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。
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
解读德国 工业4.0
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
信息物联系统
复 杂 程 度
工业革命4.0
电子、IT、工业机 器人 工业革命3.0
电力广泛应用 蒸汽机 工业革命2.0
1784 18世纪末 20世纪初
工业革命1.0
时间
工业4.0——从智慧工厂到智能生产 基于物联网与服务的智能环境 发展过程
中国制造的问题
产品中低端、低价位竞争。
中国制造2025
向高端的努力——中国工业3.0
CIMS开启自动化研究：
信息化有成效，如甩图板工程、试点企业；
信息化救活了Oracle，数控帮助了Fanuc的成长；
未重视装备基础：数控机床、机器人成短板。
数控专项：
高档数控系统及机床有重要突破； 产业化尚需政策与市场倡导，04专项在调整。
德国为了保持制造业在全球的领先优势，实时提出工 业4.0，主要是发挥德国在制造技术和制造装备的传统 优势，将制造业和互联网等技术融合，形成工业互联 网，以保持德国在世界领先地位。 德国：强大的制造业+互联网 提出：工业4.0 美国：创新优势的互联网+优势制造业 提出：先进制造技术伙伴 发展路径和侧重点不一样，但目标是一样的。 中国：完备的制造业+互联网的创新 （互联网+制造，制造业+互联网） 提出：中国制造2025
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
பைடு நூலகம்
工具
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
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
今天
明天
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
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智能产品装配
移动式个性化自适应 的辅助导航系统
基于位置的维护和规 划辅助工具
多模式的人机交互
基于虚拟现实/增强 现实的复杂工作流程 辅助管理工具
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
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
工业4.0——从智慧工厂到智能生产
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）
服务
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
算法
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、自我意识、自我诊断、交 互评估能力
智能物料 APP平台
智慧工厂 APP平台
智能产品 APP平台
信息物理生产系统
物联网
工业4.0——从智慧工厂到智能生产
智慧工厂的流程
——基于云安全网络
智慧工厂2…N 智慧工厂1
机床间通信
智能物料
智能 机床1
…
智能 机床2
智能产品
面向机床的APP平台 信息物理生产系统
云安全网络
工业4.0——从智慧工厂到智能生产
绿色驾驶 APP
工业4.0——从智慧工厂到智能生产
智能产品案例-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
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
德国工业4.0与中国制造2025
背景
2008年-2010年，金融危机后，世界都在反思制造 业实体经济的发展。 首先，美国要重振制造业，要夺回制造业的领先优 势。 美国政府再次赋予机械工业行业更大的优先权。它 目前在努力实行积极的产业政策以创造就业机会和鼓 励制造业回归美国。2011年夏，奥巴马总统推出了先 进制造伙伴计划（AMP），这是一个汇集了来自研究 、商业和政治部门的代表私营机构，来共同描绘“投资 和促进新兴技术发展”的路线。
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
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
服务互联网
基于语义的PLM、ERP 、QMS、ERP
云
文档 三维模型 工艺数据 …
物理 对象
CPS系统触发了工业自动化模式转变
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）
物联网
经济 文化 …
与所有领域相关的通用技术 （语义技术、云计算服务平台）
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
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。
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
智慧工厂的布局
——面向服务的工厂系统布局
硬件无关 抽象服务
现场层 服务库
硬件相关 设备控制
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
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
我生产于2010 年4月30日，5 月3日出厂
CPS和物联网（IOT）已经在美国的公共资助中获益 了好几年。事实上，CPS系统早在2006年就被美国国 家科学基金会（NSF）确定为关键研究领域。然而， 实际上在制造业中很少具体使用CPS。网络信息技术 研究开发计划（NITRD）召集18家研究机构以协调包 括在人机交互和信息管理等不同IT领域的研究。在 2011年，NITRD有超过30亿美元预算供其使用。
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。
2. 中国制造2025
中国制造2025
中国制造2025
中国制造业——发展现状
中国制造走向高端
家电、汽车、飞机等装备制造一步步走向高端。
已成为制造业大国
增加值占全国工业收入的86.7%，占出口总量的95.09%； 制造业世界第一，占20%。
仪器仪表产品 供应链管理系统
产品全生命周期系统
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
语音
图形/视觉 手势
多模式交互
面部表情 身体语言 眼球跟踪 肢体动作
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
基于肢体动作的物理 辅助
基于上下文的自适应 故障诊断辅助工具
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 程中的应用等
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
智能化环境 智能工厂
嵌入式计算机
中央计算机
PC
智能手机 智能卡
90%的计算机都 是嵌入式
1个计算机： 多个用户
1个计算机：1 个用户
多个计算机：1个用户
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 率高的可持续发展
智能工厂位于城市的 城市生产
工业4.0——从智慧工厂到智能生产
AMP指导委员会由顶尖级工程大学（麻省理工学院， 加州大学伯克利分校，斯坦福大学，卡内基梅隆大学 ，密歇根大学和佐治亚理工学院）校长和美国知名企 业（包括卡特彼勒公司，康宁公司，陶氏化学，福特 ，霍尼韦尔，英特尔，强生，诺斯罗普· 格鲁门公司， 强生公司，宝洁公司和联合技术公司）老总组成。
2012年7月，AMP提出了一份带有16条详细建议的报告， 包括建立一个全国制造创新研究院网络（NNMII）建议。 这些研究院采取公—私合作形式，试图充当“区域性卓越 制造的枢纽”，旨在提高美国商业的全球竞争力和增加对 美国制造设施的投入。