德国工业4.0简介讲解.ppt

工业4.0 ▪ 关于德国工业4.0的简要介绍 工业4.0（Industrie 4.0）是德国政府《高技术战略2020 》确定的十大未来项目之一，并已上升为国家战略，旨在支 持工业领域新一代革命性技术的研发与创新 智能工厂 赛柏空间 提 纲 ▪ 一. 德国工业4.0介绍 ▪ 二. 其他发达国家情况 ▪ 三. 对中国工业的启示 ▪ 四. 几点思考 提 纲 ▪ 一. 德国工业4.0介绍 ▪ 二. 其他发达国家情况 ▪ 三. 对中国工业的启示 ▪ 四. 几点思考 1、背景 ▪ 德国是老牌装备制造业强国，德国在制造业方面的研究、开发和生产，以 及对复杂工业过程高效管理是其在全球装备制造业领先的基础德国拥有 强大的机器和设备制造业，在信息技术领域表现出很高的水平和能力，在 嵌入式系统和自动化工程方面也颇有建树但是，伴随着美、日等国“再 工业化”战略的提出，全球制造业竞争愈加激烈而德国乃至欧洲在通信 和信息技术市场上的竞争力缺失（市场份额不到10%），使德国人开始担 忧其制造业在世界的领先地位在这种形势下，德国政府提出了产官学一 体化的“工业4.0”战略。

1、背景（续） ▪ “工业4.0” 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 ▪ 2011年初步提出，2013年4月，汉诺威工业博 览会上正式推出，其目的是为了提高德国工 业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机 ▪ “工业4.0”概念包含了由集中式 控制向分散式增强型控制的基本模 式转变，目标是建立一个高度灵活 的个性化和数字化的产品与服务的 生产模式 工业1.0工业2.0工业3.0工业4.0 两大主题 一是“智能工厂”，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； 二是“智能生产”，主要涉及整个 企业的生产物流管理、人机互动以 及3D技术在工业生产过程中的应用 等 “工业4.0”概念 即是以智能制造为 主导的第四次工业 革命，或革命性的 生产方法该战略 旨在通过充分利用 信息通讯技术和网 络空间虚拟系统— 赛柏物理系统（ Cyber-Physical System)相结合的 手段，将制造业向 智能化转型。

2、内涵 （1）生产工艺与信息技术融合 核心技术：赛柏物理空间 CPS—Cyber-Physical System 传感器 + 微处理器 + 执行器 + 连网能力 CPS强调实体装置和控制网络的连结，即信息 通信技术（ICT） 在制造业中采用物联网和服务网，实现人的控 制在时间、空间等方面的延伸，本质就是人、 机、物的融合也被称为人机物融合系统 2、内涵（3个特征） （2）产品个性化 生产高度灵活的工厂可以迎合顾客对产品个性化、多样化、不断改变的要求，可以通过现 代化的手段，以大批量生产的成本，制造批产量的产品从某种意义上说，回到了第一次工业 革命之前顾客与工厂频繁交流沟通，不仅在订合同前，而且在下订单后、设计、加工、装配 、调试阶段因此，顾客甚至可以在产品生产过程中改动他的订单细节 2、内涵（续） （3）生产人性化 ▪ 通过工厂智能化，更多的员工可以 有灵活的工作时间，因此工作更安 心了 ▪ 利用网络，生产可以分散，从而可 以分散能量供应 ▪ 利用网络，员工可以就近，甚至在 家里上班他们问道，如果大量员 工每天长途开车上班，到厂里再花 很大力气节能减排，又有多大实际 意义呢? 2、内涵（续） 战略目标 德国拥有强大的机械和装备制造业，但美国 、日本乃至我国也在通过各种计划，促进先进制 造业发展。

德国制定工业4.0战略的目的，就是为 了“确保德国制造的未来” 双重策略 一方面德国要成为工业4.0智能技术的全球领 导性供应商；另一方面，德国需要为CPS技术和 产品培育新的市场 落实三个基本特征 （1）通过价值网络实现横向集成 （2）工程端到端数字集成横跨整个价值链 （3）垂直集成和网络化的制造系统 3、实现路径 （1）标准化和参考架构（通用的 工业语言） 贯穿整个价值网络，工业 4.0 将涉及一些不同公司的网络连接与 集成只有开发出一套单一的共同 标准，这种合作伙伴关系将才有可 能形成需要一个参考架构为这些 标准提供技术说明，并促使其执行 3、实现路径（续）：开展八大行动 （2）管理复杂的系统 生产和制造系统正日益 变得复杂，适当的计划和解 释性模型能为管理这些复杂 的系统打下基础因此，工 程师们应该备有开发出这些 模型的方法和工具 3、实现路径（续）：开展八大行动 （3）一套综合的工业宽带基础设施 毋庸置疑，高质量的综合通讯网 络是工业4.0的关键要求无论是在德 国国内，还是在德国与其他伙伴国之 间，宽带网络基础设施也因此需要进 一步大规模拓展。

• 绑定可靠的服务水平协议（SLA） • 通信容量的可用性和性能 • 支持数据链路调试 / 跟踪，尤其是提供相关的技术援助 • 提供广泛可用 / 有保证的通信容量（固定 / 可靠的带宽） • 所有移动网络运营商之间的短信传递状态通知 • 标准化的应用程序编程接（APIs）的配置，涵盖所有供 应商（SIM 卡激活 / 停用） • 资费管理 • 移动服务合约的成本控制 • 服务质量（固定带宽） • 可支付的全球漫游费 • 广泛使用的嵌入式 SIM 卡 • 以卫星为基础的解决方案 [ 在人烟稀少的地方 ] 3、实现路径（续）：开展八大行动 （4）安全和安保 安全和安保对智能制造系统 的成功至关重要确保生产设施 和产品本身对人或者环境不造成 任何危险，这点非常重要同时 ，生产设施和产品，尤其是它们 所包含的数据和信息，都需要加 以保护，防止被滥用和未经授权 的访问 3、实现路径（续）：开展八大行动 （5）数字化工业时代工作的组织和设计 在智能工厂，雇员的角色将发生引人注 目的改变越来越多的实时导向的控制，将 改变工作内容、工作流程和工作环境工作 组织以一种社会-技术方法实现，将为员工提 供承担重大责任和促进个人发展的机会。

这 一旦成为现实，部署合作的工作设计、终身 学习的措施，以及启动参考模型课题将变得 尤为重要 3、实现路径（续）：开展八大行动 （6）培训和持续的职业发展 工业4.0将从根本上改变人们的工作 和专业能力实施适当的培训策略并以培 养学习的方式组织工作因此变得尤为必要 ，可借此实现终身学习和基于工作地点的 个人发展为达成这一目标，示范项目和 “最佳实践网络”应该推广，数字化学习技 术也应投入研究 3、实现路径（续）：开展八大行动 （7）监管框架 在工业4.0下建立新的制造流程和横向业务网 络架构时，必须遵守法律；而现有法律也同样应在 需要时，考虑到创新的影响进行调整面临的挑战 包括保护企业数据、责任问题、处理个人数据和贸 易限制这将不仅对立法，也对其他有商业性质的 活动提出了要求——制度将作为一个涵盖面广泛的 适用工具而存在，其内容包括指导方针、合同范本 和公司集体协议，或者自我监管的举措如审计 （8）资源效率 撇开成本高不说，仅制造业在原材料和能源上 的大量消耗就给环境和安全供应带来诸多风险工 业4.0将带来资源生产力和效率的提高对企业来说 ，权衡“需要投资在智能工厂中的额外资源”与“带来 的潜在节约”之间的利弊非常必要。

3、实现路径（续）：开展八大行动 2014年汉诺威工业博览会（简称汉诺威工博会）4月7日在德国开幕， 本届工博会的主题为“融合的工业——下一步” 成都西门子数字化工厂西门子德国安贝格自动化工厂 4、从概念走向现实 5、工业4.0应用发展潜力 （1）满足个体用户的需求 （2）灵活性 （3）决策优化 （4）资源生产率和利用效率 （5）新服务创造价值机会 （6）应对工作场所人口的变化 （7）工作和生活的平衡 （8）高工资仍然具有竞争力 工业4.0允许在设计、配置、订购、规划、制造和运作等环节能够考虑 到个体和客户特殊需求，而且即使在最后阶段仍能变动 基于 CPS 的自组织网络可以根据业务过程的不同方面，如质量、时间 、风险、鲁棒性、价格和生态友好性等，进行动态配置 为了在全球市场上取得成功，在短时间内能够做出正确决定变得越来 越关键 工业制造过程的总体战略目标适用工业 4.0：在给定资源量的前提下， 得到尽可能高的产品输出；使用尽可能低的资源量，达到指定的输出 通过下游服务，工业 4.0 开辟了创造价值的新途径和就业的新形式 通过工作组织和能力发展计划相结合，人与技术系统之间的互动合作 将为企业提供新的机会，将人口变化转化为自身的优势。

使用 CPS 的公司更加灵活的工作组织模式，意味着它们可以很好地满 足员工不断增长的需求，让员工在工作与个人生活之间，以及个人发 展与持续的职业发展之间实现更好的平衡 工业 4.0 不会对相关行业构成纯技术层面或与信息技术相关的挑战 提 纲 ▪ 一. 德国工业4.0介绍 ▪ 二. 其他发达国家情况 ▪ 三. 对中国工业的启示 ▪ 四. 几点思考 二、其他发达国家情况 （1）美国再工业化 美国“再工业化”，包括调整、提升传统制造业结构及竞争力和发展高新技术产业两条主线美国 制造业并没有衰落，2010年美国制造业产出近1.8万亿美元，稍稍领先于中国，比日本制造业产出高2/3 ，是德国制造业产出的三倍，仍是世界最大的2011年，美国制造业产量创历史纪录，比1990年高六 倍美国制造业的主要问题是就业岗位在减少，成因主要是国内生产自动化和劳动成本过高，迫使美国 大公司将产业转移到国外1970年，在美国全部7000万就业岗位中，在制造业就业者近1700万，占 25%到2012年，在美国13370万就业岗位中，在制造业就业者只有1190万，仅占9%美国政府鼓励“ 制造业回归”以来，已出现某些制造业回归美国迹象。

但专家们一致认为，美国“再工业化”主要目标是 调整产业结构，转变发展方式，发展先进制造业比如3D打印技术产业已成为美国“十大增长最快的工 业”之一有专家认为，3D打印技术或许具有蒸汽机或相似的时代意义，很可能预示新的工业革命 正在到来 二、 其他发达国家情况 （2）日本 日本政府也极端重视高端制造业的发展，大规模编制技术战略图首先，政府加大了开发企业3D 打印机等尖端技术的财政投入2014年，经济产业省继续把3D打印机列为优先政策扶持对象，计划当 年投资45亿日元，实施名为“以3D造型技术为核心的产品制造革命”的大规模研究开发项目，开发世界最 高水平的金属粉末造型用3D打印机其次，快速更新制造技术，提高产品制造竞争力近年日本制造 业出现了三个新现象一是采用“小生产线”的企业增多：本田公司通过采取新技术减少喷漆次数、减少 热处理工序等措施把生产线缩短了40%，并通过改变车身结构设计把焊接生产线由18道工序减少为9道 ，建成了世界最短的高端车型生产线；二是采用小型设备的企业增多：日本电装公司对铝压铸件的生产 设备、工艺进行改革，使得铸造线生产成本降低了30%，设备面积减少80%，能源消费量降低50%；三 是通过机器人、无人搬运机、无人工厂、“细胞生产方式”等突破成本瓶颈：佳能公司从“细胞生产方式” 到“机械细胞方式”，再到世界首个数码照相机无人工厂，大幅度地提高了成本竞争力。

提 纲 ▪ 一. 德国工业4.0介绍 ▪ 二. 其他发达国家情况 ▪ 三. 对中国工业的启示 ▪ 四. 几点思考 。