现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室-从“制造”到“智造”新时代的到来现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室n引言引言 12月月1日日至至2日日，工工业业和和信信息息化化部部部部长长苗苗圩圩一一行行赴赴江苏省调研两化融合工作情况。江苏省调研两化融合工作情况。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室n12月月5日日-8日，以日，以“众众创、众包、众需创、众包、众需”为主为主题的第七届全国题的第七届全国3D大大赛暨赛暨3D大会在江苏常大会在江苏常州拉开帷幕，持续四天州拉开帷幕，持续四天的的3D全产业链盛宴，全产业链盛宴，将共谋网络智能智造，将共谋网络智能智造，共享两化深度融合，共共享两化深度融合，共推工业推工业4.0落地，共同落地，共同呼唤呼唤“工业阿里工业阿里”。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室n “工业工业4.0”概念的产生概念的产生 德国政府提出“工业4.0”战略，并在2013年4月的汉诺威工业博览会上正式推出，其目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1工业4.0从智慧工厂到智能生产nIndustry 4.0 德国高科技战略计划首位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。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室n Industry 4.0现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室nIndustry 4.0“工工业业4.0”概概念念的的一一个个比比较较统统一一的的阐阐释释是是继继机机械械化化、电电气气化化和和信信息息技技术术之之后后，以以智智能能制制造造为为主主导导的的第第四四次次工工业业革革命命。主主要要是是指指基基于于信信息息物物理理融融合合技技术术（CPS），将将制制造造业业向向智智能能化化转转型型，实实现现集集中中式式控控制制向向分分散散式式增增强强型型控控制制的的基基本本模模式式转转变变，最最终终建建立立一一个个高高度度灵灵活活的的个个性性化化和和数数字字化化的的产产品品与与服服务生产模式。务生产模式。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1工业4.0从智慧工厂到智能生产nIndustry 4.0 两大主题：两大主题：智慧工厂、智能生产智慧工厂、智能生产n智慧工厂智慧工厂p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n智能生产智能生产p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现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室4.1工业4.0从智慧工厂到智能生产nIndustry 4.0n两大主题：两大主题：智慧工厂、智能生产智慧工厂、智能生产n三个设想：三个设想：产品、设施、管理产品、设施、管理n产产品品：集集成成有有动动态态数数字字存存储储器器、感感知知和和通通信信能能力力，承承载载着着在在其其整整个个供供应应链链和和生生命命周周期期中中所所需需的的各各种种必必需信息需信息n设施：设施：由整个生产由整个生产价值链价值链所集成，可实现自组织所集成，可实现自组织n管理：管理：能够根据当前的状况灵活决定生产过程能够根据当前的状况灵活决定生产过程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 工业工业4.0两个重要的内涵两个重要的内涵n 互联集成互联集成虚拟世界虚拟世界实体世界实体世界制造设备制造设备制造设备制造设备产品产品产品产品现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室 工业工业4.0两个重要的内涵两个重要的内涵n 服务服务传感器传感器传感器传感器现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产智能化环境智能化环境嵌入式计算机嵌入式计算机智能工厂智能工厂智能手机智能手机A6188智能卡智能卡90%的计算机的计算机都是嵌入式都是嵌入式多个计算机：多个计算机：1个用户个用户1个计算机：个计算机：1个用户个用户PC中央计算机中央计算机1个计算机：个计算机：多个用户多个用户基于物联网与服务的智能基于物联网与服务的智能环境发展过程环境发展过程现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂的架构智慧工厂的架构 基于物联网和服务互联网基于物联网和服务互联网物联网物联网服务互联网服务互联网智能物料智能物料APP平台平台智能智能产品品APP平台平台信息物理生产系统信息物理生产系统智慧工厂智慧工厂APP平台平台基于基于语义的的PLM、ERP、QMS、ERP现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂的流程智慧工厂的流程 基于云安全网络基于云安全网络智能物料智能物料智能智能产品品云安全网络智慧工厂智慧工厂2N2N智慧工厂智慧工厂1 1智能智能机床机床1智能智能机床机床2面向机床的面向机床的APPAPP平台平台信息物理生产系统信息物理生产系统机床间通信机床间通信现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂的布局智慧工厂的布局 面向服务的工厂系统布局面向服务的工厂系统布局服务库硬件无关硬件无关抽象服务抽象服务硬件相关硬件相关设备控制设备控制现场层现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂的车间智慧工厂的车间 基于无线、基于无线、RFID、传感器和服务的架构、传感器和服务的架构现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂中的智能装配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在头部安装立体在头部安装立体相机，在手臂靠相机，在手臂靠近物体的地方安近物体的地方安装装3D3D摄像头摄像头机器人利用左手内部天线从产品内存中读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从信息物理系统中获得产品装配说明书现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0下的多模式交互下的多模式交互多模式交互多模式交互语音语音图形图形/ /视觉视觉手势手势眼球跟踪眼球跟踪面部表情面部表情身体语言身体语言肢体动作肢体动作现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n智慧工厂中的增强现实技术智慧工厂中的增强现实技术工业环境工业环境佩戴谷歌眼镜的工人佩戴谷歌眼镜的工人工具工具现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n以人为中心的基于信息物理系统的智能工厂辅助系统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上下文的自适应基于上下文的自适应故障诊断辅助工具故障诊断辅助工具基于肢体动作的物理基于肢体动作的物理辅助辅助移动式个性化自适应移动式个性化自适应的辅助导航系统的辅助导航系统多模式的人机交互多模式的人机交互基于位置的维护和规基于位置的维护和规划辅助工具划辅助工具基于虚拟现实基于虚拟现实/ /增强增强现实的复杂工作流程现实的复杂工作流程辅助管理工具辅助管理工具现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0下的数据挖据与知识发现下的数据挖据与知识发现大数据大数据n制造业存储了超过其他工业部门的数据制造业存储了超过其他工业部门的数据n从从2010年以来新产品数据达到接近年以来新产品数据达到接近2艾字节（艾字节（216）仪器仪表产品仪器仪表产品供应链管理系统供应链管理系统产品全生命周期系统产品全生命周期系统现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0从智慧工厂到智能生产n工业工业4.0下的产品特点下的产品特点集成了信息存储、传感、无线通信功能集成了信息存储、传感、无线通信功能产品是信息载体产品是信息载体n产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直产品在整个完整的供应链和生命周期中都一直带有自身信息带有自身信息p产品是一个产品是一个agentp产品会影响其所在环境产品会影响其所在环境p产品具有自监测功能产品具有自监测功能p产品会对其自身状态和环境进行监测产品会对其自身状态和环境进行监测我生产于2010年4月30日，5月3日出厂请握中间已经打开2分钟了，请盖上现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0时代发展机遇n如何把握如何把握工业工业4.0大趋势，利用国内传统工业急大趋势，利用国内传统工业急需升级和创新有利时机，发挥作用，迎接工业智需升级和创新有利时机，发挥作用，迎接工业智能化时代的到来能化时代的到来？现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0时代发展机遇n 自身学习和掌握技术方面自身学习和掌握技术方面n 万物互联的时代意味着知识的积累变得更加重要，学习的范围要万物互联的时代意味着知识的积累变得更加重要，学习的范围要更加广泛更加广泛n智能制造的产品要求我们学习和掌握知识的深度也要加强智能制造的产品要求我们学习和掌握知识的深度也要加强n工业工业4.0新时代的到来，对嵌入式系统的要求也不一样，需要我们新时代的到来，对嵌入式系统的要求也不一样，需要我们在学习和科研的过程中要有创新思维，要有大局观在学习和科研的过程中要有创新思维，要有大局观 现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0时代发展机遇n在德国联邦教育研究部工业在德国联邦教育研究部工业4.0工作组的工作组的“实施工业实施工业4.0 攻略的建议攻略的建议”的报告中的报告中：“功能强大的、自主的功能强大的、自主的微型计算机微型计算机(嵌入式系统嵌入式系统)正越来越多地相互间或与正越来越多地相互间或与互联网以无线方式互联。这正在导致引起实体物理互联网以无线方式互联。这正在导致引起实体物理世界与虚拟网络世界世界与虚拟网络世界(cyberspace)以虚拟网络以虚拟网络实体物理系统实体物理系统(CPS)的方式相融合。的方式相融合。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0时代发展机遇n工业工业4.0概念下的智能概念下的智能工业系统中有大量的电工业系统中有大量的电子控制装置，它们都是子控制装置，它们都是嵌入式系统，比如今天嵌入式系统，比如今天我们谈论得很多的工业我们谈论得很多的工业机器人，其中的高性能机器人，其中的高性能控制器就是一个很复杂控制器就是一个很复杂的嵌入式系统，工厂自的嵌入式系统，工厂自动化中大量使用的动化中大量使用的PLC也是一种嵌入式系统。也是一种嵌入式系统。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0时代发展机遇n智能工业设备中的嵌入式系统与消费电子产品有很智能工业设备中的嵌入式系统与消费电子产品有很大的不同，一个重要标志是大的不同，一个重要标志是智能工业设备对实时性智能工业设备对实时性和可靠性的严格的要求和可靠性的严格的要求。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0时代发展机遇n嵌入式嵌入式系统系统适应智能工业产品的高可靠性要求，要适应智能工业产品的高可靠性要求，要做好开发和验证周期长的思想准备，脚踏实地的做做好开发和验证周期长的思想准备，脚踏实地的做好产品的可靠性认证工作是好产品的可靠性认证工作是将来将来做好嵌入式工业产做好嵌入式工业产品的关键。品的关键。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0时代发展机遇n如何使嵌入式产品实现智能，它又会在什么时间，如何使嵌入式产品实现智能，它又会在什么时间，以什么样的方式实现智能互联成为一个智能产品？以什么样的方式实现智能互联成为一个智能产品？现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室工业4.0时代发展机遇n德国在工业德国在工业4.0方面已经开展了好多工作，尤其是方面已经开展了好多工作，尤其是软件方面，软实力在工业软件方面，软实力在工业4.0时期比硬实力更加重时期比硬实力更加重要。要。现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室n深度学习深度学习百度百度 Deep Learning 面对大数据和实时交互面对大数据和实时交互 优化模式和运算速度同样重要优化模式和运算速度同样重要工业4.0时代发展机遇现代设计与集成制造技术教育部重点实验室现代设计与集成制造技术教育部重点实验室记住记住 我们应该勇敢的创造未来我们应该勇敢的创造未来同时同时 也要为此承担责任也要为此承担责任记住记住 天空不是我们的界限天空不是我们的界限