01-工业4.0与制造业大数据时代

39,工厂运营大数据集成与应用,上海百仕瑞精益运营总监 黄 伟,精益管理系列课程,黄 伟（LeisliHuang）- 上海海百仕瑞瑞精精益运营营管理顾顾问,年龄：1970.12.25,星座：摩羯座,外号：文艺青年年,角色扮演演：1）制造造业经理理人,2）音乐乐人,3）医生生,关键词：跨界，穿穿越,格言言：笑，容。,愿景景：职场上半半场，制制造业经经理人，引领企企业走向向卓越；,职场下半半场，专专业讲师师顾问，为中国国的制造造业做一一点事情情。,黄 伟- 百仕仕瑞高级级顾问精精益卓卓越运营营咨询总总监,-制制造业业22年年工作经经验，14年精精益生产产推行实实施经验验,-先先后担任任多家500强强跨国公公司工厂厂运营管管理和高高级精益益经理职职位,-工工作服务务过的公公司包括括:,日本住友友电装（SUMITOMO）,美国惠而而浦家用用电器（Whirlpool）,瑞典奥托托利夫汽汽车安全全系统（AUTOLIV）,德国威图图机械（RITTAL）,-咨咨询及培培训过的的企业包包括：,宝马汽车车，通用用汽车，大众汽汽车，观观致汽车车，ABB，安安川，松松下，通通力电梯梯，德国国卓轮机机械，哈哈曼汽车车电子，索尼，SMC，西门门子，博博世，住住友橡胶胶，德尔尔福，阿阿特拉斯斯，麦格格纳，延延锋伟世世通，江江森自控控，采埃埃弗，伟伟巴斯特特，中国国中车集集团，海海尔集团团，农夫夫山泉，惠氏营营养品，达能乳乳业，伊伊利集团团，道达达尔集团团，巴斯斯夫，爱爱立信，天士力力集团，上海医医药集团团，云南南白药集集团,1.工业业4.0与制造造业大数数据时代代,2.大数数据的应应用技术术和方法法介绍,3.工厂厂运营大大数据的的具体运运用,课程目录录,01-工工业4.0与制制造业大大数据时时代,工业1.0-机机械化化生产,18世纪纪，蒸汽汽机的发发明和机机械制造造设备的的引入，是最早早的工业业1.0时代,工业2.0-电电气化自自动化生生产,20世纪纪电气普普及，生生产流水水线的出出现，批批量化标标准化生生产，开开启了工工业2.0时时代,工业3.0- 电子子化信息息化生产产,1970年代，可编程程控制器器（PLC）和和自动化化生产设设备应用用，进入入工业3.0时时代,工业4.0 网络络化生产产（虚拟拟网络与与物理网网络融合合）,21世纪纪，通过过信息技技术和网网络技术术的集成成，构建建信息物理理系统（CPS），将制造业业向智能化转变，建建立高度度灵活的的个性化和和数字化化的生产模模式与服服务模式式,备注：CPS（Cyber -PhysicalSystems）-信信息物理理系统,从工业1.0到到工业4.0,工业4.0生产产方式的的三个转转变,1、实现现生产由集中向向分散的转变，规模效效应不再再是工业业生产的的关键因因素，工工业生产产的基本本模式将将由集中中式控制制向分散散式增强强型控制制转变。,2、实现现产品由由大规模模趋同性性生产向向规模化定定制生产产转变，未未来产品品都将完完全按照照个人意意愿进行行生产，极端情情况下，将成为为自动化化、个性性化的单单件制造造。,3、实现现由客户户导向向向客户全程程参与的转变，客户不不仅出现现在生产产流程的的两端，而是广广泛、实实时参与与生产和和价值创创造的全全过程。,- 2011年年，在汉汉诺威工工业博览览会上，德国提提出工业业4.0的概念念,- 2012年年，德国国成立了了“工业业4.0工作组组”,- 2013年年4月，德国发发布了保障德德国制造造业的未未来：关关于实施施工业4.0战战略的报报告,- 2014年年10月月，李克克强总理理访问德德国，与与德国签签订了中德开开展工业业4.0合作的的协议,对中国企企业而言言意味着着巨大的的转型契契机，工工业4.0领域域的合作作将成为为中德两两国未来来产业合合作的新新方向，值得中中国制造造业经理理人的高高度而持持续的关关注。,- 2014年年11月月，上海海工业博博览会的的主题- -如如何把把中国制造造变成中国智造造。,- 2015,年,年3月,，,，“中,国,国制造2025”战,略,略启动,：,：用10年时,间,间进入,全,全球制,造,造业第,二,二方阵,！,！,中国在,面,面临经,济,济下行,压,压力，,制,制造业,产,产能过,剩,剩的背,景,景下，,中,中国制,造,造业如,何,何转型,升,升级？,中国制,造,造业能,否,否抓住,和,和把握工业4,.,.0的机会,，,，实现中国智,造,造和中国创,造,造？,工业4.0的进进展,工业4.0-制制造行业业发展趋趋势,工业4.0,工业4.0的构构架和参参考体系系,工业4.0-智智能化制制造方案案结构,ICT,信息与,通,通讯技,术,术（Information andCommunicationsTechnology,）,）,M2M,机器对,机,机器（Machine,-,-To-Machine,）,）通信,的,的简称,。,。,云计算,运用大,型,型计算,机,机进行,大,大数据,海,海量计,算,算（每,秒,秒10,万,万亿次,）,）,智能化,是指由,现,现代通信与信息技术、,计,计算机网络技术、行业技术、智能控,制,制技术,汇集而,成,成的针,对,对某一,个,个方面,的,的应用,工业4.0的关关键词-1,3D打,印,印,以数字模,型,型文件为基础,，,，运用,粉,粉末状,金,金属或,塑,塑料等,可,可粘合,材,材料，,通,通过逐,层,层打印,和激光,烧,烧结的,方,方式来,构,构造物,体,体的快速成,型,型技术,物联网,（,（IOT）,（InternetOfThings）,物,物联网,是,是互联,网,网的延,伸,伸，它,包,包括互,联,联网及,互,互联网,上,上所有,的资源,信息物,理,理系统,（,（CPS）,（Cyber-PhysicalSystems,）,）是一,个,个综合计算、,网,网络和,物,物理环,境,境的多维智,能,能系统,工业4.0的关关键词-2,工业4.0,未来的制制造业和和工厂,未来的制制造业将将在一个个“智能、网网络化的世界”里进行行，物联网和和服务网网-IOTS（InternetofThings andServices）将将渗透到到所有的的制造关关键领域域。,工业4.0的重重点是以以智能化生生产方式式创造智能产品品，智能工工厂构成成了工业业4.0的一个个关键特特征。,在智能工工厂里，人、机机器和资资源如同同在一个个社交网络络里一般自自然地相相互沟通通协作。,工业4.0 未来来的制造造业,在工业4.0背背景下，通过物联网、互联网网、服务务网等链接手手段，传统的行行业界限限将消失失，新的业业态将产产生，产产品的创创造过程程将改变变，产业链分分工也将将被重组组。,工业4.0的愿愿景：让设备和和设备开开启对话话，让产产品和生生产设备备之间进进行沟通通，让客客户和业业务伙伴伴加入到到生产制制造环节节中来，建立虚拟世界界与现实世界界之间的对对话窗口口。,工业4.0将不不断挑战战人类的的想象力力，这个个过程才才刚刚开开始。,工业4.0 行业业界限,工业4.0将不不断挑战战人类的的想象力力：,谷歌做,汽,汽车,微软做,飞,飞机,西门子,做,做软件,马云做,银,银行,中国移,动,动做发,动,动机,工业4.0 行业业界限,智能产品品从生产到到最后的的产品回回收服务务，都能能实时监监控和追追溯。整整个制造造生产过过程都是是智能化化的。,工业4.0 智能能产品,动力管理APP,驾驶员辅助APP,智能用户界面APP,绿色驾驶,APP,智能化汽汽车,工业4.0-对劳动动力的需需求,未来工业业4.0并不旨旨在创造造“减少少劳动力力”的工工厂，工工业4.0将创创造更多多新的工工作机会会，特别别是在服务和软软件行业。,跨行业领领域的知知识将对对未来产产品的设设计，生生产和工工厂运营营起到关关键性的的作用，熟练的的工人和和拥有跨领领域知识识背景的劳动力力，将成成为工业业4.0时代的的抢手货货。,BMW宝宝马集团团全球最最先进工工厂之一一的华晨晨宝马铁铁西工厂厂的案例例：,总装车间间安装了了西门子子LIS超宽带带实时定定位识别别系统的的辅助，取消了了原来专专门用于于扫描车车辆条形形码的工工位。车车辆每到到一个工工位，车车型、车车辆识别别码、根根据车辆辆的不同同配置，需要装装配的各各种零件件等信息息会自动显示示在工位前前方的操操作屏上上，甚至至会自动动提供图图片及装装配辅助助指令，直接引引导工人人完成相相应工作作。,BMW铁铁西工厂厂的生产产制造过过程高度度灵活，一条生生产线能能同时生生产多个个车型（混线柔柔性生产产）；用户在在4S店店可以根根据个人人喜好选选择的车车型、车车辆配置置，甚至至可以实实现当月月定制，下个月月就生产产出来。,工业4.0- BMW案例例,1.工工业3.0是自动化，工业4.0是是智能化,2.,生,生产系,统,统根据,产,产品的,不,不同，,发,发送的,信,信息也,不,不同：,工业3,.,.0,-,-,自,自动化,生,生产大规模,，,，标准,化,化的产品,工业4,.,.0,-,-,智,智能化,生,生产个性化的产品,3.,工,工业4,.,.0的集成度远远高,于,于工业3.0,工业4,.,.0通,过,过CPS系统,，,，SAP-ERP软,件,件，制,造,造执行,系,系统MES软,件,件，,把生产,计,计划，,物,物料计,划,划，流,水,水线，,机,机器人,，,，设备,，,，信息,，,，人员,，,，,产品过,程,程监控,等,等所有,生,生产流,程,程整合,成,成一个,完,完整的智能生,产,产网络,4.,工,工业4,.,.0能,支,支持企,业,业“多品种,多,多批次,小,小批量”的生,产,产方式,5.,工,工业4,.,.0能,满,满足企,业,业“个性化,定,定制型,生,生产”的要,求,求,工业3.0与工工业4.0的差差别,1.整整体运营营成本TOC（TotalOperationCost）降低,2.个性化,定,定制生产模,式,式。只,要,要技术,工,工艺可,行,行，客,户,户想要,什,什么，,工,工厂就,能,能生产,什,什么，,哪,哪怕你,只,只要1,个,个或单,批,批次，,工,工厂也,能,能为你,生,生产出,来,来，并,且,且能够,赚,赚取利,润,润。,3.,工,工业4.0,将,将提升,企,企业柔性化,制,制造水平，,产,产品生,产,产的所,有,有环节,将,将实现无缝集,成,成链接。,4.,工,工业4.0,倡,倡导数字化,制,制造模,式,式，覆盖,产,产品生,产,产的全部制,造,造周期,和,和价值,链,链，令制造,企,企业的,生,生产和,管,管理更,加,加高效,，,，灵活,，,，反应,迅,迅速。,5.智能化,机,机器人,技,技术的广泛,使,使用，,重,重复而,不,不增值,，,，以及,危,危险的,作,作业交,由,由机器,人,人完成,，,， 强,调,调机器,人,人与人,的,的友好沟,通,通界面,和,和协作，实现,机,机器人,与,与人的,完,完美结,合,合，和,谐,谐共处,。,。,工业4.0背景景下企业业的运营营特点,德国工业业4.0的3大大主题,德国工业业4.0分成3大主题题：,智能工,厂,厂,重点研,究,究智能,化,化生产,系,系统及,过,过程，,以,以及网,络,络化生,产,产设施,的,的实现,。,。,智能生,产,产,重点涉,及,及整个,企,企业的,生,生产物,流,流管理,，,，人机,互,互动，3D技,术,术在工,业,业过程,的,的运用,。,。,智能物,流,流,通过互,联,联网、,物,物联网,等,等整合,物,物流资,源,源。,1.,未,未来工,业,业生产,形,形式，,将,将生产高度个,性,性化产,品,品。,2.,强,强调客,户,户与业,务,务伙伴,对,对业务,过,过程和,价,价值创,造,造过程,的,的高度参,与,与。,3.物联网,，,，服务,网,网，数,据,据网将取代,传,传统封,闭,闭性的,制,制造系,统,统，成,为,为,未来工,业,业的基,础,础。,工业4.0和智智能工厂厂-物联联网和服服务网的的一部分分,智能工厂厂：一个个智能化化和网络络化的世世界,智能工厂厂,在智能工厂厂中，在智能生产产方式下，智能产品品通过独特特的形式式加以识识别、可可以在任任何时候候被定位位、并能能知道它它们自己己的历史、当前状状态和为为了实现现其目标标状态的的替代路路线。,实时管理理贯穿从从下订单单，设计计，制造造，直到到外运物物流的端端到端工工程的整个价值值链。,智能生产产,为了实现现这一双双重的CPS战战略目标标，应将将工业4.0的的下列列特性加加以落实实：,1）通过过价值网网络实现现横向集成成,2）贯穿穿整个价价值链的的端到端工工程和数字化集集成,3）纵向集成成和网络化化数字化化制造系系统,迈向工业业4.0需要德德国投入入大量的的研发精精力。为为了实施施双重战战略，需需要研究究制造系系统的横横、纵向向集成，以及工工程端到到端集成成。此外外，应重重视由于于工业4.0系系统所建建立的工工作场所所新的社社会基础础设施，并要继续发展展CPS技术。,德国工业业4.0 ：系系统集成成特性,不同商,业,业模式,间,间合作；,2.在不同,公,公司间的合作,；,；,3.,商,商业和,技,技术的秘密保,护,护。,1.横横向集成成,2.端端到端工工程和数数字集成成,运用跨,越,越不同,技,技术学,科,科的、,全,全面的系统工,程,程方法，,从,从产品,开,开发到,制,制造工,程,程、产,品,品生产,和,和服务,；,；,装备恰,当,当的IT系统,，,，为整个价,值,值链提供端,对,对端支,撑,撑。,3.纵纵向集成成,纵向集,成,成是在工厂内,部,部进行。,在将来,的,的智能,化,化工厂,里,里，制造业,结,结构不,会,会固定,并,并被先,期,期限定。取而,代,代之的,，,，是根,据,据个性,化,化需求,定,定制的,一,一组IT结构,化,化模块,，,，根据,不,不同情,况,况下产,品,品生产,的,的需要自动搭,建,建出特,定,定的结,构,构。包括,模,模型、,数,数据、,通,通讯和,算,算法等,所,所有相,关,关需求,，,，通过,自,自动资,源,源配置,（,（如机,器,器、工,作,作、物,流,流，原,料,料周转,等,等）来,完,完成制,造,造业系,统,统调配,组,组合。,为了实,现,现纵向,集,集成，,确,确保不同层,次,次的传,感,感器信,号,号准确,传,传输到ERP,层,层面,对端到端,数,数据集,成,成来说非,常,常重要,。,。,工业4.0的变变革将是是一个渐渐进的过过程，工工业4.0的真真正到来来可能需需要20年左左右的时间，西门子子将这一一渐进的的过程称称作工业3.X。,西门子踩踩准了以以电力、信信息化为标志的的前两次次工业革革命的关关键节点点。基于于信息物物理融合合系统的的工业4.0概概念诞生生之初，西门子子再度嗅嗅到了新新一轮工工业革命命的气息息。,瞄准物联联网、云云计算、大数据据等技术术，西门门子集成成了目前前全球最最先进的的生产管管理系统统，以及及生产过过程软件件和硬件件，如西西门子制造执行行系统（MES）、西门子子产品生命周期期管理（PLM）、工业工工程设计计软件（Comos）、全集集成自动动化（TIA）、全集集成驱动动系统（IDS）软件件等等。,西门子的的“工业业3.X”,美国的工工业4.0-敏捷捷制造,敏捷制造造案例：,位于美国国宾夕法法尼亚州州的Landsdale公司司，每天天为福特特汽车等等公司提提供12.4万万个发动动机控制制器，速速度控制制器等部部件。每每个产品品有400-500个个零件，这意味味着每天天要对5000万个零零件进行行组装。,当收到要要求改变变产品的的订单后后，工厂厂通常能能在24小时内内将符合合客户要要求的产产品发出出。,该工厂之之所以能能对订单单变化做做出如此此迅速的的反应是是因为：,a)它它具有高高度柔性性的设备备，能进进行快速速切换，实现均均衡化生生产模式式,b)为为适应变变化而设设计的管管理流程程和软件件（MES系统统）,c)不不必急急于出售售的少量量合理库库存,敏捷生产产:,-能迅速、经济的从一种种产品切切换到另另一种产产品的设设计和制制造方式式,-从从强调调大批量量生产减减少成本本的传统统大量生生产方式式转向以以速度和柔柔性为重点,-在在满足足客户要要求和预预算的前前提下实实现工厂厂的成批量定定制型生产,敏捷制造造,实现敏捷捷制造的的关键：,信息的,快,快速收,集,集与处,理,理。(,工,工厂,现,现场的,信,信息系,统,统集成,-,-CPS，MES）,2.,一,一旦发,现,现有缺,陷,陷，将,有,有审计,线,线索返,回,回追查,该,该缺陷,产,产生的,确,确切地,点,点和时,间,间，从,而,而消除,问,问题的,根,根源。,敏捷制造造技术的的不断发发展，将将使未来来的工厂厂发生以以下变化化：,-强强调运运作的柔性和反反应速度度来取得竞竞争优势势,-工工厂将将在面向客户户的个性性化定制制能力方面大为为提高，甚至超超过个性性化服务务的手工工作坊,-很很短的的交付时时间（LeadTime）,-工工厂将将变得更更小型化，运用更更少但更更柔性的的设备，生产更更丰富的的产品,-敏敏捷制制造技术术在支持持性的工工作中，将创造造出许多多新的“白领工工人”,未来工厂厂运作模模式的展展望：,大批量生产,柔性生产,敏捷生产,年代,1900-1970,1970-2000,2000-2030,典型设备数量,150,50-30,25-20,产品种类,10-15,100-1000,无限,不良率/返工率,25%以上,0.02%以下,少于0.0005%,工厂进化化,敏捷制造造方式在在美国的的进展,-2000年，在Lehigh大学学研究所所所长奈奈杰尔协协助下，成立了了美国敏敏捷生产产企业论论坛。,-有有超过过200家家著名企业业加入该该论坛，包括: 克莱莱斯勒、汉诺威威、德州州仪器、希尔斯斯。,-在在美国国国家科科学基金金和五角大楼楼高新技术术研究项项目机构构帮助下下，成立立了3个敏捷捷生,产研究所所，分别设在在伊利伊伊诺大学学，德克克萨斯大大学，伦伦斯勒综综合技术术研究所所。,-由由于敏捷捷制造方方式的兴兴起，许许多离岸岸的生产产工作在在2000年代代重新回回到美国国本土。,Lehigh大大学技术术史学家家戈德曼曼教授：“日本本人的神神话是基基于生产产的极度度完善，但是敏敏捷生产产超越了了生产本本身的价价值，现现在更重重要的是是管理软件件和技术术知识-日日本之外外的技术术知识。”,美国加州州奥克兰兰的敏捷捷生产顾顾问大卫卫：“这这种新生生产方式式将是超超越日本本的秘密密武器”,“中国制制造2025”战略,中国制造造2025战略略及“互互联网+”战略略对汽车车企业的的机会和和挑战,中国工业业和信息息化部部部长苗圩圩在2015年年3月6日在北北京接受受记者采采访时表表示，中中国计划划用30年时间，通通过“三步走走”战略，实实现从制造业大大国向制造业业强国的的转变。,“中国制制造2025”规划纲纲要是三三步走中中第一个个十年的的行动纲纲领，计划用10年时时间进入入全球制制造业第第二方阵阵。,3月5日日中国国国务院总总理李克克强所作作的政府府工作报报告，提提出“要实施施中国国制造2025，坚坚持创新新驱动、智能转转型、强强化基础础、绿色色发展，加快从从制造大大国转向向制造强强国”。,这是“中中国制造造2025”首首次出现现在政府工作作报告中，将对对中国制制造业产产生深远远影响。,“中国制制造2025”规划,李克强部部署“中中国制造造2025”确确定10大重重点领域域,会议强调调，要顺顺应“互联网网+”的发展趋趋势，以以信息化与与工业化化深度融合合为主线线，重点点发展新一代信信息技术术、高档档数控机机床和机机器人、航空航航天装备备、海洋洋工程装装备及高高技术船船舶、先先进轨道道交通装装备、节能与新新能源汽汽车、电力装装备、新新材料、生物医医药及高高性能医医疗器械械、农业业机械装装备10大领域域。,强化工业业基础能能力，提提高工艺艺水平和和产品质质量，推推进智能制造造、绿色色制造。促进生产产性服务务业与制制造业融融合发展展，提升升制造业业层次和和核心竞竞争力。,“中国制制造2025”规划,汽车主机机厂面临临的挑战战,小批量,多,多品种,的,的生产,模,模式常,态,态化,个性化,定,定制产,品,品的不,断,断增加,新车型,推,推出速,度,度将加,快,快,整车的,全,全生命,周,周期管,理,理（包,括,括报废,与,与回收）,