智能制造——走进第四次工业革命PPT演示课件

,智能制造,走进第四次工业革命,01,革命生产力的爆发,02,03,04,产业中国智能制造2025规划,智能第四次工业革命的到来,趋势工业的进击之路,蒸汽机,Alphago,革命生产力的爆发,石器,第 四 次 工 业 革 命人 机 物 互 联 互 通,四次工业革命,时间,18世纪末,工业1.0 创造了机器工厂的 “蒸汽时代”,20世纪初,电力广泛应用,蒸汽机,信息物联系统,从工业1.0 到工业 4.0,1970年代初,今天,工业2.0 将人类带入分工明确、大批量生产的流水线模式和“电气时代”,工业3.0 应用电子信息技术，进一步提高生产自动化水平，工业生产能力自此超越了人类的消费能力，人类进入了产能过剩时代。,自动化、信息化,工业4.0 开始应用信息物理融合系统（CPS）,复 杂 度,目标：建立一个高度灵活的个性化、数字化产品与服务的生产模式,关键点：“原材料（物质）”=“信息”。智能工厂使用了含有信息的原材料，实现了 “原材料（物质）”=“信息”，制造业将成为信息产业的一部分。,4,老龄化,产能过剩,人类工业史三次工业革命使得人类发展进入了空前繁荣的时代 三次工业革命产生的弊端 巨大的能源以及资源消耗 巨大的环境代价以及生态成本 21世纪，人类面临空前的全球能源与资源危机、全球生态与环境危机、全球气候变化危机的多重挑战 社会老龄化,6,互联网的高度发展 越来越多功能强大的、自主的微型电脑（嵌入式系统）实现了与其他微型电脑和互联网的互联 物理世界和虚拟世界（网络空间）以信息-物理系统（CPS）的形式实现了融合,7,总体概念,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信息物理系统（Cyber-Physical System) 相结合的手段，将制造业向智能化转型,总体概念,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,8,趋势工业的进击之路,智能工厂的车间基于无线、RFID（无线射频识别芯片）、传感器和服务的架构,10,工业4.0下的产品特点,产品是信息载体 产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直带有自身信息产品是一个agent 产品会影响其所在环境产品具有自监测功能 产品会对其自身状态和环境进行监测,我生产于2010年4月30日，5月3日出厂,请握中间,已经打开2分钟了，请盖上,智能工厂和智能生产集成了信息存储、传感、无线通信功能,11,智慧工厂中的机器人技术,今天,明天,机器人不再被固定在 安全工作地点而是与人一起协同工作,新一代轻量化，灵活的机器人与人类在智能工厂一起协同工作,12,核心技术内涵人工智能,通过采用机器人、无人搬运机、无人工厂等人工智能技术，实现智能工厂的建设，大幅度提升企业成本竞争了，同时创造更多的服务与软件行业岗位。,通过机器视觉，指纹识别，人脸识别，视网膜识别，虹膜识别，掌纹识别，专家系统，自动规划，智能搜索，定理证明，博弈，自动程序设计，智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程等在工业制造中的实际应用，人工智能将越来越多的参与到工业4.0的推进当中，构建智能工厂。,自1956年“人工智能”被提出以来，经过50多年的发展，“人工智能”取得了长足的发展，但在现实生活中的应用还是太少。随着工业4.0智能工厂概念的提出，机器人和人工智能将迎来一轮新的发展。,13,技术基础,ICT是信息、通信和技术三个英文单词的词头组合(Information Communication Technology，简称ICT) 。它是信息技术与通信技术相融合而形成的一个新的概念和新的技术领域。 近二三十年来，德国制造业已成功地利用信息通信技术（ICT）实现对工业生产过程的管理如今，大约90%的工业生产过程已应用ICT技术,ICT,物联网（Internet of things）是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。 目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。,物联网,14,技术基础,信息物理系统（CPS, Cyber-Physical Systems）是一个以通讯和计算为核心的集成的监控和协调行动的工程化物理系统，是计算、通讯和控制的融合，具备很高的可靠性、安全性和执行效率。,信息物理系统,CPS雏形：1948年Wiener在Cybernetics，or Control and Communication in the Animal and the Machine一书所提出控制论以及我国著名科学家钱学森博士1954在Engineering Cybernetics一书中提出的“工程控制论” CPS官方正式提出来源于2007年美国总统科学技术咨询委员会报告,发展过程,15,三个特征,通过价值网络 实现横向集成,工程端到端数字集成 横跨整个价值链,垂直集成和网络化的制造系统,16,三个特征,通过价值网络实现横向集成,把产品、机器、资源、人有机联系在一起，各公司各环节数据共享，实现产品全生命周期和全制造流程的数字化 由大规模批量生产向大规模定制生产转变 由集中生产向网络化异地协同生产转变 由传统制造企业向跨界融合企业转变 协同、分享,17,三个特征,工程端到数字端集成横跨整个价值链,两个特点 在所有终端实现数字化的前提下所实现的基于价值链与不同公司之间的一种整合 客户可实现随时参与和决策并自由配置各个功能组件 数字空间物理空间,18,三个特征,垂直集成和网络化的制造系统,在智能工厂中，制造结构将不是固定和事先定义好的，信息技术组合规则为不同情况自动形成特定结构。 确保调节器和传感器通讯顺畅 开发工厂模块以及重新使用战略 领导者和操作者需要接受培训,欧盟“智能工厂”研发团队FRAME采用世界上最先进的创新型传感网络技术和人机交互技术，开发出具有自我意识、自我学习和自我适应能力的智能型自动控制系统。,英飞凌对工厂进行智能化改造，提供面向物联网的半导体解决方案，在2014年6月推出“工业4.0 试点基地”项目，应用于部分芯片生产。其智能卡与安全事业部全球总裁Stefan Hofschen认为在工业4.0时代，安全市场也会增长。,19,两个战略,20,海尔的工业4.0-建设智慧互联工厂实现智能制造,为适应互联网+时代满足消费者个性化需求，2014年海尔就通过了全流程实现互联可视的互联工厂体系的构建,将大规模制造升级为大规模定制通过大量传感器、大数据信息化工具和机器人的协作，海尔互联工厂可以高效地完成定制化批量订单的生产，在不提高制造成本的基础之上提升产品附加值，并为创新性设计的低成本实践提供有力支撑。海尔沈阳冰箱互联工厂：人员配置减少57% 单线产能100万台提升至180万台 单位面积产出50台/平提升至100台/平定单交付周期由15天降低到7天 截止到2015年第1季度海尔已建成沈阳冰箱互联工厂、海尔佛山滚筒互联工厂、海尔郑州空调互联工厂、胶南电热互联工厂、青岛热水器互联工厂。,工业4.0典型案例,案例：海尔新能源互联工厂.flv,21,Amazon仓库机器人-智能仓储物流的典范 案例：亚马逊仓库机器人.flv,亚马逊已为其在美国的多个仓库配备了橙色轮式机器人Kiva。这种机器人用于移动库存货架，员工再也不需要在堆满货物的长过道里寻找制定的商品。使用机器人可以减少每个商品的“被触碰”次数，能帮助亚马逊每年节省$4亿-$9亿的物流成本 帮助工人节省了50%以上的取货时间 每个订单的分拣和包装费用为平均$3.5-$3.75，使用机器人可将其减少20%-40% 亚马逊目前在美国的三座仓库（加利福尼亚州，肯塔基州和德克萨斯州）中一共部署了1400台Kiva机器人,工业4.0典型案例,22,宝马智能工厂：打造汽车工业4.0-智能工厂&智能车间 案例：全新宝马7系车身生产及组装过程-工业4.0的典范 不容错过.flv,宝马公司在中国沈阳的铁西工厂在冲压、车身、涂装和总装四大车间内全面实施了工业智能化。 车身车间通过使用智能机器人和工业电脑控制技术，能效得到显著提升。 机器人热能回收技术更可每年节约超过780万度电。 汽车制造最耗能的涂装环节（约占汽车制造能耗的70%），实现节水30%，节能40%，减排20%。 相比传统液压机，华晨宝马铁西工厂的告诉冲压机生产效率提升超过70%，节能50%。 截止2014年底，宝马集团在全球使用的生产能耗中，来自于可再生使用的比例首次达到51%。,工业4.0典型案例,23,实施工业4.0后将在多个领域带来的变化,去人力化,高度灵活性大规模定制,P2P的客户关系,分布式地区化,降低了人员的使用数量，降低了人力成本占比,实时满足客户需求的动态产品规划 实现各个生产环节的无缝对接，生产过程全程可监控，缩短生产任务的转换时间,去中介化，带来商业模式的创新 制造业企业和客户间的关系变得更加紧密,减小了规模效应，处理能力被分散到各地 能够快速重新定义需求，制定更加符合客户需求的生产流程,24,实施工业4.0后将在多个领域带来的变化,快速迭代推出新产品,能力的大幅提升,资产周转,随着3D打印、3D扫描以及新材料的广泛使用，产品的生产将变得更加高效 多种增强显示、虚拟现实的设备及智能设备将指导人们设计、生产、使用产品,更加简单、便利的人机交互使得工人得以快速使用新技术 自动机器人使日常运营需要的工厂更少,极大的降低了库存量，提升了货物周转效率 设备正常运行的时间大大延长，降低了因为设备检修和故障造成停机的损失,25,互联网+ “智能制造2025”,好好整,必须的必！,26,中国制造2025十大重点领域,与传统的规划相比，中国制造2025的主要突出之处包括： 1、突出了创新驱动发展的战略，始终将创新作为核心竞争力； 2、贯穿应对新一轮的科技革命和产业革命的内容，通过这个规划实现从工业2.0、工业3.0到工业4.0的跨越式发展； 3、采取重点突破（右图十大领域）的战略。 中国制造2025明确，大力推动重点领域突破发展，聚焦新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械等十大重点领域。,新一代信息技术,农业机械装备,生物医药及高性能医疗器械,新材料,电力装备,节能与新能源汽车,先进轨道交通装备,海洋工程装备及高技术船舶,高档数控机床和机器人,航空航天装备,中国制造2025,十大重点领域,27,工业4.0概念下涵盖的发展方向,工业基础：自动化设备、工业软件、数据安全、工业通信、 机器人等,物联网：智能电网、智能仪器仪表、二维码、智能安防等,智能产品：智能可穿戴设备、智能汽车、智能家居等,生产新模式：3D扫描、3D打印,服务互联网：智能物流、生产服务化、开放设计服务等,1,2,3,4,5,28,29,感谢您的聆听,适用于工程设计/机械制造/配件加工等场合,