现场总线之工业40超实用

现场总线之工业4.0（中国制造2025）目录 三.工业4.0各国战略 四.工业4.0之中国制造2025二.工业4.0到来一.现场总线（与无线通信的融合）一.现场总线（与无线通信的融合）现场总线简介现场总线是指以工厂内的测量和控制机器间的数字通讯为主的网络，也称现场网络。也就是将传感器、各种操作终端和控制器间的通讯及控制器之间的通讯进行特化的网络。现场总线与无线通信的融合简介与主要特点1.1现场总线通信模型主要特点：1、对OSI参考模型进行简化。通常只采用OSI模型的第1层和第2层及最高层应用层。目的是简化通信模型结构，缩短通信开销，降低成本及提高实时性能。2、各种类型现场总线并存，并在各自的应用领域获得良好的应用效果。3、采用相应的补充方法实现被删除的OSI各层功能。4、通信数据的信息量较小。发展优势现场总线与无线通信的融合1.2使用无线连接设备的便利已经导致了在消费电子（商业）领域中无线技术被空前成功的应用。在此基础上基于无线技术的应用开始出现在各个领域。在现场总线中的优势更是多方面的。第一，在工业环境中往往需要大量的布线，采用无线技术不仅会使安装和维护的成本有效减少，而且会使设备的调整规划和重新配置更加的容易。第二，无线技术的引入对于解决在有化学腐蚀、震动和移动部件等恶劣环境中对各种线缆的潜在损伤等问题显得更加有效。第三，考虑到工厂设备中适应性和灵活性，固定系统可以通过无线技术和现有的移动子系统或移动机器人连接通信。第四，对在工厂设备进行临时访问任务（如诊断或程序设计等）使用无线技术会更加简化（如使用无线手持设备）。二者融合的发展优势现场总线与无线通信的融合问题现场总线与无线通信的融合1.3二者融合的一些问题1)融合的方法大多处于理论研究阶段或需要对原有的现场总线进行改造，而一些厂家又不想使现正运行的现场总线暂停工作。这使得现阶段的一些其无线接入技术在现场总线中应用变得困难。2)可靠性不是很高，易受外界的电磁场的干扰。3)无线信道的实时性和出错率达不到要求 4)没有合适的协议机制和传输调度 现场总线的无线接入方法现场总线与无线通信的融合1.4现场总线的无线接入方法按在不同层上实现接入可以将接入方案分为三大类：用户层接入 数据链路层接入 物理层接入 二.工业4.0到来工业4.02.1工业4.0发展历程第三次工业革命用电子和IT技术实现制造流程的进一步自动化第二次工业革命随着基于劳动分工的、电力驱动的大规模生产的出现第一次工业革命随着蒸汽驱动的机械制造设备的出现20世纪初20世纪70年代1784年第一台纺织机1870年第一条生产线美国辛辛那提屠宰场1959年第一个可编程逻辑控制器PLC工业1.0:机器制造，机械化生产；工业2.0:流水线，批量生产，标准化；工业3.0:高度自动化，无人/少人化生产；工业4.0:网络化生产，虚实融合。工业4.02.2工业4.0简介工业4.0的概念通过互联网等通信网络将工厂与工厂内外的事物和服务连接起来，创造前所未有的价值、构建新的商业模式的产官学一体的项目。“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。在这种模式中，传统的行业界限将消失，并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变，产业链分工将被重组。工业4.02.3发展优势在生产能力上，工业4.0将确保仅一次性生产，且产量很低时的获利能力，确保工艺流程的灵活性和资源利用率。另一方面，工业4.0将使人的工作生涯更长，工作与生活更加平衡，高工资时产业仍有强大竞争力。实现方式主要是通过深度应用CPS（信息物理系统），总体掌控从消费需求到生产制造的所有过程，由此实现高效生产管理。工业4.0简介工业4.02.41 1u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。该计划将特别注重吸引中小企业参与，力图使中小企业成为新一代智能化生产技术的使用者和受益者，同时也成为先进工业生产技术的创造者和供应者；u智能物流：主要通过互联网、物联网、务联网，整合物流资源，充分发挥现有物流资源供应方的效率，而需求方，则能够快速获得服务匹配，得到物流支持。u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；工业4.0三大主题工业4.02.5 在未来，生产过程中的每一步都将在虚拟世界被设计、仿真以及优化，为真实的物理世界包括物料、产品、工厂等建立起一个高度仿真的数字“双胞胎”。虚拟与现实世界的完美融合生产网络在未来的只能工厂中，产品信息都将被输入到产品零部件本身，他们会根据自身生产需求，直接与生产系统和设备沟通，发出下一道生产工序指令，指挥设备进行自组织生产。这种自主生产模式能够满足每个用户的“定制需求”。制造运行管理系统（MOM）将帮助生产价值链中的供应商获得并交换实时的生产信息。供应商所提供的全部零部件都将在正确的时间以正确的顺序到达生产线。三大趋势信息物理融合系统工业4.0三大趋势工业4.02.62.6.1 减少能耗当前汽车车身激光焊接生产线运行具有间歇性。间歇期各种设备的能耗占总能耗的12%。工业4.0之下，采用“网络唤醒模式”，可大幅减少间歇期能耗。工业4.0应用场景工业4.02.6.2 生产均具有高度的灵活性当前产品设计已被高度固化，客户不可以将跨一款车的雨刷器用于跨厂商的其它车型。工业4.0之下，设计生产均具有高度的灵活性，可以完成端到端的从客户需求到加工制造等各方面的配置，以较低的成本满足客户需求，实现产量很低仍能获利的一次性生产，为客户生产该款雨刷器。工业4.0应用场景2.6工业4.02.6.3动态生产线当前汽车生产线也是高度静态配置，不可能将同一厂商不同产品组的部件相互置换。比如，客户不能将同是大众品牌下的保时捷的坐椅用于大众其它车型。工业4.0之下，将形成动态生产线，实现车辆的混装并确保匹配。工业4.0应用场景2.6工业4.02.6.4远程维护服务在工业4.0之下，生产系统将如同“社会机器”，以类似于社交网络的方式运转，自动连接到云平台搜索合适的专家处理问题。专家将通过集成的知识平台，通过移动设备更有效地进行传统的远程维护服务。工业4.0应用场景2.6三.工业4.0各国战略工业4.0各国战略3.1国家战略下合作探索“工业4.0”智能工厂 德国提出“工业4.0”这一概念本身带有国家的反思。德国称得上是一个高端制造的大国，制造业作为其经济增长的动力，使其在欧债危机中长期保持坚挺。但他们的制造业始终以产品为主。他们一直在反思，为什么自己的产品只有生产功能的价值，而没有服务的价值。为此通过互联、数字、智能化的融合、智能工厂的建设，可能是未来的方向。基于自身较强的制造设备工业，在国家战略下合作建设互联的智能工厂系统可能是重要的路径，使得德国成为第四次工业革命的先行者。德国工业4.0战略工业4.0各国战略3.2依托硅谷模式抢占软件技术优势，发展先进生产方式 美国的互联网以及ICT巨头与传统制造业领导厂商携手，GE、思科、IBM、英特尔等80多家企业成立了工业互联网联盟，正重新定义制造业的未来，并在技术、标准、产业化等方面做出一系列前瞻性布局，工业互联网与成为美国先进制造伙伴计划的重要任务之一。美国工业4.0挑战工业4.0各国战略3.3中德签署中德合作行动纲领2014年10月10日，中华人民共和国国务院总理李克强在访问德国期间和德国总理默克尔，联合发表了中德合作行动纲领，重点突出了双方在制造业就“工业4.0”计划的携手合作。双方将以中国担任2015年德国汉诺威消费电子、信息及通信博览会(CeBIT)合作伙伴国为契机，推进两国在移动互联网、物联网、云计算、大数据等领域的合作。中国距离工业4.0还有多远借鉴了德国的工业4.0计划，我国也制定了中国制造2025计划，目前初稿已经完成，在部分地区已经展开了试点工作，要在2025年对制造业完成升级转型。随着劳动力供给的减少，用人成本的上升，我国的制造业亟需转型。虽然面临着众多的问题，工业4.0对于中国的制造业有着举足轻重的意义，相信就在不远的未来大家就会体验到工业4.0带来的便利!四.工业4.0之中国制造2025中国制造20254.1 从中国制造业形势看，2013年工业占GDP的37%，装备制造业产值规模突破20万亿元人民币，占全球装备制造业总量的三分之一以上。中国发电设备产量约占全球总量的60%；造船占全球比重的41%；机床占全球比重38%。在500余种工业产品中，中国有220多种产量居世界第一。u发达国家正在进行“再工业化”运动u东盟国家、印度和拉美国家则拥有更低的劳动力和资源成本。美国、德国、英国等发达国家纷纷提出以重振制造业为核心、以信息网络技术、数字化制造技术应用为重点，旨在依靠科技创新，抢占制造业新的制高点的“再工业化”战略。人口红利消失劳动力供给减少人口成本上升国际金融危机，凸显实体经济的重要性中国的“世界工厂”面临双重挑战中国制造现状 大而不强 如何将中国制造转变为中国创造，如何提升中国制造业的全球竞争力，成为中国政府和企业的一大任务。中国制造20254.2习学我们制造业大而不强主要有四个问题：一是自主创新能力不强；二是产品质量问题还比较突出；三是资源效率利用比较低，能耗比较高，污染比较严重；四是产业结构不是很合理，低端产品产能严重过剩，高端产品能力比较差。“制造强国战略研究”咨询项目对8个国家：美国、德国、日本、英国、法国、韩国、印度和中国，从1946年到2012年制造业的数据进行趋势分析。上世纪90年代，我国还处在世界第8位。现在已经到了第4位，和德国、日本还有一定的差距。VS 英国经济学人中国制造业仍将拥有三项能惠及整体经济的可怕优势。u首先，即便中国进入高端市场从事价值更大的活动，但它仍紧抓低端制造业不放。u第二，在于“亚洲工厂”本身。部分低端经济活动的确由于工资增长从中国转移，却强化了以中国为中心的地区供应链。u第三，是中国日益成为需求的关键。中国制造现状中国制造20254.3中国制造2025由工信部牵头研究编制：20多个部委参与，50多名院士、100多位专家论证。是整个工业、制造业领域的顶层设计，包括一个纲要和一个专项的行动规划。未来还将：u成立国家制造强国建设领导小组。u制定“1+X”的实施方案和规划体系。u发布高端领域技术路线图的绿皮书。涉及整个制造业，分为两类：l第一类是跟国际先进水平不相上下，或者差距很小的。比如高铁、能源装备。l第二类涉及国家经济安全和产业安全的，比如航空、航天、海洋工程这样的装备。l不包括市场化行业：像纺织、食品，这些主要靠市场去优化、配置资源。规划纲要概述中国制造20254.4核心要点：3月27日，苏波要点解读：n主题中心：创新发展、提质增效。n主线：新一代信息技术与制造业融合n主攻方向：智能制造n目标：满足经济社会发展和国防建设对重大技术装备的需求n内容：强化工业基础能力，提高综合集成水平，完善多层次人才体系效果与前景：互联网可最大程度缓解信息不对称，从而提高效率。应用工业互联网后，企业的效率会提高大约20%，成本可以下降20%，节能减排可以下降10%左右。未来20年，中国工业互联网发展至少可带来3万亿美元左右GDP增量。规划纲要概述中国制造20254.5三是工业强基工程。解决基础零部件、基础工艺、基础材料比较落后。二是大力推进智能制造。带动各个产业提高数字化水平和智能化水平。智能制造是新一轮科技革命的核心，也是制造业数字化、网络化、智能化的主攻方向。四是绿色发展工程。破解环境和资源制约，节约资源，保护环境。特别提到节能减排降耗、提高资源利用率。发展的质量和效益已经成为中心任务。因为工业占我国整体能源消耗的73%。一是要实施国家制造业创新中心建设工程。要建设一批产学研用相结合的制造业创新中心:在现有研究院所、大学和企业基础上，以产业联盟形式来承担制造业强国建设的核心任务，然后市场化的组建，阶段性地形成成果。五大工程谢谢观看演讲完毕，谢谢观看！