到4.0时代工业4.0--以信息物理融合系统广泛应用为主要标识的工业时代从工业1.0到工业4.0180019002000时间如今复杂程度第一次工业革命其基础是引入由水力和蒸汽动力驱动的机械生产设备第二次工业革命其基础是由于人工的分工与电能的使用而实现的大批量生产第三次工业革命其基础是电子技术与IT的使用而进一步实现自动化生产第四次工业革命其基础是使用信息物理融合系统第一台机械纺织机，1784年第一条传送机皮带，辛辛那提屠宰场，1870年第一部可编程逻辑控制器(PLC)Modicon084，1969年来源：DFKI(2011)智能设备智能物料物联网(IoT)IPv6网络化的分散制造系统2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page6SiemensPLMSoftware工业4.0的核心：--基于信息物理融合系统（CPS）的生产“智能”产品•具有独特的身份识别，包含了生产所需的所有信息•理解自己的“使命”和“路线图”“智能”制造•工件自动呼叫移动自主智能加工单元的生产组织•面向整个价值链的网络化生产设施的优化•生产步骤基于实况变化柔性配置通过“更智能化的”结构，降低复杂性！CPPSCPS2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page7SiemensPLMSoftware信息物理生产系统（CPPS)……--以“数字影像”的形式包含所有信息服务生产生产规划产品设计生产工程数字影像总是最新的，并扩展到整个生命周期机械(CAD)电气(CAE)自动化，HMI安全性维护信息物理生产系统（CPPS）：物理生产设施数字影像位置，身份状态SW版本接口…包含所有相关信息…+3D圖檔產品資料數位模型技術要求PMI標註製造分工製程路線工裝資源工作說明產線規劃品管資料材料批次加工過程錯誤處理零件追溯序列零組件週期零件組配狀態備品資訊維修3D模型變更及維修記錄維修成本工作命令生產要求機台規劃模擬分析加工程式2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page8SiemensPLMSoftware工业4.0的关键特征：--涵盖从战略、流程、系统的三个层面通过价值链和价值网络实现企业间横向集成贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成企业内部灵活且可重新组合的网络化制造系统纵向集成定义目标实现设置规则使能战略层面新的商业模式商业生态系统流程层面集成的产品与生产生命周期从设计-制造-服务的闭环系统层面基于CPS的柔性可配置的生产系统全集成自动化2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page9SiemensPLMSoftware“工业4.0”实施的关键领域管理复杂系统工作组织与设计标准化与参考体系结构综合性的宽带基础结构规章框架安全性培训与持续的职业发展资源效率跨价值网络横向集成战略垂直集成及网络化制造系统跨整个价值链的端对端工程集成流程2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page10SiemensPLMSoftware“工业4.0”:信息物理融合系统CPS---改变了制造业的游戏规则通过基于嵌入式互联网技术，进行分散的信息物理融合系统(CPS)交互工业4.0对制造企业的要求：企业所制造的产品包含生产需要的所有信息……企业面向整个价值链，集成网络化的智能生产单元的自我组织……企业基于制造过程的智能，灵活地制定符合当前情势的生产过程决策…..市场客户满意生产自优化自修复工程自主部件调试自配置市场动态需求信息实时更新设计全面3D工程化2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page11SiemensPLMSoftware“工业4.0”:信息物理融合系统CPS---改变了人在制造业的角色第一步:人创意和设计产品第二步:人决定生产工艺和参数第三步:CPS基于工艺规划仿真和比较各种选项第四步:CPS形成优化的生产方案第五步:选择最优化的生产方式，开始生产…作为计划者、控制者、决策者2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page12SiemensPLMSoftware德国“工业4.0”计划强调•未来工业生产形式的主要内容包括•在生产要素高度灵活配置条件下大规模生产高度个性化产品•顾客与业务伙伴对业务过程和价值创造过程广泛参与•以及生产和高质量服务的集成等。•物联网、服务网以及数据网将取代传统封闭性的制造系统。•工业4.0拥有巨大的潜力。•智能工厂使个体顾客的需求得到满足，这意味着即使是生产一次性的产品也能获利。•动态业务和工程流程使得生产在最后时刻也可以变化，也可能为供应商对生产过程中的干扰与失灵作出灵活反应。•制造过程中提供的端到端的透明度有利于优化决策。•工业4.0也将带来创造价值的新方式和新的商业模式。特别是，它将为初始创业和小企业提供发展良机，并提供下游服务。2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page13SiemensPLMSoftware内容工业4.0愿景通往工业4.0之路西门子工业4.0解决方案小结•2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page14SiemensPLMSoftware工业4.0理念下智慧企业建设路线工业2.X平台信息系统业务全覆盖(核心是基于三维模型的企业)工业3.X平台工业4.X平台五大信息系统及硬件业务信息互通(核心互联基础上工厂自动化)基于务联网商业模式(核心是互联下智能产品和智能生产)2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page15SiemensPLMSoftware工业2.X特点:单点信息系统应用工业2.X平台财务管理：•成本核算•费用监控•绩效考核客户关系管理：•客户管理•呼叫中心•销售管理产品设计：•设计•分析应用•公差分析单点应用系统时代：为满足业务需求，建立了一系列独立的计算机系统。制造过程管理：•工艺设计•制造执行•检测检验供应链管理：•供应商管理•仓储管理•物流网络工业3.X平台工业4.X平台2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page16SiemensPLMSoftware工业3.X特点:自动化(软件和硬件融合)工业2.X平台软硬件系统融合时代：实现软件系统之间、软硬件系统之间数据的互联互通。工业3.X平台工业4.X平台1.工业自动化系统2.传感器系统3.驱动系统4.网络结构及通讯产品5.基于模型的信息互连2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page17SiemensPLMSoftware工业3.X特点：利用虚拟仿真技术优化改善工厂P3R(产品、工厂及资源）工业2.X平台工业3.X平台工业4.X平台产品资源工厂•3D设计•仿真•验证•标准化•工厂仿真•机器人•自动化物流•大数据•市场•供应商•质量•财务绩效软硬件系统融合时代：2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page18SiemensPLMSoftware工业3.X特点：五大系统互连互通“倒逼”企业提升生产效能ERP财务人力资源物料需求计划采购管理主数据管理订单管理WMS数字化工厂与物流规划厂外物流管理厂内物流管理出货管理立式自动仓库自动运载机具MOM生产计划与工单管理质量管理物料管理车间与人员管理生产过程监控生产文档管理设备管理报表管理KPI和智能支持Automation物料定位物料移动控制人机交互系统数据采集与监视控制系统智能设备网络与通信系统PLM数字化产品设计数字化产品验证数字化产品制造企业级BOM及变更管理企业级项目管理数字化产品规划2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page19SiemensPLMSoftware工业4.X特点:智能产品和智能制造工业2.X平台工业3.X平台工业4.X平台智能产品，涵盖整个价值增值链1虚实互联，数字与实际环境的融合2制造互联，信息物理融合系统32015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page20SiemensPLMSoftware通往工业4.0两大关键要素数字化企业平台数字影像——数字化的产品和生产定义，模拟现实世界，实现虚实融合集成系统——在“底层”与“顶层”之间建立完整的IT集成与数据协调(MES/PLM/ERP)信息物理融合系统基于信息物理制造系统，实现更加灵活的智能制造先决条件是“数字化企业平台”的搭建2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page21SiemensPLMSoftwarePage21数字企业平台——链接虚拟和物理世界生产工程产品工程早期采用者无缝链接通过使用整体的数据模型产品生产下一轮生产效率革命的方式变化：整合产品规划和生产可以缩短50%的上市时间生产率和竞争力201020202030时间2000cPDMPLM产品生产单项最佳品牌产品通过数据导入和导出的方式进行互联PDM2015-XX-XXRestricted©SiemensAG2015Page22