工业4.0及西门子工业数字化之路
德国工业4．0战略对中国制造业转型升级的借鉴
德国工业4．0战略对中国制造业转型升级的借鉴杜传忠;杨志坤【摘要】作为第三次工业革命的重要组成部分，德国工业4．0战略通过构建信息物理系统，以“智能工厂”和“智能生产”实现制造业设计、生产、运营及服务的全方位系统整合，力求使德国占据新一轮国际产业竞争的制高点。
德国工业4．0战略的智能化、数字化和服务化的制造业发展基本方向，系统、关联、集成、协同与融合的制造业产业体系，充分发挥中小制造业企业的有效机制，大规模、个性化、定制化的制造业生产方式，完善的技术创新平台和统一的工业制造业标准以及充分发挥人力资源潜力等值得中国借鉴。
%As the important part of the Third Industrial Revolution,German Industry 4.0 Strategy establishes the cyber-physical system,to achieve the comprehensive integration ofdesign,production,operation and service with “Smart Factory”and “intelligence production”.Germany strives to occup y the top ground of the world manufacturing industry in the future competition of global industries with Industry 4.0 Strategy.There are many aspects worthy of learning from Industry 4.0 Strategy,such as intelligent,digital and service developing trend of manufacturing industry,the manufacturing industry system based on systems,correlation,integration,coordination and integration,effective mechanism of giving full play to the role of small and medium-sized manufacturing enterprises,new large-scale and personalized and customized production mode,perfect technical innovationplatform,unified industrial manufacturing standards,practice of realizingthe full potential of human resource.【期刊名称】《经济与管理研究》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】6页(P82-87)【关键词】工业 4.0 战略;制造业;转型升级;借鉴分析【作者】杜传忠;杨志坤【作者单位】南开大学经济与社会发展研究院，天津市，300071;南开大学经济学院【正文语种】中文【中图分类】F414内容提要：作为第三次工业革命的重要组成部分，德国工业4．0战略通过构建信息物理系统，以“智能工厂”和“智能生产”实现制造业设计、生产、运营及服务的全方位系统整合，力求使德国占据新一轮国际产业竞争的制高点。
借鉴德国“工业4.0”加快我国制造业转型升级
借鉴德国“工业4.0”加快我国制造业转型升级安琳【摘要】在发达国家的“再工业化”战略中，德国“工业4.0”战略目标明确、措施务实、发展路径清晰，一经提出便引起了世界的广泛关注。
赛迪智库软件与信息服务业研究所认为，“工业4.0”战略为我国制造业转型升级提供了很多可资借鉴的思路，受其启发，我国可从四个方面推动制造业向智能制造转型升级：面向未来的产业链分工扩展转型范围；优化产业结构，注重培育战略性新兴产业增长点；鼓励企业牵头官产学研一体推进核心技术创新；政府主导，推进智能制造技术标准规划建设与实施。
【期刊名称】《电器工业》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】3页(P32-34)【作者】安琳【作者单位】工业和信息化部赛迪研究院【正文语种】中文在发达国家的“再工业化”战略中，德国“工业4.0”战略目标明确、措施务实、发展路径清晰，一经提出便引起了世界的广泛关注。
赛迪智库软件与信息服务业研究所认为，“工业4.0”战略为我国制造业转型升级提供了很多可资借鉴的思路，受其启发，我国可从四个方面推动制造业向智能制造转型升级：面向未来的产业链分工扩展转型范围；优化产业结构，注重培育战略性新兴产业增长点；鼓励企业牵头官产学研一体推进核心技术创新；政府主导，推进智能制造技术标准规划建设与实施。
当前，“中国制造”正受到双重挑战：发达国家纷纷开始“再工业化”运动，东盟、印度和拉美国家则拥有更低的劳动力和资源成本。
在这种形势下，如何在保持增长的同时促进产业转型升级，就成为我国制造业必须思考的问题。
德国正在实施的“工业4．0”战略，体现了制造业强国对未来产业发展趋势的评判与布局，为我国制造业发展提供了可资借鉴的思路。
“工业4.0”是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新，在关键工业技术中取得国际领先地位，提高德国工业的竞争力。
其核心要点包括以下三个方面。
（一）“工业4.0”的概念直指新一轮工业革命德国“工业4.0”战略，与国际金融危机之后发达国家纷纷提出的以重振制造业为核心的“再工业化”战略一脉相承。
从德国“工业4.0”看中国制造强国建设
产能经济从德国“工业４．０”看中国制造强国建设于晓飞 梁 靓 车玲洁 浙江省工业经济研究所摘要：研究德国“工业4.0”，能够从智能化、信息化角度分析全球制造业的新动向，也对中国制造强国建设提供良好的借鉴。
本课题结合全球制造业发展动向、中国制造强国建设导向，提出：(1)把中国制造和德国制造的优势结合起来，强强联合走向第三国；(2)把美国制造业回归与德国工业4.0结合起来，权衡利弊，形成中国特色的工业4.0；(3)在制造业强国建设上，要注意中国与德国、美国的制造业优势差别，加快实施中国版工业4.0。
关键词：德国“工业4.0”；中国制造业；智能化；信息化中图分类号：F421 文献识别码：A 文章编号：1001-828X(2015)024-000295-02一、德国“工业４．０”的出台背景在全球，德国是制造业最出色的国家之一，竞争力非常强，特别是装备制造行业，全球领先。
2006年德国发布《德国高技术战略》，目标是通过创新，克服其成本劣势，使德国保持全球市场领导者的地位。
2013年，在《德国高技术战略》与《德国高技术创新战略2020》的基础之上，德国提出工业4.0战略。
2008年国际金融危机爆发后，2010年德国又提出《创意·创新·增长——德国2020高技术战略》，目的是根据国家重大任务制定研究和创新政策，有针对性地激发科研与经济领域的巨大潜力，为德国和全球面对的重大挑战找到面向未来的解决方案。
2013年由多领域专家组成的德国工业4.0工作组发布了专门报告——《保障德国制造业的未来：关于实施“工业4.0”战略的建议》。
该战略已经得到弗劳恩霍夫协会、西门子为代表的德国科研机构和产业界的广泛认同。
二、工业４．０是什么？“工业4.0”是什么？德国“工业4.0”战略希望能够将信息物理系统和信息通讯技术结合在一起，帮助制造业更好的转型，转向智能化方面。
“工业4.0”是互联，西门子、博世和蒂森克虏伯的专家提到工业4.0的核心是连接，希望能够连接设备生产销售的各个方面，并通过网络持续地保持数字信息的交流。
企业数字化转型与工业4.0之路
机器
机器到机器的通 信
缩短周期，改善OTIF交货率，提升
新技术（如3D打印）
客户满意度
改善客户对产品和服务的反馈信息
控制
传感器与控制
流
工程-批量的大小 „
产品 工业4.0是什么？
物联网
价值链中的计划/控制和数据交换的整合—包括工作和机器层面 联通型产品，传感器和机器生成数据的大幅增加 单个产品的全程可追溯性—包含制造过程—一直到零件层面
• 单片架构着重于内部服务 • 协作能力有限 • 可扩展性有限（容量，计算能力， 用户）)
Box
预防性分析 协作 虚拟化
• 支持现代工作负载 （例如大数据，社交分析） • 应用与协作，与客户，供应商和智能设备交 互 • 可扩展性强，可支持未来增长
Appliance
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数据启用的服 务 社交分析
Box
• 将设备性能数据转换 为特定的供应商要求 • 现场产品的年限和状 况 • 产品位置 • 天气状况 • 使用频率 • 备件状态监测 • 产品使用监测
• • • • • •
每个地区的库存数量 产品的类型和年限 平均库存周转 位置/地理区域 自有或供应商持有 特殊备件还是通用备 件 • 需求模式 • 盈利能力分析
计划
维保&维修
远程
警报
Fully digitalized process
大数据平台使远程控制中心成为可能
• • • • • 来自多个家用电器的数据通过无线传输到大数据平台 使用传感器数据和分析，远程监测设备的动态条件 使用大数据和算法，预测修复情况，并在故障发生之前迅速做出反应 通过优化的规划和实时警报，优化维修周期 通过呼叫中心的远程专家帮助，以及移动应用程序提供支持（显示计划和说明），实行维修工作， 提高灵活性和效率。
第四次工业革命(工业4.0)相关著作信息汇总(截止2017.12)
书名 工业4.0：即将来袭的第四次工业革命 工业4.0：正在发生的未来 工业4.0：最后一次工业革命 智慧的维度：工业4.0时代的智慧制造 工业4.0大革命 实施工业4.0 投资的逻辑 开启工业4.0的资本运作和财富浪潮 工业4.0（实践版）：开启未来工业的新模式、新策 略和新思维 工业4.0落地之道 工业4.0(图解版)：通向未来工业的德国制造2025 工业大数据：工业4.0时代的工业转型与价值创造 大数据供应链：构建工业4.0时代智能物流新模式 创客运动 互联网+与工业4.0时代的创新法则 全球制造业的颠覆——工业4.0 工业4.0时代的盈利模式 弯道超车：从德国工业4.0到中国制造2025 工业产品服务价值创造 企业服务化转型升级的路径 与案例 助力中国制造2025，推动工业企业转型升级 工业4.0实战：装备制造业数字化之道
2016年8月 2016年8月 2016年8月 2016年9月 2016年9月 2016年9月 2016年9月 2016年10月 2016年10月 2016年11月 2016年11月 2016年11月 2016年12月 2016年12月 2016年12月 2017年1月 2017年1月 2017年1月 2017年2月 2017年2月 2017年4月 2017年4月 2017年5月 2017年6月 2017年6月 2017年6月 2017年7月 2017年7月 2017年7月 2017年8月 2017年8月 2017年8月 2017年9月 2017年9月 2017年10月 2017年10月 2017年10月 2017年11月 2017年12月
“工业4.0”：智能化制造新时代的到来
“工业4.0”：智能化制造新时代的到来摘要：“工业4.0”被看成是互联网全面进入生产制造系统的重要切入点，其以智能互联系统为主，采集特色化、个性化需求的数据，然后利用智能制造系统加工出个性化的产品。
中国制造业以“工业4.0”为愿景的转型升级可借鉴德国经验，大力推动数字化网络化智能化制造，重视核心技术创新、市场拓展、标准规划建设与实施、系统配套对产业转型升级的协同作用；发挥大型企业的带动效应，通过人才培育、资源利用、市场开放等产业政策安排，促进制造业转型升级。
关键词：“工业4.0”；智能化；制造引言当前德国已经进入了“工业”时代。
工业4.0(Industry4.0)是德国政府《高技术战略2020》确定的十大未来项目之一，这一概念是在德国学术界和产业界推动下形成的，它现已成为了德国的国家战略。
德国政府制定“工业4.0”战略的目的是为了“确保德国制造的未来”，旨在支持工业领域新一代革命性技术的研发与创新。
当下，正值我国大力推动信息化与工业化的深度融合、促进制造业转型升级的关键时期，德国推行的“工业4.0”战略与我国提出的“两化”深度融合有若干相通之处，与我国制造强国战略不谋而合。
1工业4.0工业革命是现代文明的起点，是人类生产方式的根本性变革。
18世纪末的第一次工业革命创造了机器工厂的“蒸汽时代”，20世纪初的第二次工业革命将人类带入大量生产的“电气时代”，这两个时代的划分已经是大家公认的。
20世纪中期计算机的发明、可编程控制器的应用使机器不仅延伸了人的体力，而且延伸了人的脑力，开创了数字控制机器的新时代，使人—机在空间和时间上可以分离，人不再是机器的附属品，而真正成为机器的主人。
从制造业的角度，这是凭借电子和信息技术实现自动化的第三次工业革命。
进入21世纪，互联网、新能源、新材料和生物技术正在以极快的速度形成巨大产业能力和市场，将使整个工业生产体系提升到一个新的水平，推动一场新的工业革命，德国技术科学院(ACDTECH)等机构联合提出“第四代工业－Industry 4.0”战略规划，旨在确保德国制造业的未来竞争力和引领世界工业发展潮流。
Siemens-PLM-Software驱动“数字化工厂”
Siemens PLM Software驱动“数字化工厂”通往工业4.0的必由之路是全面整合优化产品生命周期与生产生命周期。
PLM和MES 的链接，对企业架构的主要影响是更加扁平化，原来高度层次化、高度分工的组织就可能被更加扁平、更加灵活的跨专业小组所取代。
改革开放三十多年，中国制造业已经开始从劳动密集型和生产低附加值产品向自动化智能化和生产高附加值产品转型。
大量以劳动密集型代工生产为核心的制造业务面临着劳动力成本快速上涨、产品本地化、能源成本上升、对环境的影响以及制造能力升级等诸多方面的挑战。
企业生产需要从量产化向定制化转变。
制造业产业结构升级、转型将是未来新制造业发展的主旋律。
在这样的趋势下，制造业发展的方向必然是两化融合，即工业化与信息化的融合。
"这就是今天Sieme ns PLM Software为什么要把制造和信息化、工业化进行’融合’，也是我们的愿景和目标。
”2013年12月10日，Siemens PLM Software 大中华区首席执行官兼董事总经理梁乃明在位于成都高新区的西门子工业自动化产品成都生产研发基地(S EWC向媒体和用户展示了西门子数字化工厂的成果。
制造与工业化和信息化融合经济和技术的变化为全球制造业带来巨大的转型挑战，整个工业领域也正在经历一场制造业的大变革。
通过虚拟生产结合现实的生产方式，未来制造业将实现更高的工程效率、更短的上市时间，以及更高的生产灵活性。
西门子已经在国外成功推出了数字化工厂。
德国安贝格电子工厂(EWA就是典型的面向未来的数字化工厂模板。
而西门子2013年9月11日刚刚在成都高新区建成投产的SEWC作为EWA勺“备份”工厂，目前是中国最大的数字化工厂。
作为西门子工业自动化全球生产及研发体系中最新建成的一座“数字化工厂”，也是西门子在德国之外建立的首家“数字化工厂”，SEWC实现了从产品设计到制造过程的高度数字化。
参观时工厂技术人员的现场讲解让笔者更容易、更直观地看到软件与硬件的结合。
深嗅“工业4.0” 触摸数字化工厂——参观西门子工业自动化产品成都生产研发基地
深嗅“工业4.0” 触摸数字化工厂——参观西门子工业自动化产品成都生产研发基地高扬【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】3页(P11-13)【作者】高扬【作者单位】【正文语种】中文专题专访“工业4.0”、数字化工厂等新概念在行业盛行之际，笔者有幸参观了位于成都高新西区的西门子工业自动化产品成都生产研发基地(以下简称SEWC)，近距离地接触了这个西门子在中国设立的首家，也是唯一一家数字化工厂。
“耳听为虚，眼见为实”，本次参观让笔者对数字化工厂有了更进一步的了解，对“工业4.0”有了更深切的认知。
SEWC是安贝格工厂的姊妹工厂，众所周知，创建于1989年的西门子安贝格工厂被认为是全球最先进的数字化工厂，一直以来被业界认为是德国工业4.0的雏形。
而2011年立项、2013年便投产的SEWC也表现不俗，“10秒一个产品下线，每天一万一千台产品，百万加工失效率(dpm)9.5，SEWC的产品40%发送德国全球供货。
” 西门子工业自动化产品(成都)有限公司总经理李永利介绍，“由于中国工业化的进程以及西门子在工业自动化中的重要性，西门子决定把工厂建到中国这一最重要的市场之中，将西门子最新的数字化工厂平台运用到成都工厂以保证未来20～30年中稳步前进。
”“SEWC不是为了竖立一个样板工厂而存在，我们的目标在于工厂效益更好，产品质量更高、交付期更短。
” 李永利说强调，“当客户衡量产品时，不仅仅会思考这个产品本身的价格，更重要的是产品质量，因为当产品出故障时，给顾客带来的损失远远要比产品自身的成本更高，数字化形成的强大数据流可以帮助整个工厂的管理运营并且保证所有信息全程可追溯，在缩短产品交付期的同时也保证了产品的质量。
”高质量在工业制造领域的重要性不言而喻。
为此，在实现质量提升上，数字化制造首先是借助自动化产线上的机器充当“助手”的角色。
李永利举例，“安贝格工厂历经20多年，百万加工失效率(dpm)从500～600降低到10以下，而制造业熟练工人的失效率300～500，由此可见，想要创造极低的出错率，不能靠加强管理员工实现，需要的是正确的方法。
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工作命令 生產要求 機台規劃 模擬分析 加工程式
生产 工程
品管資料 材料批次 加工過程 錯誤處理 零件追溯序列
生产
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
服务
Siemens PLM Software
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
• 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。
Siemens PLM Software
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，是为了“确保制造业的未来”。
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垂直集成及网络化制造系统
Siemens PLM Software
“工业 4.0” : 信息物理融合系统CPS ---改变了制造业的游戏规则
市场
动态需求
设计
全面3D工程化
工程
自主部件
市场
客户满意
信息
实时更新
生产
自优化 自修复
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
物联网
老龄化
云技术
城市化
3D打印 知识自动化
气候变 化
高级机器人
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制造业的挑战
全球竞争 更短的产品生命周期 需求的多样化 人工成本增加 材料成本上升 能源的不确定性 可持续和绿色制造
工业2.X平台
工业3.X平台
工业4.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。
1. 工业自动化系统 2. 传感器系统 3. 驱动系统 4. 网络结构及通讯产品 5. 基于模型的信息互连
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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”
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Automation
网络与通信系统
物料定位
物料移动控制
人机交互系统
Siemens PLM Software
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
1 智能产品，涵盖整个价值增值链
2 虚实互联，数字与实际环境的融合
3 制造互联，信息物理融合系统
工业4.0及西门子工业数字化之路
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Realize innovation.
Hale Waihona Puke 容Restricted © Siemens AG 2015
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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
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Siemens PLM Software
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Siemens PLM Software
工业4.0理念下智慧企业建设路线
工业2.X平台
信息系统业务全覆盖 (核心是基于三维模型的企业)
工业3.X平台
五大信息系统及硬件 业务信息互通
(核心互联基础上工 厂自动化)
工业4.X平台
基于务联网商业模式
(核心是互联下智能产品和智能生 产)
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• 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
“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！
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Siemens PLM Software
工业2.X特点: 单点信息系统应用
工业2.X平台
工业3.X平台
工业4.X平台
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。
产品设计： • 设计 • 分析应用 • 公差分析
制造过程管理： • 工艺设计 • 制造执行 • 检测检验
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
复杂 程度
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
1800
来源：DFKI (2011)
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▪ 战略层面 ▪ 新的商业模式 ▪ 商业生态系统
贯穿整个价值链的端到端工程 数字化集成 ▪ 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
企业内部灵活且可重新组合的网络化 制造系统纵向集成
▪ 系统层面 ▪ 基于CPS的柔性可配置的生产 系统 ▪ 全集成自动化
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调试
自配置
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…..
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
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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
软硬件系统融合时代：
产品
工厂
资源
• 3D设计 • 仿真 • 验证 • 标准化
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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
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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。
物料需求计划
主数据管理
订单管理
厂外物流管理
数字化产品验证 数字化产品制造
生产计划与工单管理
MOM
质量管理
车间与人员管理
厂内物流管理 出货管理
企业级BOM及变更管理
物料管理
生产过程监控
生产文档管理
立式自动仓库
企业级项目管理
设备管理
报表管理
KPI和智能支持
自动运载机具
数据采集与 监视控制系统
智能设备
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“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 和比较各种选项
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第一部可编程 逻辑控制器 (PLC) Modicon 084，1969 年
智能设备 智能物料 物联网 (IoT)
IPv6 网络化的分散制造系统
2000 如今
时间
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工业4.0的核心： --基于信息物理融合系统（CPS）的生产
• 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
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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