工业4.0从数字化制造到智能制造全面解读
人工智能与工业4.0：智能制造与工业升级的前沿与趋势
人工智能与工业4.0：智能制造与工业升级的前沿与趋势引言在过去的几十年里，人工智能（AI）的快速发展和工业4.0的普及已经改变了我们的生活和工作方式。
人工智能作为一种强大的技术，正在逐步渗透到各个领域，尤其是制造业。
工业4.0的概念已经引起了全球范围内的关注和讨论，它代表了制造业的新一轮革命。
本文将探讨人工智能与工业4.0的关系，并分析智能制造和工业升级的前沿与趋势。
1. 什么是人工智能人工智能是一种模拟人类智能的技术，旨在通过计算机系统模拟人类的思维和行为能力。
它涵盖了机器学习、深度学习、自然语言处理、计算机视觉等多个技术领域。
人工智能可以通过学习和分析大量的数据来获取知识，并且可以根据这些知识做出决策和预测。
在制造业中，人工智能被广泛应用于生产、质量控制、物流管理等多个环节，以提高生产效率和产品质量。
2. 工业4.0的概念与原则工业4.0是指第四次工业革命，它基于互联网、物联网和人工智能等新兴技术，将传统工业与信息技术相融合，实现智能制造和数字化转型。
工业4.0的主要原则包括：•互联性：通过网络连接物理设备和系统，实现信息的共享和协同工作。
•信息透明性：通过物联网和大数据技术实现企业内外各环节的信息交流和共享。
•技术辅助决策：通过人工智能和分析工具，辅助企业进行决策和预测。
•去中心化决策：通过分布式智能系统，使决策权下放到各个环节和节点。
•实时性：通过实时数据收集和分析，及时响应和调整生产过程。
3. 人工智能与工业4.0的关系人工智能和工业4.0是相辅相成的两个概念，它们在智能制造和工业升级中起到了重要作用。
人工智能是实现工业4.0的关键技术之一，而工业4.0则为人工智能的应用提供了广阔的场景。
在工业4.0的背景下，人工智能可以通过机器学习和深度学习等技术提取和分析海量的生产数据，从而发现潜在的问题和优化机会。
同时，人工智能还可以通过模型训练和预测，为企业提供准确的生产计划和预测市场需求。
在智能制造中，人工智能还可以应用于自动化生产线和智能机器人，以提高生产效率和产品质量。
工业4.0方案
工业4.0方案工业 40 方案在当今快速发展的时代，工业 40 已经成为全球制造业转型升级的重要趋势。
工业 40 旨在通过将先进的信息技术与制造业深度融合，实现生产过程的智能化、自动化和高效化，从而提高企业的竞争力和创新能力。
本文将探讨工业 40 的方案，包括其核心概念、关键技术、实施步骤以及可能带来的影响。
一、工业 40 的核心概念工业 40 是以智能制造为主导的第四次工业革命。
它强调的是通过数字化、网络化和智能化的手段，将生产中的各个环节紧密连接起来，实现信息流、物流和资金流的高效协同。
其中，“智能工厂”和“智能生产”是两个关键概念。
智能工厂是指利用各种先进技术，如物联网、大数据、人工智能等，实现工厂内部设备、人员和系统之间的互联互通和智能化管理。
在智能工厂中，生产设备能够自我感知、自我诊断和自我调整，从而提高生产效率和产品质量。
智能生产则是指通过智能化的生产系统和流程，实现个性化定制、灵活生产和快速响应市场需求。
例如，通过 3D 打印技术，可以实现小批量、个性化产品的快速制造；通过智能供应链管理，可以实现原材料的精准配送和库存的优化控制。
二、工业 40 的关键技术1、物联网（IoT）物联网是实现工业 40 的基础技术之一。
通过在设备、产品和生产环境中安装传感器和通信模块，实现万物互联。
这些传感器可以实时采集生产数据，如温度、压力、速度等，并将其传输到云端或数据分析平台，为生产决策提供依据。
2、大数据分析随着物联网技术的广泛应用，企业会产生海量的生产数据。
大数据分析技术可以对这些数据进行挖掘和分析，提取有价值的信息，如生产过程中的瓶颈、设备的故障预测、市场需求的趋势等。
基于这些分析结果，企业可以优化生产流程、提高设备利用率、降低生产成本。
3、人工智能（AI）人工智能在工业 40 中扮演着重要的角色。
例如，机器学习算法可以用于设备的故障诊断和预测性维护，减少设备停机时间；深度学习算法可以用于图像识别和质量检测，提高产品质量；智能优化算法可以用于生产排程和资源分配，提高生产效率。
深入的认识工业4.0时代的中国制造
深入认识工业4.0时代的中国制造【编者按】本文为工业4.0研究院院长兼首席经济学家胡权接受《中国信息年鉴》（2015年版）编辑委员会邀请撰写，主要对中国制造在第四次工业革命背景下的转型升级做了较为全面的论述，发表于2016年2月10日，由亿欧编辑，供业内人士参考。
自从250年前英国发生了第一次工业革命，人类社会已经经历了三次工业革命，目前已经在迈向第四次工业革命的道路上。
按照德国工业4.0平台的定义，这四次工业革命分别为工业1.0、2.0、3.0和4.0，其主要的技术特征是机械化、自动化、信息化和网络化。
在工业4.0时代，全球制造业强国纷纷行动起来，相继推出国家级的制造业战略，美国提出了AMP 2.0（Advanced Manufacturing Partnership 2.0，先进制造伙伴计划），德国则提出了包含战略、标准及路径等的工业4.0体系，中国在2015年提出了《中国制造2025》，日本也结合机器人优势，计划推出“机器人革命”国家战略。
在这样的背景下，中国制造应该利用新概念带来的新思路、新方法和新模式，实现新常态下的转型升级，其中，把握工业4.0时代的发展趋势和发展规律，是中国企业家应该重点关注的。
一、认识第四次工业革命虽然第四次工业革命的概念并未得到所有专家的认可，但从诸如哈佛商业历史学家阿尔弗雷德.D.钱德勒在《信息改变美国：驱动国家转型的力量》一书中提出信息技术的应用是第三次工业革命的论断来看，德国人把网络化在工业领域的应用称为第四次工业革命也没有什么不妥。
按照马克思的论断，只有生产力的提升，而没有生产关系的改变，不是工业革命，第四次工业革命是技术创新发展到一定阶段，对传统的生产制造价值创造体系将产生颠覆性的改变，因此，第四次工业革命值得我们关注和学习。
德国对工业4.0的定义德国工业4.0平台明确指出，发生在英国的第一次工业革命是工业1.0，其主要技术特征是机械化，以电气化和自动化为特征的第二次工业革命就是工业2.0，接着以PLC （Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）广泛应用为特征的第三次工业革命就是工业3.0，当然，未来的以信息物理融合系统（CPS，Cyber-Physical Systems）技术为特征的制造业，可以称为工业4.0。
最全解析工业4.0_中国制造2025(演讲稿)
造系统以及产品性能进行定量描述，使工艺设计从基于
经验的试凑向基于科学推理转变。
铣削机床
镗拉机床
材料毛坯
生产 线系
统
冲压机床
焊接装备
实物产品
第十六页，编辑于星期一：二十二点 七分。
2.数字化制造的特征
数字化技术体系：产品表达数字化、制造装备数字化、制 造工艺数字化、制造系统数字化。
CAD:UG/Catia/PRO-E CAE:Nastran/Ansys
工业4.0：从数字化制造到智 能制造
第一页，编辑于星期一：二十二点 七分。
报告提纲
-2-
一、为什么要发展智能制造？ 二、、智工能业制4.造0与与智工业能4制.0造 三、数数字字化化制制造造及及其其研研究究进进展展 四、智智能能制制造造技技术术及及应应用用展展望望
2
第二页，编辑于星期一：二十二点 七分。
10
第十页，编辑于星期一：二十二点 七分。
1.工业革命发展历程 - 11- 11 -
第四次工业革命
智能化工厂
智能装备及信息通信
第三次工业革命
高自动化柔性生产
计算机信息技术驱动
第二次工业革命 批量流水线生产
电力驱动
第一次工业革命 机械化生产 蒸汽驱动
18世纪末
20世纪初
70年代初
至今 11 第十一页，编辑于星期一：二十二点 七分。
影响产品性能
产品
数字化
PDM: Team-Center ERP: SAP、Enovia
影响制造效率
控制：NC,CNC,DNC 系统：MC,FMC,FMS
影响制造效率
装备 数字化
制造系统
数字化
工艺
工业4.0：数字化工厂和智能制造的未来发展方向
工业4.0：数字化工厂和智能制造的未来发展方向引言工业4.0是指信息技术与传统制造业深度融合，通过数字化、全球化和智能化的方式，实现制造业的转型和升级。
随着科技的迅猛发展，工业4.0正在成为全球制造业发展的重要趋势。
在这个数字化时代，数字化工厂和智能制造将成为制造业的未来发展方向。
本文将探讨数字化工厂和智能制造的概念和特点，并分析其未来发展的方向。
数字化工厂的概念和特点数字化工厂的定义数字化工厂是利用先进的信息和通信技术，通过集成、共享和分析工厂内外的数据，实现生产过程的可视化、智能化和灵活化的工厂。
通过数字化技术的应用，可以实现制造过程的全面优化和高效管理。
数字化工厂的特点1.数据集成与共享：数字化工厂通过整合工厂内外的数据，实现不同部门之间的信息共享和协同工作。
包括生产数据、设备数据、供应链数据等，通过数据的集成和共享，可以实现全面的生产监控和决策支持。
2.实时监控与控制：数字化工厂通过传感器和物联网技术，实现对生产过程的实时监控和控制。
通过实时数据的采集和分析，可以及时发现问题并采取相应的措施，从而提高生产效率和质量。
3.自主优化与智能决策：数字化工厂通过人工智能和机器学习技术，实现对生产过程的自主优化和智能决策。
通过对大数据的分析和挖掘，可以自动调整生产参数和工艺流程，以实现最佳的生产效果和资源利用率。
4.灵活生产与智能制造：数字化工厂通过柔性化的生产设备和智能化的生产系统，实现按需生产和个性化定制。
通过数字化工艺和虚拟制造技术，可以快速调整产品设计和生产过程，并实现高度灵活的生产布局和调度。
智能制造的概念和特点智能制造的定义智能制造是指利用物联网、大数据、人工智能等先进技术，通过对制造过程的全面监控和分析，实现生产过程的自主优化和智能决策，提高生产效率和质量，并实现个性化定制和灵活生产。
智能制造的特点1.智能化生产设备：智能制造倡导采用智能化的生产设备和机器人，通过自动化和智能化技术，实现生产过程的高效和精确。
工业4.0的本质及发展
工业4.0的本质及发展
定义工业4.0
互联网+制造就是工业4.0。
工业4.0是德国推出的概念，美国叫工业互联网，我国叫中国制造2025，这三者本质内容是一致的，都指向一个核心，就是智能制造。
互联网+是巨大无比的概念，互联网+制造就是工业4.0。
它将推动中国制造向中国创造转型，工业4.0是中国时代性的革命。
工业4.0特征
互联：互联工业4.0的核心是连接，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：工业4.0连接和产品数据、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。
集成：工业4.0将无处不在的传感器、嵌入式中端系统、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、以及服务与服务之间，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4.0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2.0、3.0的工厂转型到4.0的工厂，整个生产形态上，从大规模生产，转向个性化定制。
实际上整个生产的过程更加柔性化、个性化、定制化。
工业4.0的技术支柱
工业4.0九大技术支柱包括工业物联网、云计算、工业大数据、工业机器人、3D打印、知。
制造业数字化转型：智能制造与工业4.0
制造业数字化转型：智能制造与工业4.0引言随着信息技术的快速发展，数字化转型逐渐成为各行业的关键议题。
其中，制造业的数字化转型尤其引人瞩目。
制造业数字化转型不仅可以提高生产效率，降低成本，还可以推动产品创新和提升客户体验。
在制造业数字化转型的潮流中，智能制造和工业4.0成为了热门话题。
本文将详细介绍制造业数字化转型的概念，探讨智能制造和工业4.0的关系，并分析其在制造业发展中的重要性和优势。
数字化转型的概念与重要性数字化转型的定义数字化转型是指通过应用和融合信息技术，将传统制造业从传统方式向数字化方式转变的过程。
它涵盖了多个领域，包括生产流程、设备管理、数据分析、供应链协作等。
通过数字化转型，制造企业可以实现数据的全面收集、分析和运用，提高生产过程的智能化和自动化水平。
数字化转型的重要性制造业数字化转型对于企业的重要性不可忽视。
首先，数字化转型可以提高生产效率。
通过引入智能化设备、自动化流程和实时数据分析，企业能够更快速、更准确地识别和解决生产过程中的问题，提高生产效率和质量。
其次，数字化转型有助于降低成本。
传统制造业通常面临着人力资源管理、原材料采购、库存管理等一系列问题，这些问题都可以通过数字化手段来解决。
例如，通过智能设备和物联网技术，企业可以实现设备的远程监控和预测性维护，降低设备运营成本和维护成本。
此外，数字化转型还能推动产品创新。
通过数字化技术，企业可以更好地了解市场需求，以及产品使用情况和客户反馈。
基于这些信息，企业可以进行精准的产品开发和改进，提升产品的竞争力和市场份额。
最后，数字化转型可以提升客户体验。
通过数字化手段，企业可以实现定制化生产，快速响应客户需求，并提供更高品质、更便捷的售后服务。
这有助于提升客户的满意度和忠诚度，进而增加企业的收入和市场份额。
智能制造与工业4.0的关系智能制造的概念和特点智能制造是制造业数字化转型中的重要概念，它代表了制造业向智能化、自动化方向发展的趋势。
从数字化制造到智能制造
发展高端技术 战略
❖ 美国提出了“设计创新与数字制造”计划 ❖ 英国提出了“领先的技术网络和创新” ❖ 荷兰提出了“发展高端技术战略”
❖ 德国提出了“工业4.0” ❖ 中国提出了“中国制造2025”
德国的“工业4.0”是具有代表性的智能制造战略计划
1.1德国工业4.0战略
➢ 工业4.0（Industry 4.0）
用电子和IT技术实现制造流程的进一步自动化
•工业革命4.0
基于信息物理融合系统的智能制造
➢ 工业4.0 的主要内容
❖ 信息物理系统是工业4.0的基础，实现虚拟和物理世 界的互联与协同；
❖ 智能工厂是工业4.0的核心，通过生产系统中配备 CPS进行智能化的生产作业；
❖ 智能制造是工业4.0的主导模式，基于信息物理系统 ，构建智能工厂，实现智能制造。
中国 速度Leabharlann 中国 质量1.2中国制造2025战略
➢战略任务和重点
农业机 械装备
新一代 信息技
术
生物医 药及高 性能医 疗器械
新材料
中国制造 2025
重点发展 10大领域
电力装备
节能与 新能源
从数字化制造到智能制造
汇报提纲
1 智能制造背景 • 1.1德国工业4.0战略 •1.2中国制造2025战略 •1.3中国制造2025与德国工业4.0的比较
2 数字化制造 •2.1设计数字化 •2.2生产数字化 • 2.3装备数字化 •2.4管理数字化
3 智能制造
•3.1智能制造概述 •3.2智能制造主要技术 •3.3智能制造典型应用
❖ 制造技术的柔性化与智能化
在经济全球化的格局下，基于网络的制造技术将得到广泛应用，制造装备和制造系统的 柔性、可重组与智能化成为21世纪制造技术的显著特点。
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3
1.“中国制造”改变着整个世界
-4-
中国已经成为全球第二大经济体。中国极可能成为“第 五个”世界制造中心。
伴随世界制造业的发展，在不同的阶 段形成了四大世界级制造中心。 中国制造
日本制造 美国制造 德国制造
英国制造
1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050
1.“中国制造”改变着整个世界
影响制造质量
2.数字化制造的特征
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汽车发动机上端盖
3.智能化制造的特征
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工艺设计 智能化、知识化 传感检测 信息化、实时化
装备运行过程检测 制造质量的检测
制造工艺的智能设计 制造工艺的实时规划
控制执行 柔性化、自动化
装备自动控制 装备柔性操作
报告提纲
- 21 -
7
8
4.“中国制造”亟待技术跨越
-8-
产品质量有待提高 在产业链的下游：核心技术亟待加强 与欧美产品相比：质量存在明显差距
4.“中国制造”亟待技术跨越
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从价格优势到技术优势转变
国内：
成本上升（人力、土地、能源） 用工荒（技术工人不足） 国家出口退税政策变化
国外： 周边国家新制造工厂的兴起 越南 印度
相结合，使得美国企业家在本土建厂，生
产出各种产品， 这是一场制造业的革命。 中国还如何能与我们竞争？很快就轮到中 国担忧了。
3.目前德国制造业面临的压力
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1
2
3
4
老龄化社会带来劳动力减少 资源匮乏，能效仍需提升
5
6
产业转移带来国内制造业空心化
发展中国家技术实力不断增强 经济全球化中，需要对市场做出快速响应 需要根据消费者需求，实现差异化、个性化的生产 保持制造业国际领先地位所需的标准化 制造业占据全国GDP的25%、出口总额的60%，影响极大
第一次工业革命 机械化生产 蒸汽驱动 18世纪末 20世纪初 70年代初 至今
1.工业革命发展历程
- 12 -
蒸汽机
普通机床
数控机床
智能机床
机械传动 + 蒸汽驱动 = 机械化
加工装备
机床
数控机床
+
电动机
+
电脑
+
智能控制
=
电气化
工业2.0：电气化
=
按编程操作 适应能力低
工业3.0：数字化
=
工艺优化 提升30%-3倍
采用数字化仿真手段，对制造过程中制造装备、制造工艺、制造系统 以及产品性能进行定量描述，使工艺设计从基于经验的试凑向基于科学推 理转变。
铣削机床 镗拉机床
生产线 系统
材料毛坯
实物产品
冲压机床
焊接装备
2.数字化制造的特征
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数字化技术体系：产品表达数字化、制造装备数字化、制造工艺数字 化、制造系统数字化。
报告提纲
- 10 -
一、为什么要发展智能制造？ 二、工业4.0与智能制造 三、数字化制造及其研究进展 四、智能制造技术及应用展望
1.工业革命发展历程
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第四次工业革命 智能化工厂 智能装备及信息通信 第三次工业革命 高自动化柔性生产 计算机信息技术驱动 第二次工业革命 批量流水线生产 电力驱动
1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
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数控印刷机械
机械长轴传动
最高速度： 160 米/分
电子长轴传动
以电子虚拟轴作为主导轴，机 器各单元分散驱动； 传动由智能化驱动器高精度控 制的电子长轴； 最高印刷速度： 350米/分
2.高精度数字化制造主要研究范围
1.数字化设计-加工-测量一体化
一、为什么要发展智能制造？ 二、工业4.0与智能制造 三、数字化制造及其研究进展 四、智能制造技术及应用展望
1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
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飞机数字化开发（B777)来自美国B777的应用效果
开发周期：9年→4.5年 成本降低：25％
100％整机数字化设计
世界垄断与霸主地位
工业4.0：智能化
工业1.0：机械化
1.工业革命发展历程
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一、工业4.0的意义
工业 1.0
1.工业革命发展历程
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一、工业4.0的意义
工业 2.0
1.工业革命发展历程
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工业 3.0
1.工业革命发展历程
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工业 4.0（人机对话）
2.数字化制造的特征
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1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
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飞机数字化开发（B787)
产品生产控制中心
1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
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飞机数字化开发（B787)
视频会议
车间 车间
生产监控
生产管控 人员
质量管控 人员
技术 工程师
技术支持
全球物流专家
采购管理 人员 供应商 管理人员
2.高效精密切削磨削加工 3.超高精度、高性能平面、曲面制造 4.特殊功能结构的特种加工（电火花加工、激光加工、声波加工） 5.复杂机械系统装配性能保障
CAD:UG/Catia/PRO-E CAE:Nastran/Ansys PDM: Team-Center ERP: SAP、Enovia
影响产品性能
产品 数字化
影响制造效率
控制：NC、CNC,DNC
系统：MC,FMC,FMS
制造系统 数字化
装备 数字化 工艺 数字化
影响制造效率
涉及装备与产品 的几何、力学行 为的耦合！
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欧美采取贸易保护反制
自1994 年人民币汇率改革以来, 在中国保持对美商品出口快速增长的同时 , 美国对中国产品反倾销调查和反倾销最终措施数量也有了大幅地增长。
2.美国对“中国制造”的忧虑
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寻求技术跨越
美国奇点大学著名教授瓦德瓦2012年 1月11日在《华盛顿邮报》认为： 我们将人工智能、机器人和数字化制造
环境预警
物流准备
高清视频、生产信 息、物流信息等
装配现场
技术 支持
质量管理
物流支持
采购支 持
环境信息支持
全球供应商工厂 ......
生产、装配现场
1.数字化手段有效地提升了产品开发质量
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数控纺织机械
手动式
半自动
全数控
数控织机，由原来3-4小时/毛衣，变为40分钟/毛衣，1个工人操作5-10台机器
工业4.0：从数字化制造到 智能制造
目录
一、为什么要发展智能制造？ 二、智能制造与工业 4.0 二、工业4.0与智能制造 三、数字化制造及其研究进展 四、智能制造技术及应用展望
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1.“中国制造”改变着整个世界
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改革开放30多年来，科技进步 在制造领域发挥了重要作用，“人 口红利”与“政策红利”相辅相成 ，显著提高了“中国制造”产品的 市场竞争力。