工業(yè)4.0與中國制造2025教學(xué)課件

1、中國制造2025黃河科技學(xué)院 于善甫第1頁，共23頁。工業(yè)工業(yè)4.0與中國制造2025于善甫黃河科技學(xué)院 商貿(mào)學(xué)院第2頁，共23頁。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(shí)現(xiàn)制造流程的進(jìn)一步自動(dòng)化第二次工業(yè)革命隨著基于勞動(dòng)分工的、電力驅(qū)動(dòng)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(dòng)的機(jī)械制造設(shè)備的出現(xiàn)18世紀(jì)末20世紀(jì)初20世紀(jì)70年代現(xiàn)在1784年第一臺(tái)紡織機(jī)1870年第一條生產(chǎn)線美國辛辛那提屠宰場1959年第一個(gè)可編程邏輯控制器PLC工業(yè)1.0:機(jī)器制造，機(jī)械化生產(chǎn)；工業(yè)2.0:流水線，批量生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化；工業(yè)3.0:高度自動(dòng)化，無人/少人化生產(chǎn)；工業(yè)4.0:網(wǎng)絡(luò)化

2、生產(chǎn)，虛實(shí)融合。第3頁，共23頁。 德國所謂的工業(yè)四代(Industry4.0)是指利用物聯(lián)信息系統(tǒng)(CyberPhysical System簡稱CPS)將生產(chǎn)中的供應(yīng)，制造，銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，最后達(dá)到快速，有效，個(gè)人化的產(chǎn)品供應(yīng)。旨在提升制造業(yè)的智能化水平，建立具有適應(yīng)性、資源效率及人因工程學(xué)的智慧工廠，在商業(yè)流程及價(jià)值流程中整合客戶及商業(yè)伙伴。其技術(shù)基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)實(shí)體系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)。多品種、小批量、個(gè)性化定制生產(chǎn)，這就是工業(yè)4.0的含義。第4頁，共23頁。第5頁，共23頁。第6頁，共23頁。第7頁，共23頁。工業(yè)4.0三大主題智能生產(chǎn)：主要涉及整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機(jī)互動(dòng)以及3D技術(shù)在

3、工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。該計(jì)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(shí)也成為先進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)造者和供應(yīng)者；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，則能夠快速獲得服務(wù)匹配，得到物流支持。智能工廠：重點(diǎn)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(shí)現(xiàn)； 123第8頁，共23頁。 “智能工廠”的定義相對明確，除了高端機(jī)床、熱處理設(shè)備、機(jī)器人、 AGV、測量測試設(shè)備等數(shù)字化、自動(dòng)化的硬件生產(chǎn)設(shè)施以外，還包括在生產(chǎn)過程中進(jìn)行管理與控制的軟件系統(tǒng)，我們可以稱之為MES系統(tǒng)?！耙约熬W(wǎng) 絡(luò)化

4、分布式生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)現(xiàn)”，這里面的分布式，英文是Distributed。就是將分布在不同地點(diǎn)的數(shù)控設(shè)備、 機(jī)器人等數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)施聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，乃至達(dá)到狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的自組織生產(chǎn)的最高境界，但基礎(chǔ)就是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)備的聯(lián) 網(wǎng)通訊、數(shù)據(jù)采集等網(wǎng)絡(luò)化分布式管理。(生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管控和執(zhí)行）智能工廠第9頁，共23頁。智能生產(chǎn)原材料生產(chǎn)設(shè)備管理系統(tǒng)信息系統(tǒng) 百事可樂的生產(chǎn)車間里，生產(chǎn)線上連續(xù)過來了三個(gè)瓶子，每個(gè)瓶子都自帶一個(gè)二維碼，里面記錄著這是為張三、李四和王二麻子定制的可樂。 第一個(gè)瓶子走到灌裝處時(shí)，通過二維碼的無線通訊告訴中控室的控制器，說張三喜歡甜一點(diǎn)的，多放糖，然后控

5、制器就告訴灌裝機(jī)器手，“加二斤白糖！”（張三真倒霉）。 第二個(gè)瓶子過來，說李四是糖尿病，不要糖，控制器就告訴機(jī)器手，“這貨不要糖！” 第三個(gè)瓶子過來，說王二麻子要的是芬達(dá)，控制就告訴灌可樂的機(jī)械手“你歇會(huì)”，再告訴灌芬達(dá)的機(jī)械手，“你上！” 多品種、小批量、定制生產(chǎn)，每一灌可樂從你在網(wǎng)上下單的那一刻起，他就是為你定制的，他所有的特性，都是符合你的喜好的。 這就是智能生產(chǎn)。第10頁，共23頁。這是基于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)、RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)、傳感技術(shù)等多種技術(shù)，在物流過程中實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)車輛定位、運(yùn)輸物品監(jiān)控、在線調(diào)度與配送可視化與管理的系統(tǒng)。目前，初級(jí)的應(yīng)用比較普遍。智能物流物流過程可視化智

6、能管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)第11頁，共23頁。物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)提高生產(chǎn)效率降低成本信息化工業(yè)化第12頁，共23頁。 在未來，生產(chǎn)過程中的每一步都將在虛擬世界被設(shè)計(jì)、仿真以及優(yōu)化，為真實(shí)的物理世界包括物料、產(chǎn)品、工廠等建立起一個(gè)高度仿真的數(shù)字“雙胞胎”虛擬與現(xiàn)實(shí)世界的完美融合生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)在未來的智能工廠中，產(chǎn)品信息都將被輸入到產(chǎn)品零部件本身，他們會(huì)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(jìn)行自組織生產(chǎn)。這種自主生產(chǎn)模式能夠滿足每個(gè)用戶的“定制需求”制造運(yùn)行管理系統(tǒng)（MOM）將幫助生產(chǎn)價(jià)值鏈中的供應(yīng)商獲得并交換實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息。供應(yīng)商所提供的全部零部件都將在正確的時(shí)間以正確的順

7、序到達(dá)生產(chǎn)線。三大趨勢信息物理融合系統(tǒng)工業(yè)4.0三大趨勢第13頁，共23頁。工業(yè)4.0特點(diǎn)生產(chǎn)均具有高度的靈活性當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)、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(shí)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。減少能耗當(dāng)前汽車車身激光焊接生產(chǎn)線運(yùn)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。 動(dòng)態(tài)生產(chǎn)線 當(dāng)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

8、換。比如，客戶不能將同是大眾品牌下的保時(shí)捷的坐椅用于大眾其它車型。工業(yè)4.0之下，將形成動(dòng)態(tài)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)車輛的混裝并確保匹配。遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)在工業(yè)4.0之下，生產(chǎn)系統(tǒng)將如同“社會(huì)機(jī)器”，以類似于社交網(wǎng)絡(luò)的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)連接到云平臺(tái)搜索合適的專家處理問題。專家將通過集成的知識(shí)平臺(tái)，通過移動(dòng)設(shè)備更有效地進(jìn)行傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)。第14頁，共23頁。第15頁，共23頁。世界工廠習(xí)學(xué)不足：一是自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)；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(yán)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(yán)重過剩，高端產(chǎn)品能力比較差。 “ 制造強(qiáng)國戰(zhàn)略研究”咨詢項(xiàng)目對8個(gè)國家：美國、德國

9、、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(jìn)行趨勢分析。上世紀(jì)90年代，我國還處在世界第8位?，F(xiàn)在已經(jīng)到了第4位，和德國、日本還有一定的差距。優(yōu)勢。第一，經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，我國制造業(yè)規(guī)模躍居世界第一位.第二，在于“亞洲工廠”本身。部分低端經(jīng)濟(jì)活動(dòng)由于工資增長從中國轉(zhuǎn)移，卻強(qiáng)化了以中國為中心的地區(qū)供應(yīng)鏈。第三，內(nèi)需在不斷擴(kuò)大。中國制造業(yè)現(xiàn)狀第16頁，共23頁。 發(fā)達(dá)國家正在進(jìn)行“再工業(yè)化”運(yùn)動(dòng) 東盟國家、印度和拉美國家則擁有更低的勞動(dòng)力和資源成本。人口紅利消失有效勞動(dòng)力供給減少人口成本上升從事制造業(yè)意愿降低中國的“世界工廠”面臨雙重挑戰(zhàn)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來全球產(chǎn)能過

10、剩薄利多銷難以為繼銷售模式轉(zhuǎn)變生產(chǎn)模式發(fā)生轉(zhuǎn)變工業(yè)模式悄然改變第17頁，共23頁。強(qiáng)國戰(zhàn)略規(guī)劃：遠(yuǎn)超制造本身國家效益：20年3萬億美元GDP增量。企業(yè)效益：效率20%，成本20%，節(jié)能減排10%。4十大重點(diǎn)領(lǐng)域五大工程核心關(guān)鍵一條主線2015年中國制造2025+“1+X”實(shí)施方案和規(guī)劃體系+高端領(lǐng)域技術(shù)路線圖的綠皮書信息化與工業(yè)化深度融合創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型國家制造業(yè)創(chuàng)新中心建設(shè)工程大力推進(jìn)智能制造新一代信息技術(shù)高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人航空航天裝備海洋工程裝備及高技術(shù)船舶先進(jìn)軌道交通裝備智能制造網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化工業(yè)強(qiáng)基工程綠色發(fā)展工程節(jié)能與新能源汽車電力裝備新材料生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械農(nóng)業(yè)機(jī)

11、械裝備高端裝備創(chuàng)新工程互聯(lián)網(wǎng)+第18頁，共23頁。第19頁，共23頁。智能工廠智能生產(chǎn)智能物流當(dāng)前國內(nèi)工廠大都處在工業(yè)電氣3.0甚至2.0的時(shí)代，關(guān)鍵零部件依賴進(jìn)口信息數(shù)據(jù)的采集不夠，工業(yè)3.0+未完成學(xué)習(xí)國外流模式，但效率高，國內(nèi)人口集中，發(fā)展前景大硬件技術(shù)必須提高，注重人才培養(yǎng)，引導(dǎo)人才流向利用國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的成果，加快數(shù)據(jù)采集進(jìn)程，做好大數(shù)據(jù)部分進(jìn)一步完善物流體系，發(fā)展自身優(yōu)勢1.提升自身水平第20頁，共23頁。對外：絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶：中國經(jīng)中亞、俄羅斯至歐洲（波羅的海）；中國經(jīng)中亞、西亞至波斯灣、地中海；中國至東南亞、南亞、印度洋。21世紀(jì)海上絲綢之路：從中國沿海港口過南海到印度洋，延伸至歐洲；