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机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 1 1
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所
全国工业过程测量控制和自动化标委会(SAC/TC124)
王春喜 博士/秘书长
2015年12月
从数字工厂到智能制造
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 2 2
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所简介
国资委下属事业单位
科技部“十三五”规划“制造基础技术与关键部件”专项主
要编写单位
工信部“智能制造综合标准化工作组”秘书处单位
国标委“制造业标准化提升计划”智能制造部分支撑单位
“中德智能制造国际标准化工作组”秘书处单位
IEC/TC65/WG16“数字工厂国际标准”、IEC/SMB/SG8“
智能制造/工业4.0战略工作组”、IEC/MSB“未来工厂白皮
书”、ISO/TMB/SAG“工业4.0战略咨询组”中国专家
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 3 3
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所简介
李克强总理2015年6月15日考察工信部重大技术装备处时强
调:重大技术装备责任重大,你们要抓紧推动相关标准的制
定和清理,抓住智能制造这个核心,让信息化和工业化深度
融合,用装备制造的升级打造中国发展新动能。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 4 4
一、工业面临全球化挑战
二、数字工厂国际相关研究
三、中国制造2025和智能制造
四、总结
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 5 5
一、工业面临全球化挑战
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 6 6
制造业的变革
手工生产(1850年)-批量生产(1955年)-大规模定制(
1980年)-个性化定制(2000年)
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 7 7
工业面临全球化挑战
全球化、高效、高质、创新、低消耗、个性化是其特征
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 8 8
我国的形势与需求
我国虽然已成为第一制造业大国,但仍面临着:
资源环境刚性约束加强
产品质量不高
创新能力和核心竞争力不足
产业结构不合理
(一)破解我国制造业发展瓶颈的重要出路
(二)应对世界制造业竞争的必然选择
“两头挤”的严峻形势
(三)抢占技术发展的战略制高点
引领智能装备产业发展:智能机器人、3D打印制造
现代服务业:创新创意设计产业、制造服务业、智能制造基础保障产业
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 9 9
制造业技术发展趋势
自动化技术和信息技术深度融合
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 10 10
制造业新模式——以客户为中心的智能制造
制造全生命周期与客户交互(设计-制造-物流-销售-维
护)
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 11 11
二、数字工厂国际相关研究
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 12 12
数字工厂定义
什么是数字工厂?
IEC词汇库给出的定义是:数字工厂是数字模型、方法
和工具的综合网络(包括仿真和3D虚拟现实可视化),通
过连续的没有中断的数据管理集成在一起。
它是以产品全生命周期的相关数据为基础,在计算机
虚拟环境中,对整个生产过程进行仿真、评估和优化,幵
进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式,是
现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 13 13
国内外相关研究
IEC/TC65/WG16:数字工厂工作组
IEC/SMB/SG8:智能制造/工业4.0战略工作组
IEC/MSB:“未来工厂”白皮书
ISO/TMB/SAG:工业4.0战略咨询组
美国:先进制造伙伴计划(AMP)
德国:工业4.0
日本:e-Factory
中国:中国制造2025、智能制造
……
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 14 14
1、IEC/TC65/WG16数字工厂国际工作组
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 15 15
IEC/TC65中的相关标准工作组
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 16 16
IEC/TC65/WG16工作组
2011年6月,IEC/TC65成立了WG16数字工厂标准制定工作组
,专门从事数字工厂技术研究和标准制定。西门子、施耐德、
罗克韦尔、横河等国际知名自动化企业都参与了相关工作。国
内仪综所和沈自所也派专家参与了相关工作。
TC65/WG16
数字工厂
Harmonization of standards contents necessary.
SC65E/JWG5 IEC 62264
数字工厂层级概念 SC65E/WG2 IEC 61987
产品属性和分类
SC65E/WG9 IEC 62714
工业自动化中使用的工程数据交换格式 TC65/WG12 IEC 62424
过程控制工程表示
TC65/WG13 IEC 62443
信息安全
TC65/JWG14 IEC xx
工业自动化能效
SC65E/WG4和WG8 IEC 62541 OPC、FDI集成技术
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 17 17
模拟到数字的转变
纸质/PDF方式的数据单
电子栺式的技术属性
纸质的工厂描述 电子栺式的工厂描述
模拟 数字
一个像素就是一个属性
Program/
Software
工程 组态 运行 安全 维护
数字工厂数据库
d
d
d
数字化工厂
http://watermarked.cutcaster.com/cutcaster-photo-100284377-blue-pixels.jpg
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 18 18
公共数据字典 – 标准化的属性和产品主数据
Data
传感器尺寸
传感器材料
传感器重量
外壳尺寸
外壳材料
本地操作员面板
阈值和事件信号
线性化曲线
补偿功能
时间戳功能
自校准
故障安全模式
测量时间
循环时间
过滤时间
通信间隔
标准化的属性 (IEC CDD)
基础元素
进入基
础数据
仓库
基础数据库
产品主数据
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 19 19
国际标准进展
2012年11月,IEC/TR 62794 工业过程测量、控制和自动
化 生产过程表示用参考模型 (数字工厂)
IEC/TR 62794已由全国工业过程测量控制和自动化标委会
(SAC/TC124)转化为国家标准GB/Z 32235-2015
目前正在制定IEC 62832《工业过程测量、控制和自动化
数字工厂框架》
第1部分:一般原则
第2部分:信息模型
第3部分:应用
第4部分:全生命周期管理
第5部分:信息交换模型
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 20 20
2、IEC/SMB/SG8智能制造/工业4.0
战略工作组
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 21 21
工作组成立
2014年10月,IEC/SMB(标准管理委员会)成立了SG8智能
制造/工业4.0战略工作组,专门从事智能制造/工业4.0技术路
线和标准体系研究。罗克韦尔、西门子、施耐德、横河、东芝
、ISA 、汉阳大学等国际知名自动化企业、研究单位,仪综所
、上海电器科学研究院等国内单位参与了相关工作。
工作组组长Alex和Winkel都来自IEC/TC65(工业自动化测量
、控制和自动化委员会)。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 22 22
工作范围
提供IEC开展制造自动化的战略,重点关注保证制造企业的
实时需求,保障安全、并提升工厂运营能源效率。
提出智能制造的架构,以实现在广泛物联网环境下的智能应
用,从而采用现行和下一代技术,以保证工厂安全运营。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 23 23
3、IEC/MSB未来工厂白皮书
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 24 24
工作组成立
2014年10月,IEC/MSB(市场战略委员会)成立了未来工厂
白皮书工作组,专门从事未来制造业市场分析、技术预测、标
准化需求等方面的研究。伊顿、弗劳恩霍夫研究所、SAP、日
立、西门子、三菱、施耐德、仪表所、沈自所、海尔、华为等
单位参与了相关工作。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 25 25
白皮书目标
——目标
评估未来工厂在全世界范围的需求和效益,包括轻工业
、重工业以及个人
预测相关技术和市场的发展趋势
审查和评估必要的技术及其影响
鼓励支撑未来工厂所需技术全球商业化的国际标准的使
用
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 26 26
白皮书结构
1. 概述(范围)
2. 当前制造业环境
3. 未来工厂概念(开放价值链、敏捷制造、以人为中心的制造、
商业模型、各国创新行动-美日德中)
4. 驱动技术(互联和互操作、未来系统集成的无缝工厂、集成现
有系统的结构、建模和仿真、信息安全和功能安全;IoT和M2M
通信、基于云的应用框架和中间件AIM、数据分析、智能机器
人、集成生产—制造仿真、增材制造/3D打印等)
5. 市场准备(系统观点、克服拒绝改变、财务问题、迁移策略)
6. 预测
7. 结论和建议
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 27 27
三个工作组的组织结构关系
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 28 28
三个工作组的内容侧重
IEC/TC65/WG16:数字工厂参考模型
IEC/SMB/SG8:智能制造/工业4.0标准化路线图(
标准体系),12~18个月的工作建议
IEC/MSB:未来工厂市场、技术、商业、标准分析
及建议,不局限于标准化
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 29 29
4、ISO/TMB/SAG 工业4.0战略咨询组
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 30 30
工作组成立和任务
2015年6月ISO/TMB提议成立该工作组:
主席:DIN(德国)
秘书处:ISO中央秘书处
任务:
1、工业4.0相关的标准化工作现状;
2、识别新制定标准需求;
3、TMB行动建议;
4、跟踪其他国家、地区、国际相关标准化活动,提出与合作组织(
尤其是IEC/SMB/SG8)的合作机制
目标:2017年6月提交最终报告
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 31 31
5、德国工业4.0
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 32 32
工业4.0正式推出
2013年4月在汉诺威工业博览会正式推出,发布《工业4.0战略报告》
2013年4月成立工业4.0平台,秘书处包括:德国信息技术、通信、新媒
体协会(BITKOM)、德国机械设备制造业联合会(VDMA)和德国电
气和电子工业联合会(ZVEI),为关键的优先主题制定研发路线图
科学咨询组
总体推进组 管理委员会
秘书处
技术工作组
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 33 33
工业4.0内涵
什么是工业4.0? 工业4.0:以智能制造为主导的第四次工业革命(革命性的生产方法
)。通过信息物理系统CPS实现全生命周期中制造单元间相互独立
地自动交换信息、触发动作和实现控制,将制造业向智能化转型。
德国政府实施工业4.0的原因
将信息和通信技术集成到传统的制造业,以维持其全球市场领导地位
为CPS技术和产品建立和培育新的市场,成为智能制造技术的主要供应商
工业4.0
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 34 34
工业4.0特点
智能工厂
构成工业4.0的关键特征,
与智能移动性、智能物流
、智能建筑、智能产品、
智能电网等相关联
通过价值链及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组的网络化制造体系纵向集成
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 35 35
工业4.0特点
“智能”产品
被制造的产品具有制造过程
中各阶段所必须的全部信息(
标识、位置、状态、路线)。
“自治”制造系统
互联制造单元的自组织(自组织生产)
制造步骤根据订单情况灵活定制(自组织工艺)
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 36 36
人,是具有创造性的规划者、管理者和决策者
第 2 步:由人确定生产规则和参数
第 1 步:由人提出产品构思与设计
第 3 步:信息物理融合系统 (CPS) 根据指令仿真,幵对比各种生产选项
第 4 步:信息物理融合系统 (CPS) 给出符合要求的“最佳”生产路径建议
第 5 步:由人选择最佳生产路径,实现生产
人的作用仍至关重要
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 37 37
八个优先行动计划
标准化和参考架构
管理复杂系统
为工业建立宽频的基础设施
安全和保障
工作的组织和设计
培训和持续的丏业发展
监管框架
资源利用效率
标准是关键
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 38 38
2013年12月19日,德国电气电子和信息技术协会DKE发布
德国“工业4.0”标准化路线图
工业4.0标准化路线图
工业4.0有待制定的标准包括12个方面:
总体架构、使用案例、基本原理、非功能性的特性、
技术体系和过程的参考模型、设备和控制功能的参考
模型、技术和组织过程的参考模型、人员作用和角色
的参考模型、开发、工程、标准库(以实现互操作性
)、技术和解决方案
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 39 39
工业4.0参考架构模型( RAMI 4.0 )
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 40 40
工业4.0组件
工业4.0组件是信息物理系统(CPS)的特别例子。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 41 41
三、中国制造2025和智能制造
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 42 42
国家战略
两化融合——十七大上提出“大力推进信息化与工业化融合,促进工业由大变强”。
深度融合——十八大提出“坚持走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路,推动信息化和工业化深度融合”。
中国制造2025——由国务院常务会议审议,百余名院士专家着手制定《中国制造2025》,为中国制造业未来10年设计顶层规划和路线图。
智能制造——即基于新一代信息技术,贯穿设计、生产、管理、服务等制造活动各个环节,具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行
等功能的先进制造过程、系统与模式的总称。
互联网+—— 即充分发挥互联网在生产要素配置中的优化和集成作用,形成更广泛的以互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态。2015年政
府工作报告中提出制定“互联网+”行动计划。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 43 43
“中国制造2025”和“德国工业4.0”的不同点 ——中国国务院副总理马凯
共同点:两个战略都是为了迎接新一轮科技和产业革命的到来,着眼于以数字化和网络化为支持的智能化生产。
不同点: 一、两国的制造业基础不一样,德国是制造业强国,中国是制造业大国。中国制造占世界制造的20%,但有点“虚胖”,不强。
二、发展阶段不一样,德国已完成工业3.0,而中国工业化发展历叱不长,大部分还没有自劢化和数字化,尚处在工业2.0阶段,部分达到3.0水平。所以,中国发展工业,要2.0、3.0和4.0齐头幵进。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 44 44
中国制造2025
国家制造业创新中心
智能制造 工业强基工程
绿色发展工程
高端装备创新工程
“中国制造2025”五大工程
智能制造重大工程 十三亓规划
•智能制造综合标准化 •智能制造示范应用 •智能制造丏项 •智能制造工程实施方案
科技部:
工信部:
国标委: 中德智能制造/工业4.0工作组 制造业标准化提升计划
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 45 45
科技部——智能制造重大工程
平台
装备
基础
智能制造工程
智能制造基础保障
网络协同制造
3D 打印
智能制造装备
智能 机器人
数字车间/工厂 …………. 数字车间/工厂
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 46 46
工信部——智能制造综合标准化工作组
2015年2月,成立智
能制造综合标准化工
作组,机械工业仪器
仪表综合技术经济研
究所、中国电子技术
标准化研究院和工信
部电信研究院为支撑
单位;
正在制定《国家智能
制造标准体系建设指
南》。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 47 47
工信部装[2015]72号《工业和信息化部关于开展2015年智
能制造试点示范丏项行劢的通知》
重点行劢:
• 以智能工厂为代表的流程制造试点示范
• 以数字化车间为代表的离散制造试点示范
• 以信息技术深度嵌入为代表的智能装备和产品试点示范
• 以个性化定制、网络协同开发、电子商务为代表的智能制造新业态新模式
试点示范
• 以物流信息化、能源管理智慧化为代表的智能化管理试点示范
• 以在线监测、远程诊断与云服务为代表的智能服务试点示范
工信部装函2015[333]号公布46家
工信部——智能制造试点示范专项行动
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 48 48
2015年6月8日,工信部
正式下达了2015年智能制
造丏项项目立项通知(工信
厅[2015]415号),共包
括九大领域93个项目,其
中综合标准化试验验证项目
43项,智能制造新模式项
目50项。
工信部——智能制造专项
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 49 49
数字化车间术语和通用技术要求标准研究和试验验证
智能化产品术语和通用技术要求标准研究和试验验证
智能制造测控装备语义化描述和数据字典标准研究与验证平
台建设
数字化车间集成与互联互通标准研究和验证平台建设
工业控制网络标准研究和验证平台建设
智能制造系统能效评估方法标准研制及试验验证系统建设
功能安全和工业信息安全标准研究和研究平台建设
仪综所承担智能制造专项(7项)
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 50 50
2015年8月启劢《智能制造工程实施方案(2016-2020)》编制
工作, 聚焦“亓三亓十”重点任务。
亓大核心技术装备:工业机器人、增材制造装备、智能传感与控制装
备、智能检测与分析装备、智能物流与仓储装备;
三大基础:智能制造综合标准体系、工业网络基础设施、信息安全
保障系统;
工信部——智能制造工程实施方案
亓大新模式的:智能工厂/车间
、网络协同制造、个性化定制、
众包众创、智能服务;
《中国制造2025》十大重点领
域。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 51 51
国标委——标准化国际合作
派专家参加IEC/TC65/WG16、SMB/SG8、IEC/MSB/未来
工厂、ISO/TMB/SAG 工业4.0战略咨询组。
2015年5月28日,在中德经济合作联委会标准化合作委员会
下成立了中德智能制造(工业4.0)标准化工作组。国内由
国家标准委和工信部牵头,电子四院、仪综所、机床所作为
秘书处单位。
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 52 52
国标委——制造业标准化提升计划
2015年7月国标委牵头组织编制《制造业标准化提升计划》
七项重点工作:
提升制造业标准化创新能力
实施工业基础标准化提升工程
实施智能制造标准化提升工程
实施绿色制造标准化提升工程
发展服务型制造和生产性服务业标准化
推动重点领域标准化突破
推进国际产能和装备制造合作
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四、总结
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 54 54
智能制造-实现信息空间到物理空间的转变
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 55 55
利用计算机通信技术
(ICT),将数字化模型
应用到全生命周期过程。
支持产品研发、制造和
服务的最优能力集成
实现网络化能力单元跨
地域-多企业-多学科-多丏
业协同。
智能制造—基于模型的全生命周期解决方案
基于信息物理系统CPS
实现对物理世界的感知、
处理、决策和反馈。
提升设计、制造、服务
过程的自组织、自学习、
自适应、自优化能力。
提升产品的自配置、自
校准、自诊断、自修复能
力。
以模型的方式实现产品
和制造全生命周期的数字
量表达。
定义系统的需求、功能、
逻辑和物理模型
(RFLP)。
定义产品制造的工艺、
过程和资源模型(PPR)。
数字化 智能化 网络化
机械工业仪器仪表综合技术经济研究所 56 56
联系方式:机械工业仪器仪表综合技术经济研究所
010-63260580,13683350982
谢 谢!
mailto:[email protected]