什么是工业4.0?什么是工业互联网?什么是中国制造2025

什么是工业4.0?什么是工业互联网?什么是中国制造2025,第1张

《纽约时报》2012年2月13日撰文称,“移动互联网、大数据、智能制造这三个技术结合在一起,正在彻底颠覆我们的生活”。2015年中国有几个概念非常的热火,第一是大众创业、万众创新,第二是工业40,第三个是“互联网+”。
“互联网+”
“互联网+”这个巨大无比的概念里,包含“互联网+金融”、“互联网+零售”等等,而“互联网+制造”就是工业40。中国政府积极推进工业40工程,明确提出“制定‘互联网+’行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合”。国务院提出的“互联网+”的本质是指产业互联网,与早期提出的两化融合,和现在提出的工业40不谋而合。“互联网+”是两化融合的升级版,将推动中国制造向中国创造转型。
中国发展“互联网+制造”具有三方面显著优势:首先,ICT产业领先,在移动通信领域,华为、中兴已经是全球领先的电信设备供应商,中国移动是TD-LTE标准的重要推动者之一,中国企业在该领域已经建立起自己的知识产权武器库。在应用端,中国移动互联企业也已取得全球领先地位;其次,市场前景广阔,2012年中国制造业增加值占全球制造业增加值的224%,居全球第一位,比排名第二的美国高5个百分点,是排名第三的日本的两倍多,而且中国的制造业中劳动密集型企业仍然占据很大份额,未来提升的空间很大;再次,政策支持,从中央到地方政府,已为制造业转型升级制定多项支持计划。2012年7月,国务院印发《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》,将新一代信息技术、高端装备制造、新能源、新材料等七大产业列为国家重点发展的新兴产业,并把物联网、云计算单独列为重大专项工程。“中国制造2025”的出台,更将互联网和制造业的结合作为未来制造业发展的重要方向。
助推“互联网+中国制造”的三个基础分别是:软件一体化、创新生产硬件以及移动互联网。
移动互联网在中国扎根已有十五年的时间,移动互联网过去的所有的资源、资金都已经压在第三产业,所以我们称之为消费互联网。现在移动互联网来到工业、农业。按照马云的说法,互联网成为这个社会的底层基础设施,是水、电、煤和高速公路。那么,随着移动互联网对工业领域、农业领域的颠覆、侵袭,实际上整个移动互联网个人认为它进入深层次的再造,深层次的重新产生效率的一个阶段。这也就是我们中国政府提出“互联网+”的核心要义所在。
实际上在过去的15年当中,我本人不仅见证了自动化到互联网化,还洞察了万物互联所带来的技术变迁。以移动互联网为核心的工业制造业,它影响到整个中国的就业,因为在制造领域里,就业人员达8000万以上,它会影响到军事、国防,影响所有的产品生产、制造、流程、供应链,是对制造业中传统工业生产模式的彻底颠覆,称之为工业革命,是毫不为过的。
看世界工业的演进史会发现,工业革命是经济史上的“奇点”,它推动了一系列的政治、军事、经济和社会变革。工业革命在放大人类力量的过程中形成了一些重要特点,第一次工业革命以蒸汽机与大机械结合为代表,生产效率大幅提高,生产引领消费,延续时间86年;第二次工业革命以内燃机与电气结合为代表,物动人不动,生产线将产品随时送到工作台,工人站定岗位,每人完成单一任务,以“一对多”规模生产,延续时间99年;第三次工业革命以自动化与网络化结合为代表,人动物也动,灵活生产“一对一”产品,到现在已经44年,大概还会延续10到20年。
第四次工业革命以2013年德国汉诺威为起始,基于信息物理融合系统的智能制造诞生。此次新一轮全球工业革命实际上是工业和互联网融合。
美国提出了工业互联网标准,希望关注设备互联、数据分析、以及数据基础上对业务的洞察,他们对传统工业互联网互联互通,其关注点在大数据和云计算。德国提出工业40,拥有强大的机械制造技术,嵌入式以及控制设备的先进设备和能力,德国很关注生产过程智能化和虚拟化的深刻改变。
可以看到,美国工业互联网和德国工业40,实施路径和逻辑相反,但是目标一致。美国是以GE、IBM这些公司为支持,侧重于从软件出发打通硬件;德国是以西门子、库卡、SAP这些公司为主导,希望可以从硬件打通到软件。无论从软到硬,还是从硬到软,两者的目标是一致的,就是实现智能制造,实现移动互联网和工业的融合。
德国政府所定义的德国工业40,由一个信息,一个网络,四大主题、三项集成、八项计划组成的框架结构。德国推出工业40,目的在于重新引导全球制造业潮流、引导第四次工业革命。谁主导了这场工业革命,谁可以制订标准,就可以成为这个革命的王者,可以挽救欧盟的衰落,也可以使德国重新成为世界的霸主。
工业40带来的三大红利领域
第一类,智能工厂。也分为两小类:一是传统的工厂转型成智能工厂;二是一出生就是智能工厂的。

第二类,技术解决方案公司。为制造业提供智能工厂、顶层设计、转型路径图、软硬件一体化设施的“工业40”解决方案公司,总集成商。在“工业40”解决方案里,包括软件、硬件。软件有工业物联网、工业网络安全、工业大数据、云计算平台、MES系统、虚拟现实,人工智能,支持工作的自动化等。硬件有机器人(包括高端的零部件)、传感器、RFID、3D打印,机器视觉,智能物流,也是AGV,PLC,数据采集器,工业交换机等。
实际上中国有400万传统的制造业企业,在未来10年,甚至20年的时间,他们都会逐渐地分步骤地转型成“工业40”工厂。那么,这里就面临一个巨大的市场。
第三类,为中国的制造业转型成“工业40”过程当中的九大技术供应商,包括工业物联网,工业网络安全,工业大数据,云计算平台等等。
工业40的两大目标:智能制造&智能工厂
第一个目标是智能制造,第二个是智能工厂。过去智能制造商有几种说法:第一数字化制造,第二智慧制造,这些表述都不准确。工信部和中国工程院把中国版的工业40的核心目标定义为智能制造,这个词表述非常准确。由智能制造再延伸到具体的工厂而言,就是智能工厂。
智能制造是工业40的核心,作为广义概念,智能制造包含五个方面,实现这五个方面的智能化之后,才可以实现大的智能制造的概念。
智能制造是一个巨系统,工业40就意味着超复杂的巨系统正在形成,车间里面的机器如同智能手机,通过更新 *** 作系统实现功能升级,通过工业APP实现各种功能,通过API不断拓展制造生态系统。
所有的机器、产品、零部件、人员、原材料、所有的研发工具、测试验证平台、虚拟产品和工厂,所有的产品管理、生产管理、运营管理流程,所有的研发、生产、管理、销售员工,各级供应商以及成千上万的客户,都将是这一个系统的重要组成部分,一个基于云端、管道、端到端的信息复杂的体系正在形成。在这里面,车间的机器就像智能手机一样,整个 *** 作会形成一个巨大无比的巨系统。
在智能工厂,德国人希望实现两个概念目标。第一个是机器生产机器,或者说自己生产自己。第二个就是无人工厂,或者是黑灯工厂,或百分百全智能工厂,人与智能机器并存。智能工厂是现代工厂发展的新阶段,是在数字化基础上,利用物联网技术和设备监控技术,来加强信息和服务。

智能工厂有三大特征:第一个特征是信息基础设施高度互联,包括生产设备、机器人、 *** 作人员、物料和成品;第二是制造过程数据具备实时性,生产数据具有平稳的节拍和到达流,数据的存储与处理也具有实时性;第三是可以利用存储的数据从事数据挖掘分析,有自学习功能,还可以改善不优化制造工艺过程。
智能工厂的发展趋势是从柔性化到敏捷化到智能化再到信息化。
工业40的五个特点
互联
互联工业40的核心是连接,当然今天移动互联网的整个世界核心在连接,就像百度一样,在连接人和信息,就像腾讯一样,连接人和人。工业40要把设备、生产线、工厂、供应商、产品和客户紧密地联系在一起。
数据
当传感器无处不在,智能设备无处不在,智能终端无处不在,连接无处不在,必然的结果就是数据无处不在。这些数据包括产品数据、设备数据、研发数据、工业链数据、运营数据、管理数据、销售数据、消费者数据等等。
马云说过,阿里巴巴本质上是一家数据公司,雷军也讲过,小米本质是一家数据公司,从IT到DT,未来整个社会变成大数据的社会。
从工业30到工业40,我提出一个自己的观点,实际上从模具到数据,30的工业是以模具为核心,40的工业是以数据为基础,所有的工厂都会变成数据工厂。
集成
集成是工业40的关键词,也是中国推动两化融合的关键词,工业40将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS形成一个智能网络。
通过这个智能网络,使人与人、人与机器、机器与机器、以及服务于服务之间,能够形成一个互联,从而实现横向、纵向和端到端的高度集成。
创新
工业40的实施过程是制造业创新发展的过程,制造技术、产品、模式、业态、组织等方面的创新,将会层出不穷,从技术创新到产品创新,到模式创新,再到液态创新,最后到组织创新。
转型
对于中国的传统制造业而言,转型实际上是从传统的工厂,从20、30的工厂转型到40的工厂,整个生产形态上,从大规模生产,转向个性化定制。阿里巴巴在三年前就提出,整个制造业的生产流程,从B2B、B2C,转成C2B。他们很敏锐地看到了这样的一个方向,整个生产的过程更加柔性化、个性化、定制化。这是工业40一个非常重要的特征。
工业40是从生产型制造转型成服务型制造。未来生产和服务的界限会更加模糊,按照德国工业40整个框架来说,未来的工厂有可能从集中式生产转成分布式生产。3D打印会快速使用,未来工厂的概念,可能是一个全新的概念,不是我们今天所看到的,有几百人、几千人和设备。未来的工厂可能在客户的客厅,通过3D打印来完成,有可能每一个客户的客厅都是一个生产的车间。
举一个例子,过去生产一台电饭煲,可能在中国的广东生产,然后运到非洲送给客户。但是在未来,工业40时代,这个广东的电饭煲公司只需要电脑设计图纸,传到非洲客户的电脑,客户就可以通过客厅的3D打印机把这台电饭煲打印出来,就意味着客厅已经成为生产车间,所以未来工厂的概念是需要刷新我们的想象的。
工业40是从过去要素驱动向未来的创新驱动。过去是基于人口红利,是基于整个生产的大规模化、定制化,基于汇率低估,破坏环境所导致的要素驱动。未来工业40时代,整个生产制造业向40工厂转型、向创新驱动,科技的含量会变的越来越多,工厂人数在急剧减少,过去蓝领工人会转向黑领工人,是由电脑 *** 作人员在 *** 作整个机器,车间里面会大量使用低成本自动化装备,启用工业机器人,生产过程当中机器可以实现德国40所定义的自己生产自己,机器生产机器。
中国制造2025
由中国政府在2015年初提出,将信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化制造作为今后发展主线,以未来十年为发展周期,目标是驱动制造业转型升级,推动中国由制造业大国向制造业强国转型。
从本质上看,工业互联网是数据流、硬件、软件和智能的交互,由智能设备和网络收集的数据存储之后,利用大数据分析工具进行数据分析和可视化,由此产生智能信息供决策者进行实时判断处理。从工作流程上来看,工业互联网通过三个步骤实现其效能:工业数据的获取、工业数据的分析、调度执行,分别对应于物联网、云计算和大数据、专网通信,这是工业互联网的关键元素。
在我国当前阶段,工业互联网具体表现为将互联网作为当前信息化的核心,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,推动两化融合深度发展。我们认为,工业互联网是2015年政府工作报告中提出的互联网+行动计划的关键部分,即互联网+工业。而中国制造2025也为后续产业升级指明了方向。在人类的发展史上,经历了两次技术的飞跃,分别是工业革命、计算机与互联网革命,我们认为,第三次技术的飞跃将是工业互联网革命。
工业革命:18世纪蒸汽机的发明,开创了以机器代替手工劳动的工业革命时代。工业革命在推进的过程中,分别出现了蒸汽机、内燃机,然后是电报电话和电力。
计算机与互联网革命:1947年,第一款点接触晶体管在贝尔实验室研制成功,标志着计算机与互联网革命的到来。1986年,思科推出第一款多协议路由器产品,市场需求强烈,有力的推动万维网的发展。1981年8月只有不到300台电脑可以连接到互联网,而今天连接互联网的设备则以数十亿计,信息传输的速度和数量大幅增长。然而,目前互联网在工业领域的渗透率还比较低。
工业互联网革命:经过工业革命的发展,大型机器在工业生产中得到了广泛的应用,促进了社会进步和经济大发展。但是机器的性能还没有完全发挥,系统性的效率低下问题比较严重。于是,在过去的十年中,部分企业开始逐步将互联网技术应用到工业生产,发展开放的工业计算机和通信系统。工业互联网将有助于工业系统各层面更好的运转,通过优化检查、维护和修理过程,资产的可靠性和运行的效率得以提高。

两者不是一样的概念。物联网的核心和基础仍然是互联网,工业以太网是互联网的一种类型,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。
工业以太网
工业以太网是基于IEEE 8023 (Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网,SIMATIC NET 提供了一个无缝集成到新的多媒体世界的途径。 企业内部互联网(Intranet),外部互联网(Extranet),以及国际互联网(Internet) 提供的广泛应用不但已经进入今天的办公室领域,而且还可以应用于生产和过程自动化。继10M波特率以太网成功运行之后,具有交换功能,全双工和自适应的100M波特率快速以太网(Fast Ethernet,符合IEEE 8023u 的标准)也已成功运行多年。采用何种性能的以太网取决于用户的需要。通用的兼容性允许用户无缝升级到新技术。
物联网
物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是:“Internet of things(IoT)”。顾名思义,物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思:其一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上的延伸和扩展的网络;其二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通信,也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术,广泛应用于网络的融合中,也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展,与其说物联网是网络,不如说物联网是业务和应用。因此,应用创新是物联网发展的核心,以用户体验为核心的创新20是物联网发展的灵魂。
活点定义:利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起,形成人与物、物与物相联,实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸,它包括互联网及互联网上所有的资源,兼容互联网所有的应用,但物联网中所有的元素(所有的设备、资源及通信等)都是个性化和私有化

智能物联网的应用是广泛的,他涉及到在多钟行业提供完善的解决方案。

1、通用行业的物联网应用:

物联网方案提供数据的多协议高速接入、实时数据流式处理、海量数据存储、大数据分析以及设备安全管理等物联网业务所需的全栈服务。通过灵活的选择和搭配这些服务,客户能够构建满足业务场景需求的各种应用,从智能设备和智能家居,到绿色能源,再到农业田间监控。未来,百度云物联网解决方案可以为客户带来更多的IoT专属服务,提供云+端的整体方案,让客户能够更加快捷的实现安全稳定高性能的IoT业务。

2、工业设备云服务:

物联网解决方案在工业行业可以增强传统装备,助力装备制造商实现产品的网络化、服务化、绿色化和智能化。

3、零售O2O行业应用:

智能物联网平台助力购物商超/连锁/购物中心等零售企业构建完善统一的云端数据平台,连接线上线下数据以及百度海量数据,提升客户满意度,提高利润和营业额,以数据驱动商业未来。

4、车联网云行业应用:

“百度天工车联网云”是基于百度云天工物联网平台、百度人工智能及大数据服务平台、百度地图位置服务平台等百度基础服务平台而打造的、“云 + 端 + 内容”的智能车联网云服务平台,为传统及新能源车以及相关附属设备“数字化并上云”提供基础服务,为行业用户及领域内系统集成商构建定制化的车联网应用提供支撑。

主要的基础性车联网服务类型包括:“位置与轨迹”类、“监控与报警”类、“智能交互、车辆与设备管理”类、“驾驶管理”类、“智能诊断与维修”类、“内容与信息集成”类。所有基础服务功能将陆续上线。

5、智慧环保行业应用:

在百度天工物联网平台上,对环境对象进行全面的监控、数据采集、处理与分析,并融合大数据、人工智能技术,实现精细化、智能化的环境管理和决策支持,实现对生产过程的管理与优化。

6、智能建筑行业:

基于百度云计算、大数据、人工智能技术,结合智能硬件技术、物联网技术,融合百度内部各类产品的智能建筑云服务平台。

百度智能建筑云以设备、人员、业务整体在线为核心思路,帮助建筑提升全生命周期的信息化、自动化、智能化。从感知、分析、优化三个层面打造更安全、更舒适、更便捷的智能建筑环境。

7、物流行业:

物联网已经被广泛应用的行业就是物流行业了。物流业是物联网很早就实实在在落地的行业之一,很多先进的现代物流系统已经具备了信息化、数字化、网络化、集成化、智能化、柔性化、敏捷化、可视化、自动化等先进技术特征。

传感器的重要作用

2012年,美国提出“工业互联网”,2013年,德国提出“工业40”,2015年,中国提出“中国制造2025”。在工业物联网、AR、云计算等技术热潮下,全球众多优秀制造企业都开始建设智慧工厂,实现自动化、信息化和智能化的智慧工厂是未来工业制造的发展趋势。那么,什么样的工厂才能称做智慧工厂?作为智慧工厂重要组成部分的工业机器人采用了哪些技术?

智慧工厂的标配

提到智慧工厂,人们首先想到的是自动化、智能化、工业机器人、工业物联网等概念,那么,一个智慧工厂的标准配置有哪些?

控制器是智慧工厂的大脑,由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和 *** 作控制器组成,它是发布命令的“决策机构”,完成协调和指挥整个计算机系统的 *** 作。智慧工厂中常用的控制器有PLC、工控机等。

工业机器人是自动执行工作的机器装置,它既可以接受人的指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的指令行动。

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是自动化工厂提供动力的肌肉。伺服电机转子转速受输入信号控制,在自动控制系统中用作执行元件,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

 

传感器为智慧工厂提供触觉,是实现自动检测和自动控制的首要环节。它能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息按一定规律变换成电信号或其他形式的信息输出。在自动化生产过程中需要用各种传感器来监视和控制各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。

变频器是智慧工厂的交换器,由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元和检测单元微处理单元组成。它应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率的方式来控制交流电动机。

电磁阀是用电磁控制的工业设备,可以配合不同的电路来实现预期的控制。它属于执行器,是智慧工厂的开关。

工业相机是智慧工厂的眼睛,是机器视觉系统关键组件。工业相机一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断,通过数字图像摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统。图像系统对这些信号进行各种运算,抽取目标特征,并根据判别的结果来控制现场的设备动作。


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