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1、工业4.0及西门子工业数字化之路,内容,工业4.0 愿景通往工业4.0之路西门子工业4.0解决方案小结,工业4.0产生的背景-全球的大环境现实和各种新技术出现加速了工业发展的步伐,大环境,新技术,全球化,老龄化,城市化,物联网,高级机器人,云技术,气候变化,3D打印,知识自动化,制造业的挑战,全球竞争,人工成本增加,更短的产品生命周期,需求的多样化,材料成本上升,能源的不确定性,可持续和绿色制造,工业需求,提高运营效率与透明 提高复杂产品的灵活性 加快投放市场的步伐 改进材料质量与工艺,政府计划,.,德国工业4.0计划2013年4月德国政府首次发布，为保持德国制造业全球竞争力的战略举措解决资源
2、枯竭、城市化、老龄化和工作/生活平衡等全球挑战,2013年4月17日，美国制造业新战略“再工业化”发布制造业创新中心网络发展规划提振和回流制造业领导地位,2014年12月19日，日本特色是对人工智能产业的探索，以解决劳动力断层并支持未来的工业智能化，日本政府层面，非常重视从整体上对产业和行业进行布局。,2011年4月6日，五部委“关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见”。2015年5月8日发布中国制造2025，围绕创新驱动、智能转型、加快走新型工业化道路步伐，促进工业结构优化升级。,其中德国工业4.0为世界所共识,德国政府为保持德国制造业全球竞争力的战略举措，“工业4.0”战略的目的，是
3、为了“确保制造业的未来”。德国“工业4.0”是德国政府在德国工程院、弗劳恩霍夫协会、西门子公司等的建议和推动下形成的项目， 20多家德国企业、研究机构和大学参与，并成为面向2020年的国家战略, 在2013年4月汉诺威工业博览会上首次发布实施“工业4.0”战略建议书。其目标是定义在互联网时代制造业企业的发展道路，研究物联网和服务网演进为CPS信息物理融合系统后制造业格局和商业模式旨在解决资源枯竭、城市化、老龄化和工作/生活平衡等全球挑战,2013年汉诺威工业博览会上，由“产官学”组成的德国“工业4.0工作组”发表了题为德国工业4.0战略计划实施建议（以下简称建议），称物联网和制造业服务化宣告着
4、第四次工业革命到来。,制造业进化到4.0时代工业4.0-以信息物理融合系统广泛应用为主要标识的工业时代,从 工业 1.0 到 工业 4.0,1800,1900,2000,时间,如今,复杂程度,第一次工业革命其基础是引入由水力和蒸汽动力驱动的机械生产设备,第二次工业革命其基础是由于人工的分工与电能的使用而实现的大批量生产,第三次工业革命其基础是电子技术与 IT 的使用而进一步实现自动化生产,第四次工业革命其基础是使用信息物理融合系统,第一台机械纺织机，1784 年,第一条传送机皮带，辛辛那提屠宰场，1870 年,第一部可编程逻辑控制器 (PLC)Modicon 084，1969 年,来源：DFK
5、I (2011),智能设备 智能物料物联网 (IoT)IPv6网络化的分散制造系统,工业4.0的核心：-基于信息物理融合系统（CPS）的生产,“智能” 产品具有独特的身份识别，包含了生产所需的所有信息理解自己的“使命”和“路线图”“智能”制造工件自动呼叫移动自主智能加工单元的生产组织面向整个价值链的网络化生产设施的优化生产步骤基于实况变化柔性配置,通过“更智能化的”结构，降低复杂性！,CPPS,CPS,信息物理生产系统（CPPS)-以“数字影像”的形式包含所有信息,3D圖檔產品資料數位模型技術要求PMI標註,製造分工製程路線工裝資源工作說明產線規劃,品管資料材料批次加工過程錯誤處理零件追溯序列
6、,零組件週期零件組配狀態備品資訊維修3D模型變更及維修記錄維修成本,工作命令生產要求機台規劃模擬分析加工程式,工业4.0的关键特征：-涵盖从战略、流程、系统的三个层面,通过价值链和价值网络实现企业间横向集成,贯穿整个价值链的端到端工程数字化集成,企业内部灵活且可重新组合的网络化制造系统纵向集成,定义目标,实现,设置规则,使能,战略层面新的商业模式商业生态系统,流程层面集成的产品与生产生命周期从设计-制造-服务的闭环,系统层面基于CPS的柔性可配置的生产系统全集成自动化,“工业 4.0”实施的关键领域,跨价值网络横向集成战略,垂直集成及网络化制造系统,跨整个价值链的端对端工程集成流程,“工业 4
7、.0” : 信息物理融合系统CPS-改变了制造业的游戏规则,通过基于嵌入式互联网技术，进行分散的信息物理融合系统 (CPS) 交互,工业 4.0 对制造企业的要求：企业所制造的产品包含生产需要的所有信息 企业面向整个价值链，集成网络化的智能生产单元的自我组织企业基于制造过程的智能，灵活地制定符合当前情势的生产过程决策.,市场客户满意,生产自优化自修复,工程自主部件,调试自配置,市场动态需求,信息实时更新,设计全面3D工程化,“工业 4.0” : 信息物理融合系统CPS-改变了人在制造业的角色,第一步: 人创意和设计产品,第二步: 人决定生产工艺和参数,第三步: CPS 基于工艺规划仿真和比较各
8、种选项,第四步: CPS 形成优化的生产方案,第五步: 选择最优化的生产方式，开始生产, 作为计划者、控制者、决策者,德国“工业4.0”计划强调,未来工业生产形式的主要内容包括在生产要素高度灵活配置条件下大规模生产高度个性化产品顾客与业务伙伴对业务过程和价值创造过程广泛参与以及生产和高质量服务的集成等。物联网、服务网以及数据网将取代传统封闭性的制造系统。工业4.0 拥有巨大的潜力。智能工厂使个体顾客的需求得到满足，这意味着即使是生产一次性的产品也能获利。动态业务和工程流程使得生产在最后时刻也可以变化，也可能为供应商对生产过程中的干扰与失灵作出灵活反应。制造过程中提供的端到端的透明度有利于优化决
9、策。工业4.0也将带来创造价值的新方式和新的商业模式。特别是，它将为初始创业和小企业提供发展良机，并提供下游服务。,内容,工业4.0 愿景通往工业4.0之路西门子工业4.0解决方案小结,工业4.0理念下智慧企业建设路线,工业2.X特点: 单点信息系统应用,工业2.X平台,财务管理：成本核算费用监控绩效考核,客户关系管理：客户管理呼叫中心销售管理,产品设计：设计分析应用公差分析,单点应用系统时代：为满足业务需求，建立了一系列独立的计算机系统。,制造过程管理：工艺设计制造执行检测检验,供应链管理：供应商管理仓储管理物流网络,工业3.X平台,工业4.X平台,工业3.X特点:自动化(软件和硬件融合),
10、工业2.X平台,软硬件系统融合时代：实现软件系统之间、软硬件系统之间数据的互联互通。,工业3.X平台,工业4.X平台,工业自动化系统传感器系统驱动系统网络结构及通讯产品基于模型的信息互连,工业3.X 特点：利用虚拟仿真技术优化改善工厂P3R(产品、工厂及资源）,工业2.X平台,工业3.X平台,工业4.X平台,产 品,资 源,工 厂,3D设计仿真验证标准化,工厂仿真机器人自动化物流大数据,市场供应商质量财务绩效,软硬件系统融合时代：利用软件仿真技术优化企业硬件产能和资源分配,工业3.X特点：五大系统互连互通“倒逼”企业提升生产效能,ERP,WMS,MOM,Automation,PLM,数字化产品
11、设计,数字化产品验证,数字化产品制造,企业级BOM及变更管理,企业级项目管理,数字化产品规划,工业4.X特点: 智能产品和智能制造,工业2.X平台,工业3.X平台,工业4.X平台,智能产品，涵盖整个价值增值链,1,虚实互联，数字与实际环境的融合,2,制造互联，信息物理融合系统,3,通往工业4.0两大关键要素,数字化企业平台数字影像数字化的产品和生产定义，模拟现实世界，实现虚实融合集成系统在“底层”与“顶层”之间建立完整的 IT 集成与数据协调 (MES / PLM / ERP ),信息物理融合系统基于信息物理制造系统，实现更加灵活的智能制造,先决条件是 “数字化企业平台”的搭建,Page 21
12、,数字企业平台 链接虚拟和物理世界,PDM,集成的产品和生产生命周期,数字化企业平台内容之一：PLM产品制造的源于实时的、准确的设计信息,机械,电子,电气,软件,自动或手工创建： 自顶向下方式 自底向上方式,机电软一体化数据管理,专业标准,问题措施,工作流程,过程方法,工艺方法改进经验积累新技术应用工艺标准缺陷预防措施,知识积累,基于知识驱动工艺设计,装配工艺规划发泡工艺注塑工艺虚拟评估体系虚拟工厂,售后服务管理,质量管理,问题管理程序,制造运营管理,问题来源,经验总结,工艺知识平台Teamcenter PDM/MPM,BOM标准SBOPMPU模板,夹具模具,工具检具机器人,标准作业时间PFM
13、EA工艺标准文件,工艺文档版本工艺开发流程QC控制计划,总装线涂装线冲压线,材料定额,产品知识管理,PDM,PLM是PDM的扩展智能制造的大脑中枢,将传统PDM系统扩展延伸到制造工程 ，建立基于知识驱动的制造规划体系，扩展PLM骨干，支持企业走向数字化制造模式为设计和制造建立单一数据源的协同开发环境，推进同步工程设计基于制造知识驱动的管理体系，持续提升产品制造水平，缩短产品交付时间,PLM，为企业管理及制造执行提供必要的技术信息,为ERP和MES系统准备准确的产品的物料清单 BOM，制造流程BOP，工位级三维作业指导书等，方便工厂随时获取必要的用于制造的信息保证制造端在生产的时候总是获取到最新
14、的产品及工艺信息为制造决策系统提供信息支持,自 动 化 程 度,作业指令,维护、培训技术方案 产品质量控制 工厂布局、生产线设计 生产计划( 产品、进度、资源)工艺资源(设备、工装、刀量具) 工艺计划，工艺审查、,产 品 生 产,生产车间现场,产 品 设 计,产品研发部门,2030%,2030%,4060%,项目的实施周期中，约有40%60%的时间都消耗到生产准备阶段，主要的工作是生产工艺过程的设计规划；在产品研发部门，基本上实现了 CAD产品设计；生产现场大量采用自动化设备（现场总线、PLC）；但是，在生产规划部门（时间消耗最长的部门)的设计手段却最为落后!数字化制造系统定位在提升工艺设计部
15、门的核心能力、弥合制造鸿沟！,PLM之数字化制造填补了产品设计与生产之间的鸿沟,数字化企业平台内容之二：MES,用于制造工厂生产现场的控制、反馈智能化的精细生产计划智能化、自动化、可视化生产过程控制智能工厂全流程信息共享生产全流程执行过程实时可视，提供不同层级、不同维度和不同的展示方式智能化、自动化的物料配送及成品发货体系,Historian RTDB,MES连接企业上层管理系统与基层的生产制造工厂,PLM与MES的集成的重要性,产品BOM/BOP的自动传递保证工作台获取实时、准确的产品及工艺信息作业数据反馈回PLM，用于改进产品设计及工艺规划,伴随产品制造过程的完整信息流是智能制造的核心推动
16、力,通往工业4.0两大关键要素,数字化企业平台数字影像数字化的产品和生产定义，模拟现实世界，实现虚实融合集成系统在“底层”与“顶层”之间建立完整的 IT 集成与数据协调 (MES / PLM / ERP ),信息物理融合系统基于信息物理制造系统，实现更加灵活的智能制造,先决条件是 “数字化企业平台”的搭建,CPPS,CPS,智能化产品（Smart Products/Materials) 包含制造产品所有与生产过程相关的必要信息，与生产设施进行交互，如，“什么时间制造、 需要的制造参数、交付到那里”等；能够唯一标识和定位、记录历史、当前状态、选择生产路径等；,自主生产设施 (CPPS)面向整个价
17、值链过程，网络化生产设施的自我组织；根据当前情况，灵活地对生产步骤进行调整；由CPC和CPPM构成；,嵌入传感器、处理器以及执行器的智能化网络系统，并与物理世界交互对话。支持应用程序实时的安全性能，以及计算、控制、感知、网络深度集成；未来制造环境，利用CPS将机器、仓储系统和生产设施形成一个网络制造系统，利用嵌入式互联技术，将分散式CPS系统将组成社区，进行自动对话和交互，信息自动交换，触发行为，彼此独立控制，实现自主和动态生产模式；CPS技术将改善工程开发、制造、材料利用、供应链、生命周期等工业过程；,智能化工厂基于信息物理融合系统（CPS)的生产,信息物理融合系统（CPS),内容,工业4.
18、0 愿景通往工业4.0之路西门子工业4.0解决方案小结,西门子是世界级的实践者:西门子安贝格电子工厂（EWA）率先垂范未来制造理念,欧洲最佳工厂,西门子安贝格电子工厂- 数字化企业的典范,在未来工厂中，产品和机器设备将更加智能，实现全面的网络化并自主控制生产过程大规模生产转变为定制化生产这些部件也有自己的“名称”和“地址”，具备各自的身份信息,部件生产所需的全部信息就已经存在于虚拟现实中机器设备和工件之间甚至可以直接交流，从而自主决定后续的生产步骤信息物理融合系统CPS正是实现所有这一切的关键技术人仍然是至关重要的因素在工厂真正实现智能化之前，必须要解决几个重要的问题，其中包括标准化和信息安全
19、方面的问题,西门子是世界级的实践者:-西门子工业自动化产品成都生产研发基地是在华最大数字化工厂,西门子工业自动化产品成都生产研发基地（SEWC）致力于研发和生产高端控制产品及自动化部件 投产时间：2013年9月11日,西门子在海外建立的首家“数字化企业”在成都高新区投入运营“具有数字化、自动化、虚拟化及环境敏感等多重特征的SEWC，可以说是现代化可持续制造的典范” 来源 成都高新技术产业开发区,在西门子成都工厂研发生产一件新产品，它都会拥有自己的数据信息。这些数据信息在研发、生产、物流的各个环节中被不断丰富，实时保存在一个数据平台中。而这座工厂的运行，都是基于这些数据基础，ERP、PLM（产品
20、全生命周期管理系统）、MES（制造执行系统）、控制系统及供应链管理，全部实现了无缝的信息互联，从而造就出了一幅透明工厂的画面。,西门子作为世界级的实践者布局工业4.0：-2014年10月1日，数字化工厂集团正式成立,发电服务集团,业务集团（全球 P&L）,管理委员会,金融服务集团,发电与天然气集团,风力发电与可再生能源集团,交通集团,能源管理集团,楼宇科技集团,数字化工厂集团,过程工业与驱动集团,西门子医疗,单独管理,公司核心,公司服务,PG,MO,PS,WP,EM,BT,DF,PD,HC,SFS,市场划分,西门子数字化工厂集团,“我们是全球第一家集成数字化工厂所有功能的公司。”,Joe Ka
21、eser， 西门子股份有限公司总裁兼首席执行官,数字化工厂,控制产品,客户服务,产品生命周期管理,运动控制,工厂自动化,西门子是世界级的供应商:- “数字化企业”软件套件, 西门子基于工业4.0的解决之道,西门子协同平台,Teamcenter,数据流驱动全球价值链和生产力,西门子工业软件 产品组合广泛的PLM解决方案应用于整个产品生命周期,业务单元,西门子工业软件产品组合：MES - 为工厂高效执行提供完整的制造执行系统,研发套件集成研发和制造工艺，流程和数据,智能套件在同一平台上实时数据监视和历史数据采集,行业库离散制造业流程行业生命科学行业,增值服务广义上的客户关怀,可测量性,效率,收益率
22、,持续性,柔性,可视性,质量,透明度,生产套件生产管理和执行,SIMATIC IT产品组合,西门子工业软件产品组合：TIA - 为工厂的全集成自动化提供核心能力,生产过程自动化和装备数字化,各种自动化制造手段,工业通讯网络：实时监控车间控制层设备,实时现场数据采集和分析,西门子数字化企业软件套件涵盖产品开发及生产全过程的整体性理念,西门子数字化企业软件套件将现实生产(物理)与虚拟制造(数字)相融合,Digital Enterprise Platform,TIA,全集成自动化,PLM,产品生命周期管理,生产规划,生产工程,生产执行,产品设计,数字化世界产品设计与虚拟生产,物理世界现实生产,服务,
23、服务,数字化企业平台,MES,西门子数字化企业软件套件纵向集成(ISA-95标准架构)，实现透明化的数字化企业,现场层,控制层,操作层,工厂管理层,企业层,JT Open Toolkit,基础组件技术 (竞争友商也使用),世界领先的路径规划组件软件,KineoWorks,世界领先的3D几何建模组件,Parasolid,D-Cubed,Global standard for 3D数据协同和可视化的全球标准,在开放的业务模式下，授权于28个国家的245家独立软件供应商 集成于350种商业软件应用多达900+万终端用户,世界领先的几何约束求解组件,3D SystemsAdobeAltair Engi
24、neeringANSYSAutodeskBelmont TechnologyBentley SystemsBoeingCarl ZeissCaterpillar - CISCD-adapcoChrysler CorporationDaimlerDaiNippon ScreenDana CorporationDassault SystmesDelphiDENSO Info TechDTL Mori SeikiElectric BoatFIATFord Motor CompanyFujitsuGeneral ElectricGeneral MotorsHitachi ZosenHondaHoney
25、well FM&TIntergraphLattice TechnologyMakino Milling MachineMetrologicMissler SoftwareMitsubishiMitutoyo MessgerateMoldflow CorporationMSC SoftwareNASANemetschek NissanProcter & GamblePROFACTORPTCRenault SASRobert Bosch GmbHRolls RoyceSiemens AG CTSodick EngineeringSpaceClaim Corp.StaubliSuzuki Motor
26、 CompanyTata Motors LimitedTeklaThyssenKrupp MarineToyota CaelumUELVero SoftwareVisteon CorporationVolvo Car CorporationVW / Audi,下一代PLM技术,Systems Driven Product Development系统驱动产品开发,Next-GenerationManufacturing下一代制造,Advanced Design高级设计,VisualDecision Making虚拟决策,高级设计,同步建模技术无特征历史的设计易于理解快速响应适用于倒入模型的数据重
27、用NX创意塑型外观形状的概念设计复杂曲面的方便创建细分建模技术的深入应用,下一代曲面技术,NX创意塑型将曲面创建和可视化渲染提升到新水平快捷、容易、精确的曲面创建实时、逼真的光线跟踪渲染细分建模技术的深入应用,下一代自主机器人,增材制造的工具和流程,新的设计参数材料分配材料合成新的表示均匀&非均匀橡胶非均匀材料新的数据标准: 3MF & AMF新的设计工具材料分布设计支撑结构设计设计预装配产品设计增材/减材工艺过程分析 (质量，强度等),Lighter,Stronger,西门子工业软件“云化”的进展和经验,从2012年，Teamcenter支持云Microsoft Windows AzureI
28、BM SmartCloud Enterprise+Amazon Web ServicesJT数据作为云标准NX支持云架构远程桌面 (2010)Citrix Xen 桌面NVIDIA vGPU,西门子积极投资并拥有强大的本地研发和技术支持,本地创新 在中国取得持续成功的关键,西门子中国研究院拥有300多名员工西门子在华的研发人员超过2,300名16个研发中心，包括PLM软件上海研发中心PPDC(2004年进入)与中国的一流大学进行合作每年创造约1,000项专利，拥有强大的专利业务组合,西门子积极参与发展中国版”工业4.0”/数字化工厂生态系统,政府部门及学/协会机构 为政府部门及学/协会机构提供
29、参考建议助推工业4.0的发展及行业标准的制定作为德国国家战略工业4.0的核心企业，与中国意见领袖分享和交换工业4.0及物联网相关信息,学术界 与中国知名大学联合开发工业4.0及物联网相关专业及课程SIEMENS行业专家承担教学重任，培养市场紧缺人才开设在线课程，服务于国内对工业4.0及物联网有兴趣的在校/在职人员,IT 企业 根据需要发展软硬件合作伙伴研究和发起工业4.0及物联网相关解决方案的共同创新项目与合作伙伴紧密合作，为客户提供一站式优质服务,制造型企业 根据制造型企业发展需求，发起工业4.0及物联网相关解决方案的共同创新项目。 促进工业4.0及物联网在中国的长足发展，研发适合中国的解决方案。 引领中国企业走进第四次工业革命的时代。,引导中国市场工业4.0战略,培养中国的工业4.0人才,强强联手 共创共赢,研发适合中国的工业4.0,内容,工业4.0 愿景通往工业4.0之路西门子工业4.0解决方案小结,小结,智能化整合信息,面向未来架构,HD-用户体验,西门子是工业4.0的思想领导者,世界级的实践者和供应商：通过整合产品和生产生命周期实现物理与虚拟世界整合,中国企业两化深度融合战略合作伙伴,谢谢！,工业4.0,产品与系统,流程与软件工具,
