現(xiàn)場總線之工業(yè)4.0超實用

1、現(xiàn)場總線之工業(yè)4.0（中國制造2025）目錄 目錄頁 三. 工業(yè)4.0各國戰(zhàn)略 四. 工業(yè)4.0之中國制造2025二 . 工業(yè)4.0到來一. 現(xiàn)場總線（與無線通信的融合）過渡頁 一. 現(xiàn)場總線（與無線通信的融合）現(xiàn)場總線簡介現(xiàn)場總線是指以工廠內(nèi)的測量和控制機器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線與無線通信的融合簡介與主要特點1.1現(xiàn)場總線通信模型主要特點： 1、對OSI參考模型進行簡化。通常只采用OSI模型的第1層和第2層及最高層應(yīng)用層。目的是簡化通信模型結(jié)構(gòu)，縮短通信開銷，降低成本及提高實時性能。 2、各

2、種類型現(xiàn)場總線并存，并在各自的應(yīng)用領(lǐng)域獲得良好的應(yīng)用效果。 3、采用相應(yīng)的補充方法實現(xiàn)被刪除的OSI各層功能。 4、通信數(shù)據(jù)的信息量較小。發(fā)展優(yōu)勢現(xiàn)場總線與無線通信的融合1.2使用無線連接設(shè)備的便利已經(jīng)導(dǎo)致了在消費電子（商業(yè)）領(lǐng)域中無線技術(shù)被空前成功的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上基于無線技術(shù)的應(yīng)用開始出現(xiàn)在各個領(lǐng)域。在現(xiàn)場總線中的優(yōu)勢更是多方面的。第一，在工業(yè)環(huán)境中往往需要大量的布線，采用無線技術(shù)不僅會使安裝和維護的成本有效減少，而且會使設(shè)備的調(diào)整規(guī)劃和重新配置更加的容易。第二，無線技術(shù)的引入對于解決在有化學(xué)腐蝕、震動和移動部件等惡劣環(huán)境中對各種線纜的潛在損傷等問題顯得更加有效。 第三，考慮到工廠設(shè)備中適

3、應(yīng)性和靈活性，固定系統(tǒng)可以通過無線技術(shù)和現(xiàn)有的移動子系統(tǒng)或移動機器人連接通信。 第四，對在工廠設(shè)備進行臨時訪問任務(wù)（如診斷或程序設(shè)計等）使用無線技術(shù)會更加簡化（如使用無線手持設(shè)備）。二者融合的發(fā)展優(yōu)勢現(xiàn)場總線與無線通信的融合問題現(xiàn)場總線與無線通信的融合1.3二者融合的一些問題1) 融合的方法大多處于理論研究階段或需要對原有的現(xiàn)場總線進行改造，而一些廠家又不想使現(xiàn)正運行的現(xiàn)場總線暫停工作。這使得現(xiàn)階段的一些其無線接入技術(shù)在現(xiàn)場總線中應(yīng)用變得困難。 2) 可靠性不是很高，易受外界的電磁場的干擾。 3) 無線信道的實時性和出錯率達不到要求 4) 沒有合適的協(xié)議機制和傳輸調(diào)度 現(xiàn)場總線的無線接入方法現(xiàn)

4、場總線與無線通信的融合1.4現(xiàn)場總線的無線接入方法按在不同層上實現(xiàn)接入可以將接入方案分為三大類： 用戶層接入 數(shù)據(jù)鏈路層接入 物理層接入過渡頁 二. 工業(yè)4.0到來工業(yè)4.02.1工業(yè)4.0發(fā)展歷程第四次工業(yè)革命系統(tǒng)基于信息物理融合第三次工業(yè)革命用電子和IT技術(shù)實現(xiàn)制造流程的進一步自動化第二次工業(yè)革命隨著基于勞動分工的、電力驅(qū)動的大規(guī)模生產(chǎn)的出現(xiàn)第一次工業(yè)革命隨著蒸汽驅(qū)動的機械制造設(shè)備的出現(xiàn)20世紀初20世紀70年代現(xiàn)在1784年第一臺紡織機1870年第一條生產(chǎn)線美國辛辛那提屠宰場1959年第一個可編程邏輯控制器PLC工業(yè)1.0:機器制造，機械化生產(chǎn)；工業(yè)2.0:流水線，批量生產(chǎn)，標準化；工業(yè)

5、3.0:高度自動化，無人/少人化生產(chǎn)；工業(yè)4.0:網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)，虛實融合。工業(yè)4.02.2工業(yè)4.0簡介工業(yè)4.0的概念通過互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)將工廠與工廠內(nèi)外的事物和服務(wù)連接起來，創(chuàng)造前所未有的價值、構(gòu)建新的商業(yè)模式的產(chǎn)官學(xué)一體的項目。“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。在這種模式中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域和合作形式。創(chuàng)造新價值的過程正在發(fā)生改變，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重組。工業(yè)4.02.3發(fā)展優(yōu)勢在生產(chǎn)能力上，工業(yè)4.0將確保僅一次性生產(chǎn)，且產(chǎn)量很低時的獲利能力，確保工藝流程的靈活性和

6、資源利用率。另一方面，工業(yè)4.0將使人的工作生涯更長，工作與生活更加平衡，高工資時產(chǎn)業(yè)仍有強大競爭力。實現(xiàn)方式主要是通過深度應(yīng)用CPS（信息物理系統(tǒng)），總體掌控從消費需求到生產(chǎn)制造的所有過程，由此實現(xiàn)高效生產(chǎn)管理。工業(yè)4.0簡介工業(yè)4.02.41 12 23 3u智能生產(chǎn)：主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。該計劃將特別注重吸引中小企業(yè)參與，力圖使中小企業(yè)成為新一代智能化生產(chǎn)技術(shù)的使用者和受益者，同時也成為先進工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者；u智能物流：主要通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、務(wù)聯(lián)網(wǎng)，整合物流資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有物流資源供應(yīng)方的效率，而需求方，則能夠快速獲

7、得服務(wù)匹配，得到物流支持。u智能工廠：重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)； 工業(yè)4.0三大主題工業(yè)4.02.5 在未來，生產(chǎn)過程中的每一步都將在虛擬世界被設(shè)計、仿真以及優(yōu)化，為真實的物理世界包括物料、產(chǎn)品、工廠等建立起一個高度仿真的數(shù)字“雙胞胎”。虛擬與現(xiàn)實世界的完美融合生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)在未來的只能工廠中，產(chǎn)品信息都將被輸入到產(chǎn)品零部件本身，他們會根據(jù)自身生產(chǎn)需求，直接與生產(chǎn)系統(tǒng)和設(shè)備溝通，發(fā)出下一道生產(chǎn)工序指令，指揮設(shè)備進行自組織生產(chǎn)。這種自主生產(chǎn)模式能夠滿足每個用戶的“定制需求”。制造運行管理系統(tǒng)（MOM）將幫助生產(chǎn)價值鏈中的供應(yīng)商獲得并交換實時的生產(chǎn)信息。供應(yīng)商所提供的

8、全部零部件都將在正確的時間以正確的順序到達生產(chǎn)線。三大趨勢信息物理融合系統(tǒng)工業(yè)4.0三大趨勢工業(yè)4.02.62.6.1 減少能耗當前汽車車身激光焊接生產(chǎn)線運行具有間歇性。間歇期各種設(shè)備的能耗占總能耗的12%。工業(yè)4.0之下，采用“網(wǎng)絡(luò)喚醒模式”，可大幅減少間歇期能耗。工業(yè)4.0應(yīng)用場景第 * 頁工業(yè)4.02.6.2 生產(chǎn)均具有高度的靈活性當前產(chǎn)品設(shè)計已被高度固化，客戶不可以將跨一款車的雨刷器用于跨廠商的其它車型。工業(yè)4.0之下，設(shè)計生產(chǎn)均具有高度的靈活性，可以完成端到端的從客戶需求到加工制造等各方面的配置，以較低的成本滿足客戶需求，實現(xiàn)產(chǎn)量很低仍能獲利的一次性生產(chǎn)，為客戶生產(chǎn)該款雨刷器。工業(yè)4

9、.0應(yīng)用場景2.6第 * 頁工業(yè)4.02.6.3動態(tài)生產(chǎn)線當前汽車生產(chǎn)線也是高度靜態(tài)配置，不可能將同一廠商不同產(chǎn)品組的部件相互置換。比如，客戶不能將同是大眾品牌下的保時捷的坐椅用于大眾其它車型。工業(yè)4.0之下，將形成動態(tài)生產(chǎn)線，實現(xiàn)車輛的混裝并確保匹配。工業(yè)4.0應(yīng)用場景2.6第 * 頁工業(yè)4.02.6.4遠程維護服務(wù)在工業(yè)4.0之下，生產(chǎn)系統(tǒng)將如同“社會機器”，以類似于社交網(wǎng)絡(luò)的方式運轉(zhuǎn)，自動連接到云平臺搜索合適的專家處理問題。專家將通過集成的知識平臺，通過移動設(shè)備更有效地進行傳統(tǒng)的遠程維護服務(wù)。工業(yè)4.0應(yīng)用場景2.6第 * 頁過渡頁三. 工業(yè)4.0各國戰(zhàn)略工業(yè)4.0各國戰(zhàn)略3.1國家戰(zhàn)略

10、下合作探索“工業(yè)4.0”智能工廠 德國提出“工業(yè)4.0”這一概念本身帶有國家的反思。德國稱得上是一個高端制造的大國，制造業(yè)作為其經(jīng)濟增長的動力，使其在歐債危機中長期保持堅挺。但他們的制造業(yè)始終以產(chǎn)品為主。他們一直在反思，為什么自己的產(chǎn)品只有生產(chǎn)功能的價值，而沒有服務(wù)的價值。為此通過互聯(lián)、數(shù)字、智能化的融合、智能工廠的建設(shè)，可能是未來的方向。基于自身較強的制造設(shè)備工業(yè)，在國家戰(zhàn)略下合作建設(shè)互聯(lián)的智能工廠系統(tǒng)可能是重要的路徑，使得德國成為第四次工業(yè)革命的先行者。德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略工業(yè)4.0各國戰(zhàn)略3.2依托硅谷模式搶占軟件技術(shù)優(yōu)勢，發(fā)展先進生產(chǎn)方式 美國的互聯(lián)網(wǎng)以及ICT巨頭與傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)導(dǎo)廠商攜

11、手，GE、思科、IBM、英特爾等80多家企業(yè)成立了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，正重新定義制造業(yè)的未來，并在技術(shù)、標準、產(chǎn)業(yè)化等方面做出一系列前瞻性布局，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與成為美國先進制造伙伴計劃的重要任務(wù)之一。美國工業(yè)4.0挑戰(zhàn)工業(yè)4.0各國戰(zhàn)略3.3中德簽署中德合作行動綱領(lǐng)2014年10月10日，中華人民共和國國務(wù)院總理李克強在訪問德國期間和德國總理默克爾，聯(lián)合發(fā)表了中德合作行動綱領(lǐng)，重點突出了雙方在制造業(yè)就“工業(yè)4.0”計劃的攜手合作。雙方將以中國擔任2015年德國漢諾威消費電子、信息及通信博覽會(CeBIT)合作伙伴國為契機，推進兩國在移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的合作。中國距離工業(yè)4.0還有

12、多遠借鑒了德國的工業(yè)4.0計劃，我國也制定了中國制造2025計劃，目前初稿已經(jīng)完成，在部分地區(qū)已經(jīng)展開了試點工作，要在2025年對制造業(yè)完成升級轉(zhuǎn)型。隨著勞動力供給的減少，用人成本的上升，我國的制造業(yè)亟需轉(zhuǎn)型。 雖然面臨著眾多的問題，工業(yè)4.0對于中國的制造業(yè)有著舉足輕重的意義，相信就在不遠的未來大家就會體驗到工業(yè)4.0帶來的便利!過渡頁四. 工業(yè)4.0之中國制造2025中國制造20254.1 從中國制造業(yè)形勢看，2013年工業(yè)占GDP的37%，裝備制造業(yè)產(chǎn)值規(guī)模突破20萬億元人民幣，占全球裝備制造業(yè)總量的三分之一以上。中國發(fā)電設(shè)備產(chǎn)量約占全球總量的60%；造船占全球比重的41%；機床占全球比

13、重38%。在500余種工業(yè)產(chǎn)品中，中國有220多種產(chǎn)量居世界第一。u發(fā)達國家正在進行“再工業(yè)化”運動u東盟國家、印度和拉美國家則擁有更低的勞動力和資源成本。 美國、德國、英國等發(fā)達國家紛紛提出以重振制造業(yè)為核心、以信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字化制造技術(shù)應(yīng)用為重點，旨在依靠科技創(chuàng)新，搶占制造業(yè)新的制高點的“再工業(yè)化”戰(zhàn)略。人口紅利消失勞動力供給減少人口成本上升從事制造業(yè)意愿降低國際金融危機，凸顯實體經(jīng)濟的重要性中國的“世界工廠”面臨雙重挑戰(zhàn)中國制造現(xiàn)狀 大而不強 如何將中國制造轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊鴦?chuàng)造，如何提升中國制造業(yè)的全球競爭力，成為中國政府和企業(yè)的一大任務(wù)。第 * 頁中國制造20254.2習(xí)學(xué)我們制造業(yè)大而不

14、強主要有四個問題：一是自主創(chuàng)新能力不強；二是產(chǎn)品質(zhì)量問題還比較突出；三是資源效率利用比較低，能耗比較高，污染比較嚴重；四是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不是很合理，低端產(chǎn)品產(chǎn)能嚴重過剩，高端產(chǎn)品能力比較差?！爸圃鞆妵鴳?zhàn)略研究”咨詢項目對8個國家：美國、德國、日本、英國、法國、韓國、印度和中國，從1946年到2012年制造業(yè)的數(shù)據(jù)進行趨勢分析。上世紀90年代，我國還處在世界第8位。現(xiàn)在已經(jīng)到了第4位，和德國、日本還有一定的差距。VS 英國經(jīng)濟學(xué)人中國制造業(yè)仍將擁有三項能惠及整體經(jīng)濟的可怕優(yōu)勢。u首先，即便中國進入高端市場從事價值更大的活動，但它仍緊抓低端制造業(yè)不放。u第二，在于“亞洲工廠”本身。部分低端經(jīng)濟活動的確由

15、于工資增長從中國轉(zhuǎn)移，卻強化了以中國為中心的地區(qū)供應(yīng)鏈。u第三，是中國日益成為需求的關(guān)鍵。中國制造現(xiàn)狀第 * 頁中國制造20254.3中國制造2025由工信部牽頭研究編制：20多個部委參與，50多名院士、100多位專家論證。是整個工業(yè)、制造業(yè)領(lǐng)域的頂層設(shè)計，包括一個綱要和一個專項的行動規(guī)劃。未來還將：u成立國家制造強國建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組。u制定“1+X”的實施方案和規(guī)劃體系。u發(fā)布高端領(lǐng)域技術(shù)路線圖的綠皮書。涉及整個制造業(yè)，分為兩類：l第一類是跟國際先進水平不相上下，或者差距很小的。比如高鐵、能源裝備。l第二類涉及國家經(jīng)濟安全和產(chǎn)業(yè)安全的，比如航空、航天、海洋工程這樣的裝備。l不包括市場化行業(yè)：像紡

16、織、食品，這些主要靠市場去優(yōu)化、配置資源。規(guī)劃綱要概述第 * 頁中國制造20254.4核心要點：3月27日，蘇波要點解讀：n主題中心：創(chuàng)新發(fā)展、提質(zhì)增效。n主線：新一代信息技術(shù)與制造業(yè)融合n主攻方向：智能制造n目標：滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設(shè)對重大技術(shù)裝備的需求n內(nèi)容：強化工業(yè)基礎(chǔ)能力，提高綜合集成水平，完善多層次人才體系效果與前景：互聯(lián)網(wǎng)可最大程度緩解信息不對稱，從而提高效率。應(yīng)用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)后，企業(yè)的效率會提高大約20%，成本可以下降20%，節(jié)能減排可以下降10%左右。未來20年，中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展至少可帶來3萬億美元左右GDP增量。規(guī)劃綱要概述中國制造20254.5三是工業(yè)強基工程。解決基礎(chǔ)零部件、基礎(chǔ)工藝、基礎(chǔ)材料比較落后。五是高端裝備創(chuàng)新工程?！昂烁呋?、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)控機床、大飛機等專項已經(jīng)在做還要推進一些新的專項來啟動，來提高整個裝備制造業(yè)的水平。二是大力推進智能制造。帶動各個產(chǎn)業(yè)提高數(shù)字化水平和智能化水平。智能制造是新一輪科技革命的核心，也是制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的主攻方向。四是綠色發(fā)展工程。破解環(huán)境和資源制約，節(jié)約資源，保護環(huán)境。特別提到節(jié)能減排降耗、提高資源利用率。發(fā)展的質(zhì)量和效益已經(jīng)成為中心任務(wù)。因為工業(yè)占我國整體能源消耗的73%。2345一是要實施國家