德國工業(yè)4.0簡介

1、工業(yè)4.0,關(guān)于德國工業(yè)4.0的簡要介紹,工業(yè)4.0（Industrie 4.0）是德國政府高技術(shù)戰(zhàn)略2020確定的十大未來項目之一，并已上升為國家戰(zhàn)略，旨在支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。,智能工廠,賽柏空間,提 綱,一. 德國工業(yè)4.0介紹 二. 其他發(fā)達(dá)國家情況 三. 對中國工業(yè)的啟示 四. 幾點思考,提 綱,一. 德國工業(yè)4.0介紹 二. 其他發(fā)達(dá)國家情況 三. 對中國工業(yè)的啟示 四. 幾點思考,1、背景,德國是老牌裝備制造業(yè)強國，德國在制造業(yè)方面的研究、開發(fā)和生產(chǎn)，以及對復(fù)雜工業(yè)過程高效管理是其在全球裝備制造業(yè)領(lǐng)先的基礎(chǔ)。德國擁有強大的機器和設(shè)備制造業(yè)，在信息技術(shù)領(lǐng)域表現(xiàn)出

2、很高的水平和能力，在嵌入式系統(tǒng)和自動化工程方面也頗有建樹。但是，伴隨著美、日等國“再工業(yè)化”戰(zhàn)略的提出，全球制造業(yè)競爭愈加激烈。而德國乃至歐洲在通信和信息技術(shù)市場上的競爭力缺失（市場份額不到10%），使德國人開始擔(dān)憂其制造業(yè)在世界的領(lǐng)先地位。在這種形勢下，德國政府提出了產(chǎn)官學(xué)一體化的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略。,1、背景（續(xù)）,“工業(yè)4.0” 研究項目由德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟技術(shù)部聯(lián)手資助，在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成，并已上升為國家級戰(zhàn)略。德國聯(lián)邦政府投入達(dá)2億歐元。 2011年初步提出，2013年4月，漢諾威工業(yè)博覽會上正式推出，其目的是為了提高

3、德國工業(yè)的競爭力，在新一輪工業(yè)革命中占領(lǐng)先機。,“工業(yè)4.0”概念包含了由集中式控制向分散式增強型控制的基本模式轉(zhuǎn)變，目標(biāo)是建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。,工業(yè)1.0,工業(yè)2.0,工業(yè)3.0,工業(yè)4.0,兩大主題 一是“智能工廠”，重點研究智能化生產(chǎn)系統(tǒng)及過程，以及網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施的實現(xiàn)； 二是“智能生產(chǎn)”，主要涉及整個企業(yè)的生產(chǎn)物流管理、人機互動以及3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用等。,“工業(yè)4.0”概念即是以智能制造為主導(dǎo)的第四次工業(yè)革命，或革命性的生產(chǎn)方法。該戰(zhàn)略旨在通過充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬系統(tǒng)賽柏物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Syst

4、em)相結(jié)合的手段，將制造業(yè)向智能化轉(zhuǎn)型。,2、內(nèi)涵,（1）生產(chǎn)工藝與信息技術(shù)融合 核心技術(shù)：賽柏物理空間 CPSCyber-Physical System 傳感器 + 微處理器 + 執(zhí)行器 + 連網(wǎng)能力 CPS強調(diào)實體裝置和控制網(wǎng)絡(luò)的連結(jié)，即信息通信技術(shù)（ICT） 在制造業(yè)中采用物聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)網(wǎng)，實現(xiàn)人的控制在時間、空間等方面的延伸，本質(zhì)就是人、機、物的融合。也被稱為人機物融合系統(tǒng)。,2、內(nèi)涵（3個特征）,（2）產(chǎn)品個性化 生產(chǎn)高度靈活的工廠可以迎合顧客對產(chǎn)品個性化、多樣化、不斷改變的要求，可以通過現(xiàn)代化的手段，以大批量生產(chǎn)的成本，制造批產(chǎn)量的產(chǎn)品。從某種意義上說，回到了第一次工業(yè)革命之前。顧

5、客與工廠頻繁交流溝通，不僅在訂合同前，而且在下訂單后、設(shè)計、加工、裝配、調(diào)試階段。因此，顧客甚至可以在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中改動他的訂單細(xì)節(jié)。,2、內(nèi)涵（續(xù)）,（3）生產(chǎn)人性化 通過工廠智能化，更多的員工可以有靈活的工作時間，因此工作更安心了。 利用網(wǎng)絡(luò)，生產(chǎn)可以分散，從而可以分散能量供應(yīng)。 利用網(wǎng)絡(luò)，員工可以就近，甚至在家里上班。他們問道，如果大量員工每天長途開車上班，到廠里再花很大力氣節(jié)能減排，又有多大實際意義呢?,2、內(nèi)涵（續(xù)）,戰(zhàn)略目標(biāo) 德國擁有強大的機械和裝備制造業(yè)，但美國、日本乃至我國也在通過各種計劃，促進(jìn)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展。德國制定工業(yè)4.0戰(zhàn)略的目的，就是為了“確保德國制造的未來”。 雙重

6、策略 一方面德國要成為工業(yè)4.0智能技術(shù)的全球領(lǐng)導(dǎo)性供應(yīng)商；另一方面，德國需要為CPS技術(shù)和產(chǎn)品培育新的市場。,落實三個基本特征 （1）通過價值網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)橫向集成 （2）工程端到端數(shù)字集成橫跨整個價值鏈 （3）垂直集成和網(wǎng)絡(luò)化的制造系統(tǒng),3、實現(xiàn)路徑,（1）標(biāo)準(zhǔn)化和參考架構(gòu)（通用的工業(yè)語言） 貫穿整個價值網(wǎng)絡(luò)，工業(yè) 4.0 將涉及一些不同公司的網(wǎng)絡(luò)連接與集成。只有開發(fā)出一套單一的共同標(biāo)準(zhǔn)，這種合作伙伴關(guān)系將才有可能形成。需要一個參考架構(gòu)為這些標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)說明，并促使其執(zhí)行。,3、實現(xiàn)路徑（續(xù)）：開展八大行動,（2）管理復(fù)雜的系統(tǒng) 生產(chǎn)和制造系統(tǒng)正日益變得復(fù)雜，適當(dāng)?shù)挠媱澓徒忉屝阅Ｐ湍転楣芾磉@些復(fù)

7、雜的系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。因此，工程師們應(yīng)該備有開發(fā)出這些模型的方法和工具。,3、實現(xiàn)路徑（續(xù)）：開展八大行動,（3）一套綜合的工業(yè)寬帶基礎(chǔ)設(shè)施 毋庸置疑，高質(zhì)量的綜合通訊網(wǎng)絡(luò)是工業(yè)4.0的關(guān)鍵要求。無論是在德國國內(nèi)，還是在德國與其他伙伴國之間，寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施也因此需要進(jìn)一步大規(guī)模拓展。, 綁定可靠的服務(wù)水平協(xié)議（SLA） 通信容量的可用性和性能 支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路調(diào)試 / 跟蹤，尤其是提供相關(guān)的技術(shù)援助 提供廣泛可用 / 有保證的通信容量（固定 / 可靠的帶寬） 所有移動網(wǎng)絡(luò)運營商之間的短信傳遞狀態(tài)通知 標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序編程接（APIs）的配置，涵蓋所有供 應(yīng)商（SIM 卡激活 / 停用） 資費管理 移

8、動服務(wù)合約的成本控制 服務(wù)質(zhì)量（固定帶寬） 可支付的全球漫游費 廣泛使用的嵌入式 SIM 卡 以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的解決方案 在人煙稀少的地方 。,3、實現(xiàn)路徑（續(xù)）：開展八大行動,（4）安全和安保 安全和安保對智能制造系統(tǒng)的成功至關(guān)重要。確保生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品本身對人或者環(huán)境不造成任何危險，這點非常重要。同時，生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)品，尤其是它們所包含的數(shù)據(jù)和信息，都需要加以保護(hù)，防止被濫用和未經(jīng)授權(quán)的訪問。,3、實現(xiàn)路徑（續(xù)）：開展八大行動,（5）數(shù)字化工業(yè)時代工作的組織和設(shè)計 在智能工廠，雇員的角色將發(fā)生引人注目的改變。越來越多的實時導(dǎo)向的控制，將改變工作內(nèi)容、工作流程和工作環(huán)境。工作組織以一種社會-技術(shù)方法

9、實現(xiàn)，將為員工提供承擔(dān)重大責(zé)任和促進(jìn)個人發(fā)展的機會。這一旦成為現(xiàn)實，部署合作的工作設(shè)計、終身學(xué)習(xí)的措施，以及啟動參考模型課題將變得尤為重要。,3、實現(xiàn)路徑（續(xù)）：開展八大行動,（6）培訓(xùn)和持續(xù)的職業(yè)發(fā)展 工業(yè)4.0將從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ骱蛯I(yè)能力。實施適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)策略并以培養(yǎng)學(xué)習(xí)的方式組織工作因此變得尤為必要，可借此實現(xiàn)終身學(xué)習(xí)和基于工作地點的個人發(fā)展。為達(dá)成這一目標(biāo)，示范項目和“最佳實踐網(wǎng)絡(luò)”應(yīng)該推廣，數(shù)字化學(xué)習(xí)技術(shù)也應(yīng)投入研究。,3、實現(xiàn)路徑（續(xù)）：開展八大行動,（7）監(jiān)管框架 在工業(yè)4.0下建立新的制造流程和橫向業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時，必須遵守法律；而現(xiàn)有法律也同樣應(yīng)在需要時，考慮到創(chuàng)新的影響進(jìn)

10、行調(diào)整。面臨的挑戰(zhàn)包括保護(hù)企業(yè)數(shù)據(jù)、責(zé)任問題、處理個人數(shù)據(jù)和貿(mào)易限制。這將不僅對立法，也對其他有商業(yè)性質(zhì)的活動提出了要求制度將作為一個涵蓋面廣泛的適用工具而存在，其內(nèi)容包括指導(dǎo)方針、合同范本和公司集體協(xié)議，或者自我監(jiān)管的舉措如審計。,（8）資源效率 撇開成本高不說，僅制造業(yè)在原材料和能源上的大量消耗就給環(huán)境和安全供應(yīng)帶來諸多風(fēng)險。工業(yè)4.0將帶來資源生產(chǎn)力和效率的提高。對企業(yè)來說，權(quán)衡“需要投資在智能工廠中的額外資源”與“帶來的潛在節(jié)約”之間的利弊非常必要。,3、實現(xiàn)路徑（續(xù)）：開展八大行動,2014年漢諾威工業(yè)博覽會（簡稱漢諾威工博會）4月7日在德國開幕，本屆工博會的主題為“融合的工業(yè)下一步

11、”。,成都西門子數(shù)字化工廠,西門子德國安貝格自動化工廠,4、從概念走向現(xiàn)實,5、工業(yè)4.0應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?（1）滿足個體用戶的需求 （2）靈活性 （3）決策優(yōu)化 （4）資源生產(chǎn)率和利用效率 （5）新服務(wù)創(chuàng)造價值機會 （6）應(yīng)對工作場所人口的變化 （7）工作和生活的平衡 （8）高工資仍然具有競爭力,工業(yè)4.0允許在設(shè)計、配置、訂購、規(guī)劃、制造和運作等環(huán)節(jié)能夠考慮到個體和客戶特殊需求，而且即使在最后階段仍能變動。,基于 CPS 的自組織網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)過程的不同方面，如質(zhì)量、時間、風(fēng)險、魯棒性、價格和生態(tài)友好性等，進(jìn)行動態(tài)配置。,為了在全球市場上取得成功，在短時間內(nèi)能夠做出正確決定變得越來越關(guān)鍵。,

12、工業(yè)制造過程的總體戰(zhàn)略目標(biāo)適用工業(yè) 4.0：在給定資源量的前提下，得到盡可能高的產(chǎn)品輸出；使用盡可能低的資源量，達(dá)到指定的輸出。,通過下游服務(wù)，工業(yè) 4.0 開辟了創(chuàng)造價值的新途徑和就業(yè)的新形式。,通過工作組織和能力發(fā)展計劃相結(jié)合，人與技術(shù)系統(tǒng)之間的互動合作將為企業(yè)提供新的機會，將人口變化轉(zhuǎn)化為自身的優(yōu)勢。,使用 CPS 的公司更加靈活的工作組織模式，意味著它們可以很好地滿足員工不斷增長的需求，讓員工在工作與個人生活之間，以及個人發(fā)展與持續(xù)的職業(yè)發(fā)展之間實現(xiàn)更好的平衡。,工業(yè) 4.0 不會對相關(guān)行業(yè)構(gòu)成純技術(shù)層面或與信息技術(shù)相關(guān)的挑戰(zhàn)。,提 綱,一. 德國工業(yè)4.0介紹 二. 其他發(fā)達(dá)國家情況

13、 三. 對中國工業(yè)的啟示 四. 幾點思考,二、其他發(fā)達(dá)國家情況,（1）美國再工業(yè)化 美國“再工業(yè)化”，包括調(diào)整、提升傳統(tǒng)制造業(yè)結(jié)構(gòu)及競爭力和發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)兩條主線。美國制造業(yè)并沒有衰落，2010年美國制造業(yè)產(chǎn)出近1.8萬億美元，稍稍領(lǐng)先于中國，比日本制造業(yè)產(chǎn)出高2/3，是德國制造業(yè)產(chǎn)出的三倍，仍是世界最大的。2011年，美國制造業(yè)產(chǎn)量創(chuàng)歷史紀(jì)錄，比1990年高六倍。美國制造業(yè)的主要問題是就業(yè)崗位在減少，成因主要是國內(nèi)生產(chǎn)自動化和勞動成本過高，迫使美國大公司將產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移到國外。1970年，在美國全部7000萬就業(yè)崗位中，在制造業(yè)就業(yè)者近1700萬，占25%。到2012年，在美國13370萬就業(yè)崗

14、位中，在制造業(yè)就業(yè)者只有1190萬，僅占9%。美國政府鼓勵“制造業(yè)回歸”以來，已出現(xiàn)某些制造業(yè)回歸美國跡象。但專家們一致認(rèn)為，美國“再工業(yè)化”主要目標(biāo)是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)。比如3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)已成為美國“十大增長最快的工業(yè)”之一。有專家認(rèn)為，3D打印技術(shù)或許具有蒸汽機或電話相似的時代意義，很可能預(yù)示新的工業(yè)革命正在到來。,二、 其他發(fā)達(dá)國家情況,（2）日本 日本政府也極端重視高端制造業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模編制技術(shù)戰(zhàn)略圖。首先，政府加大了開發(fā)企業(yè)3D打印機等尖端技術(shù)的財政投入。2014年，經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省繼續(xù)把3D打印機列為優(yōu)先政策扶持對象，計劃當(dāng)年投資45億日元，實施名為“以3D造

15、型技術(shù)為核心的產(chǎn)品制造革命”的大規(guī)模研究開發(fā)項目，開發(fā)世界最高水平的金屬粉末造型用3D打印機。其次，快速更新制造技術(shù)，提高產(chǎn)品制造競爭力。近年日本制造業(yè)出現(xiàn)了三個新現(xiàn)象。一是采用“小生產(chǎn)線”的企業(yè)增多：本田公司通過采取新技術(shù)減少噴漆次數(shù)、減少熱處理工序等措施把生產(chǎn)線縮短了40%，并通過改變車身結(jié)構(gòu)設(shè)計把焊接生產(chǎn)線由18道工序減少為9道，建成了世界最短的高端車型生產(chǎn)線；二是采用小型設(shè)備的企業(yè)增多：日本電裝公司對鋁壓鑄件的生產(chǎn)設(shè)備、工藝進(jìn)行改革，使得鑄造線生產(chǎn)成本降低了30%，設(shè)備面積減少80%，能源消費量降低50%；三是通過機器人、無人搬運機、無人工廠、“細(xì)胞生產(chǎn)方式”等突破成本瓶頸：佳能公司從

16、“細(xì)胞生產(chǎn)方式”到“機械細(xì)胞方式”，再到世界首個數(shù)碼照相機無人工廠，大幅度地提高了成本競爭力。,提 綱,一. 德國工業(yè)4.0介紹 二. 其他發(fā)達(dá)國家情況 三. 對中國工業(yè)的啟示 四. 幾點思考,三、對中國工業(yè)的啟示,一點認(rèn)識 “德國工業(yè)4.0戰(zhàn)略”和”中國兩化融合戰(zhàn)略” 的目標(biāo)相同、本質(zhì)相同。 兩點挑戰(zhàn) 一方面，從盈利能力及品牌地位來看，中國制造業(yè)競爭力與發(fā)達(dá)國家存在較大差距。 另一方面，從研發(fā)投入比較來看，中國制造業(yè)競爭力提升亦面臨較大挑戰(zhàn)。如：美國研發(fā)投入前20名企業(yè)的研發(fā)投入總額高達(dá)2700多億美元，超過我國全部企業(yè)研發(fā)投入總額。 三個機遇 一是 為中國工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了新的增長機會。 二是

17、 先進(jìn)制造技術(shù)終歸是在工廠和制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用，中國龐大的制造基礎(chǔ)為先進(jìn)制造技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的潛在市場和應(yīng)用場所。 三是 借助德國4.0平臺，搶占制高點，提高我國高端制造業(yè)的發(fā)展水平。,三、對中國工業(yè)的啟示：減少能源消耗生產(chǎn)間歇的汽車車身裝配線,如今，許多生產(chǎn)線或者它們的一部分因生產(chǎn)間歇、周末或者輪班而沒有從事生產(chǎn)的時候仍然持續(xù)地運行并消耗大量的能源。例如，使用激光焊接技術(shù)的汽車車身裝配線在生產(chǎn)間歇時所消耗的能源占據(jù)了其全部能源消耗總量的 12%。這些生產(chǎn)線每周工作 5 天，實行 3 班倒。雖然這些復(fù)雜的機器在周末并不生產(chǎn)，但它們?nèi)匀槐３止ぷ鳡顟B(tài)以便周末結(jié)束后迅速投入生產(chǎn)。 未來，機

18、器人即便在很短的生產(chǎn)間歇也可以關(guān)閉，而在比較長的時間段，它們將保持一種被稱為“網(wǎng)絡(luò)喚醒模式”的待命狀態(tài)；通風(fēng)設(shè)備將可以控制速度以滿足不同需求。這些措施將可以減少總能源消耗的 12%，加上生產(chǎn)間歇節(jié)能 90%。,三、對中國工業(yè)的啟示：貫穿全價值鏈的端到端系統(tǒng)工程,端到端的數(shù)字系統(tǒng)工程和由此產(chǎn)生的價值鏈優(yōu)化將意味著，顧客不用再從供應(yīng)商預(yù)先制作的產(chǎn)品系列中挑選產(chǎn)品；取而代之的是通過個性化功能和組件的混合和匹配，來滿足自己的特殊需求。 潛在利益： 1高銷售額源自更大的市場和更高的客戶滿意度。 2. 通過價值鏈中端到端的數(shù)字集成減少內(nèi)部運營成本。,三、對中國工業(yè)的啟示：支持定制生產(chǎn)滿足客戶個性化的需求,實施工業(yè)4.0的結(jié)果是出現(xiàn)動態(tài)生產(chǎn)線。車輛成為可以通過裝配車間從一個信息物理系統(tǒng)功能處理模塊到另一個自主移動的智能產(chǎn)品。動態(tài)重新配置生產(chǎn)線，使得它可以與合適車輛的設(shè)備混裝并匹配，此外，個體差異（如從另一個車系列配備座椅）可以在任何時間根據(jù)物流情況加以執(zhí)行，而不被中控系統(tǒng)事先設(shè)定的時序所約束。,提 綱,一. 德國工業(yè)4.0介紹 二. 其他發(fā)達(dá)國家情況 三.