1、工业4.0从智慧工厂到智能生产,时间,复杂程度,工业革命1.0,18世纪末,1784,工业革命2.0,20世纪初,电力广泛应用,蒸汽机,工业革命3.0,电子、IT、工业机器人,工业革命4.0,信息物联系统,Industry 4.0德国高科技战略计划首位,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,智能化环境,嵌入式计算机,智能工厂,智能手机智能卡,90%的计算机都是嵌入式,多个计算机：1个用户,1个计算机：1个用户,PC,中央计算机,1个计算机：多个用户,基于物联网与服务的智能环境发展过程,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,高精度高品质多品种小批量的智能产品,绿色生产：清洁、资源利用率高的可
2、持续发展,智能工厂位于城市的城市生产,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,Industry 4.0德国高科技战略计划首位 “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。,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,Industry 4.0德国高科技战略计划 两大主题：智慧工厂、智能生产 智慧工厂 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智能生产 主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动、3D打印以及增材制造等技术在工业生产过程
3、中的应用等,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,Industry 4.0德国高科技战略计划 两大主题：智慧工厂、智能生产 三个设想：产品、设施、管理 产品：集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需信息 设施：由整个生产价值链所集成，可实现自组织 管理：能够根据当前的状况灵活决定生产过程,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,智慧工厂的架构基于物联网和服务互联网,物联网,服务互联网,智能物料,APP平台,智能产品,APP平台,信息物理生产系统,智慧工厂,APP平台,基于语义的PLM、ERP、QMS、ERP,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,
4、智慧工厂的流程基于云安全网络,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,智慧工厂的布局面向服务的工厂系统布局,服务库,硬件无关 抽象服务,硬件相关 设备控制,现场层,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,智慧工厂的车间基于无线、RFID、传感器和服务的架构,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0下的产品特点 集成了信息存储、传感、无线通信功能 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
5、,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0下的数据挖据与知识发现 大数据 制造业存储了超过其他工业部门的数据 从2010年以来新产品数据达到接近2艾字节（216） 仪器仪表产品 供应链管理系统 产品全生命周期系统,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0下的多模式交互,多模式交互,语音,图形/视觉,手势,眼球跟踪,面部表情 身体语言,肢体动作,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统,基于上下文的自适应故障诊断辅助工具,基于肢体动作的物理辅助,移动式个性化自适应的辅助导航系统,多模式的人机交互,基于位置的维护和规划辅助工具,基于
6、虚拟现实/增强现实的复杂工作流程辅助管理工具,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,面向智慧工厂的APP商店 下载量身定制的用户界面,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,面向智慧工厂的室内精确定位,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,智慧工厂中的增强现实技术,工业环境,佩戴谷歌眼镜的工人,工具,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,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,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,智慧工厂中的智能装配,DFKI研发的抽象产品记忆系统用于自适应抓取和
7、智能产品装配,在头部安装立体相机，在手臂靠近物体的地方安装3D摄像头,机器人利用左手内部天线从产品内存中读取尺寸、重量和加持点，同时机器人能够从信息物理系统中获得产品装配说明书,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS） 信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）强调物理过程与信息间的反馈。 2008年美国加利福利亚大学的Lee.E在其技术报告信息物理系统：设计挑战中指出：信息物理系统是计算和物理过程的整合集成。嵌入式计算机和网络对物理过程进行监测和控制。 从自动化技术的观点看，CPS是一种工程系统，由一个嵌入在物体中的计算和通信的
8、内核，以及物理环境中的结构所监测和控制。（Karl Henrik Johansson，2011） 以信息物理生产系统CPPS为模型构建智慧工厂，或者数字化工厂,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,算法,文档 三维模型 工艺数据 ,CPS：系统中的物理对象和相应的虚拟对象通过泛在信息网络进行通信,Cyber：算法和服务，服务的动态集成 和服务提供商，并跨越边界进行信息交流,Cyber：包括3D模型，仿真模型，文档，关系，工作条件等数据能够通过可变信息网络在任何地方和任何时间进行搜集,Physcial：在生产系统中的人和自动化模块具有智能化、自我解释、
9、自我意识、自我诊断、交互评估能力,CPS系统触发了工业自动化模式转变,服务,云,物理对象,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,文化,工业 CPS应用 智慧工厂 CPPS,能源 CPS应用 智能电网,移动通信 CPS应用 智能手机,健康 CPS应用 智能健康,与所有领域相关的通用技术 （语义技术、云计算服务平台）,经济,安全、工程、教育、参考框架、模型,物联网,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0自动化-信息物理系统（CPS）,通过价值链实现横向集成,跨整个价值链的工程,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0自动化-信息物理
10、系统（CPS）,垂直集成与网络化制造,在明天的智慧工厂，生产结构不会是固定的，预定义的。相反，一组IT配置的 规则将被定义，可以根据具体情况 进行工厂结构的拓扑结构配置组合，其中包括针对模型，数据，通信和计算 算法的所有相关要求。,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,工业4.0的标准规范,工业4.0 智慧工厂,标准,EMMA: 多模式工业辅助系统,OMM: 语义产品内存,USDL: 信息物理产品系统中的语义服务,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,智能产品案例-智能化汽车,动力管理APP,驾驶员辅助APP,智能用户界面APP,绿色驾驶 APP,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,智
11、能产品案例-波音 波音公司已经在一些领域（军用民用）应用信息物理系统，从中获益匪浅。 CPS 对于波音公司航空航天领域至关重要,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,德国一些企业已经开始实施industry 4.0,TRUMPF公司,SAP公司,WITTENSTEIN公司,FESTO公司,BOSCH公司,4.1 工业4.0从智慧工厂到智能生产,总结 多品种小批量智能产品的高精度卓越品质生产是未来像德国一样成功经济的发展趋势 80%制造创新基于信息通信技术，通过信息通信技术实现了智慧工厂、绿色和城市生产 第四次工业革命将基于信息物理系统、物联网和互联服务，它将产生大量的大数据流，这些大数据能够被搜集和分析用于指导高效高品质生产； 基于信息物理系统的工业辅助系统能够支持、帮助和培训智慧工厂的下一代工人； 多通道增强现实系统能够允许个性化的工作流程和快速学习新产品工艺。,
