制造业技术优化报告怎么写(工业40和数字化如何提高制造业的响应能力、质量和效率)
工业4.0是一个全面的自动化、商业信息和制造执行架构，通过跨公司边界的生产和商业的所有方面的集成来改善工业，以提高效率。工业4.0一词起源于德国，但其概念与全球范围内的倡议相一致，包括智能工厂、工业物联网、智能制造和先进制造。
工业4.0的诞生
工业4.0最初是德国2006年制定的10点高科技战略计划的一部分。2010年7月14日，德国内阁决定继续实施这一战略，引入2020年高技术战略倡议，将国家研究和创新政策重点放在与未来10至15年科学和技术发展相关的选定前瞻性项目上。工业4.0是利用计算、软件和互联网技术实现一体化工业的愿景。4.0指的是第四次工业革命的概念:
第一:生产机械化使用水和蒸汽动力第二:大规模生产(亨利·福特经常被称为创新者)第三:数字革命(如机床数控、可编程逻辑控制器、直接数字控制、企业资源规划)第四:利用信息物理系统、嵌入式计算、物联网技术的工业4.0
德国的战略强调工业和科学之间的合作，以促进知识和技能之间更紧密的联系。工业4.0工作组的最终报告《实施工业4.0战略倡议的建议》描述了在制造业中使用物联网技术、通信和web服务。
它们使创建包含整个制造过程的网络成为可能，将工厂转变为智能环境。关联包括智能机器、仓储系统和以端到端集成为特征的生产设施，包括入站物流、生产、营销、出站物流和服务。工业4.0预计将在商业伙伴(如供应商和客户)之间以及员工之间建立更紧密的合作，为互惠互利提供新的机会。
愿景
工业4.0的愿景是显著提高生产率、效率和自我管理的生产流程，其中人员、机器、设备、物流系统和在制品组件直接相互沟通和合作。一个主要目标是应用低成本的大规模生产效率，通过利用嵌入式处理和通信实现批量制造。
生产和物流流程跨越公司边界智能集成，创建一个更高效、更灵活的实时精益制造生态系统。这将促进智能价值创造链，包括产品从最初的产品创意、开发、生产、使用和维护到回收的所有生命周期阶段。通过这种方式，生态系统可以利用客户的所有愿望，从产品理念到回收利用，以做出响应并不断改进。
供应链中的网络公司使优化单个生产步骤和整个价值链成为可能。例如，全面的实时信息使公司能够在生产过程中根据价格、质量和其他因素对某些原材料的可用性做出反应，以实现最佳效率。外部联系使生产过程能够跨公司边界进行控制，以节省资源和能源。
据预测，工业数字化将培育新的商业模式，并为中小企业提供巨大的机遇。这已经开始发生了。例如，为了制造小批量金属零件，公司建立虚拟3D模型，并使用直接金属激光烧结(DMLS)，这是一种类似于3D打印的添加工艺，沉积激光熔化的金属粉末层，以制造零件。这些零件是完全致密的金属，具有优良的机械性能。有趣的是，DMLS工艺可以产生传统加工工艺无法创建的复杂几何形状。
异步制造业
传统的组装生产线是同步的，具有基于企业业务系统中运行的生产工作订单的预定义工作流。生产步骤集中传达到与装配线同步的每个制造站。相比之下，工业4.0基于异步制造，生产流程中的组件使用自动识别技术，通知每台机器和操作员在生产过程的每一步需要做什么来生产定制的最终产品。
使用新的灵活的机器来适应正在制造的零件的要求是工业4.0的另一个维度。这实现了高度灵活、精益和敏捷的生产过程，使各种不同的产品可以在同一生产设施中生产。有利可图的大规模定制允许生产小批量(甚至小到单个独特的物品)，因为能够快速配置机器以适应客户提供的规格和增材制造。
分析
工业4.0系统捕获了广泛的数据，可用于通过应用分析来提高性能和生产力。分析被用于多种方式，包括实时预测维护，这有助于制造公司避免因工厂车间的计划外机器故障而导致生产中断，直接提高资产利用率。另一个应用是优化生产操作，提高生产力和能源效率。
技术
随着物联网推动的技术进步，包括开放软件平台、开放通信、开放数据模型和强大的嵌入式处理器，工业4.0愿景的实现正在成为可能。工业4.0使用术语信息物理系统(CPS)来描述物理和计算的交互，包括各个层面的嵌入式智能，包括机器、传感器、执行器、生产部件、子组件和正在生产的产品。CPS由物理实体组成，例如由基于计算机的算法控制或监控的机制。CPS应用的一个当前的例子是机电驱动系统，它使用嵌入在电机驱动器中的处理器和通信来完成包装机中的协调操作，而不需要物理传动装置。这大大节省了成本，提供了更大的灵活性和更高的可靠性。
竞争驱动程序
推动全球范围内采用更大程度的制造和流程自动化的一个驱动力是，追求低劳动力成本不再是一个制胜战略。保持竞争力和灵活性只能通过利用最新技术来实现，而自动化是成功转型的基本组成部分。在重大创新时期采用新技术对制造业的成功至关重要。历史往往会重演;想想20世纪初富人的玩物——汽车吧。
亨利·福特决心制造一种简单、可靠、价格合理的汽车，这就产生了采用福特革命性装配线生产的T型车。福特继续改进装配线方法，将T型车的生产时间从12小时以上缩短到93分钟。到1914年，福特占据了48%的汽车市场份额。竞争对手不得不实施装配线，否则就会因为无法竞争而面临破产的风险。竞争格局并不是一成不变的，美国汽车行业市场份额的下降就证明了这一点。1960年，48%的汽车是在美国生产的。到1997年，这一数字下降到23%，市场份额下降了50%以上。到1997年，日本生产了21%的汽车。
日本汽车制造商的成功归因于先进的制造方法、积极的自动化和积极使用机器人(日本目前每万人有323个机器人)。在同一时期，美国汽车制造商也拥有同样的技术和方法，但直到受到经济因素的影响才加以利用。世界各地的制造商都认识到需要更多的自动化来高效地生产精准和质量稳定的产品。例如，根据国际机器人联合会(InternationalFederationofRobotics)的数据，2014年中国是最大的工业机器人销售市场。目前机器人的采用速度，中国工厂的工业机器人数量已经超过欧盟或美国
历史观点:合作必不可少
自20世纪80年代以来，工业界一直在追求整合。最突出的概念，称为计算机集成制造，集成整个制造企业，以提高制造生产力和效率。视觉以电子方式连接和协调功能区域，包括设计、分析、计划、采购、成本会计、库存控制、数控机床和材料处理。
1982年发布的制造自动化协议(MAP)定义了一个用于多个制造商设备互连的计算机网络标准，以对抗自动化产品供应商(如可编程控制器)使用的不兼容通信标准的扩散。1986年，波音公司将其技术办公室协议与MAP标准合并，合并后的标准被称为MAP/TOP。
尽管通用汽车、波音等制造商在少数项目上推广和使用了这种方法，但在现有技术条件下，这种方法既麻烦又昂贵。一个主要的挑战是集成来自不同供应商的组件，包括使用不同通信协议的可编程逻辑控制器、数控机床、输送机和机器人。美国和欧洲之间也存在相互竞争的数据交换和协议标准，这是适得其反的。
在全球范围内采用
德国的工业4.0倡议正在影响全世界的思维，而这种思维又反过来影响其他倡议和合作努力。
中国制造2025和工业4.0
中国已将第四次工业革命概念作为十年计划“中国制造2025”的一部分，该计划旨在全面升级中国工业，目标是赶上德国等生产大国，并以较低的劳动力成本抵御来自其他发展中国家的竞争。该计划重点关注10个领域，包括高端计算机化机械和机器人、航空航天设备、可再生能源汽车和生物医药。
德国联邦经济与能源部与中国工业和信息化部签署了关于两国在工业4.0领域合作的谅解备忘录。该备忘录将BMWi的工业4.0与中国的“中国制造2025”倡议联系起来，从而加强了两国之间的创新伙伴关系。中国认识到，保持竞争力意味着拥抱自动化。
日本
制造业占日本国内生产总值(GDP)的很大一部分。包括经济产业省在内的日本公司和组织正在将物联网技术和工业4.0概念作为未来制造业产业价值链倡议(www.iv-i.org)战略的一部分。该倡议指出，“产业价值链倡议是一个将制造业和信息技术结合起来设计新社会的论坛，让所有企业共同发挥主动作用。”目标包括:
提供制造业服务模式，使用他们的产品作为关键的竞争组件
通过平台降低成本，增加制造运营管理软件的灵活性
在供应/工程链中连接中小型制造商，从而实现高质量和高生产率
智能制造领导联盟
智能制造领导联盟(SMLC)成立于美国，旨在克服与智能制造系统商业化相关的成本和风险。SMLC并没有明确地接受工业4.0，但其愿景和使命包含了许多相同的概念。SMLC的使命是引导工业部门向网络化、信息驱动的环境转型，在这种环境中，开放的智能制造平台为制造商提供实时、高价值的应用程序。
其使命是优化生产系统和价值链，并从根本上提高可持续性、生产力、创新和客户服务。SMLC打算通过跨行业、学术界、财团和政府的制造业思想领袖的合作，开发一个基于云的、开放架构的制造基础设施和市场。SMLC的目标包括集成工厂级系统和数据，加速可重用应用程序的开发和部署，提供所有人可访问且负担得起的开放和安全的基础设施，灵活地接受不断变化的业务需求和新的市场机会。
标准
工业4.0和相关举措认识到，有效地构建自我管理的生产流程需要开放的软件和通信标准，允许传感器、控制器、人员、机器、设备、物流系统和产品直接相互沟通和合作。未来的自动化系统必须采用开源的多供应商互操作性软件应用程序和通信标准，类似于计算机、互联网和移动电话。工业4.0演示通过利用现有标准，包括ISA-88批标准、ISA95企业控制系统集成标准、OPCUA、IEC6-1131-3和PLCopen，承认了这一点。
2016年3月，德国工业4.0平台联盟和美国工业互联网联盟的代表在瑞士苏黎世会面，探讨了他们的两个架构工作——工业4.0参考架构模型(RAMI4.0)和工业互联网参考架构(IIRA)——的潜在一致性，全球标准的协调最近又向前迈出了一步。OPC基金会和对象管理小组(OMG)为技术互操作性建立了一个协作策略，包括OPC统一体系结构(OPCUA)和OMG数据分发服务(DDS)标准。这些都是重要的合作努力，说明了工业自动化行业的成熟。他们认识到制造业在全球范围内相互依赖，需要共同的标准和互操作性。
工业4.0过程自动化
工业4.0概念在过程自动化中的应用正在兴起，新的NAMUR工作组致力于经验交流、概念发展和制定以下主题的要求:
确定今天和未来生产的机会和潜力从NAMUR的角度描述了工业4.0方法的需求NAMUR在工业4.0活动中的定位
NAMUR与德国工程师协会和电气、电子与信息技术协会合作，发布了新技术路线图“过程传感器4.0”。该技术路线图确定了从简单的温度传感器到复杂设备的过程传感器的必要要求以及通信功能。功能包括与统一协议的连接和通信、维护和操作功能、可追溯性和遵从性、支持持续工程的虚拟描述以及互操作性。
一个核心概念是嵌入在传感器中的处理，这些传感器可以与控制系统通信，也可以直接与企业系统通信。2015年汉诺威工业博览会上，厂商展示了工业4.0过程自动化的应用。他们重点关注了工业4.0在过程自动化方面的三个不同方面:从现场级设备到业务控制的垂直集成;横向整合，优化价值链产出;以及端到端的工程、计划和过程控制。