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工业4.0成功实施的高效实战方法_互联网+制造业大师--3A互联网+制造业顾问

工业4.0培训流程:

  了解情况 → 提供提纲 → 商务谈判 → 签署协议 → 现场调研 → 培训实施

工业4.0培训效果:

  1、使高层管理者正确理解:工业4.0为制造企业创新商业模式、创造高额利润的原理。

  2、使中基层管理者正确理解:团队建设、协同工作、共赴使命的实战方法,及充分发挥自身的骨干作用的实战方法。

  3、使全体员工正确理解:通过积极参与工业4.0的成功实施,提高自己在今后的职业生涯中的核心竞争力。

  4、中国唯一的以接受培训的制造企业如何成功实施工业4.0为主要内容的培训课程。

  5、中国唯一的体系化讲解工业4.0的主要功能、系统构成、运行原理、战略规划、实施计划、成功执行的培训课程。

  6、中国唯一的为接受培训的制造企业就如何成功实施工业4.0提出的问题进行现场答疑的培训课程。

工业4.0培训顾问:

  王尚文:3A互联网+制造业总设计师,主要负责互联网+制造业(工业4.0)战略规划、系统架构设计、互联网+ERP系统的功能设计……

工业4.0培训时间安排:

  第一天:上午09:00-12:00,第一章:基于全球视野的工业4.0概述

      下午14:00-17:00,第二章:基于全景视野的工业4.0运行机制

  第二天:上午09:00-12:00,第三章:成功实施工业4.0的实战方法

      下午14:00-17:00,针对受训企业成功实施工业4.0的现场答疑

工业4.0培训课程提纲:

  第一章:基于全球视野的工业4.0概述

  一、工业4.0的核心价值、基本概念、发展方向

  1、工业4.0的核心价值

  通过大幅度提升营业收入、降低制造成本和期间费用,最终实现高额利润。这就是工业4.0的核心价值所在。

  (1)大幅度提升营业收入

  要点:以接受培训的制造企业为例,讲解通过成功实现工业4.0、大幅度提升营业收入的途径、方法、空间。

  (2)大幅度降低制造成本

  要点:以接受培训的制造企业为例,讲解通过成功实现工业4.0、大幅度降低制造成本的途径、方法、空间。

  (3)大幅度降低期间费用

  要点:以接受培训的制造企业为例,讲解通过成功实现工业4.0、大幅度降低期间费用的途径、方法、空间。

  2、工业4.0的基本概念

  (1)主要制造设备:工业智能机器人、3D打印设备、4D打印技术、低成本自动化装备等智能化装备。以智能制造为标志。工业4.0系统则包括智能硬件系统、智能通信网络、智能软件系统、智能决策系统、智能管理系统、工业云服务平台。

  (2)主要生产模式:通过产品全生命周期、制造全流程的数字化以及基于信息通信技术的模块集成,由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变,形成高度灵活的个性化、数字化的生产模式,即个性化定制生产模式,也叫做互联网制造模式。

  (3)第四次工业革命成果:利用CPS将生产中的供应、制造、销售等信息数据化、智能化,实现快速、高效、个性化的产品供应。实现基于智能化生产、智能化产品、智能供应链、智能化服务、智能化工厂、智能化经营的运营系统。实现效率、质量、设备寿命的第四次飞跃。

  3、工业4.0的发展方向

  (1)工业4.0产生的背景

  (2)工业4.0的发展历程

  (3)实施工业4.0的基础

  (4)基于工业4.0的商业模式

  (5)德国工业4.0的战略目标

  要点:在2020年至2030年之间,实现第四次工业革命,即以信息物理系统为基础的绿色的智能化生产。

  (6)中国工业4.0的战略延伸

  4、什么是工业1.0

  (1)主要制造设备:蒸汽驱动的机械制造设备。以蒸汽机为标志。

  (2)主要生产模式:通过工人操作机器而制造产品的机械化生产模式。以单件小批量生产模式取代手工作坊式生产模式。

  (3)第一次工业革命成果:机械生产取代了手工劳动,实现了效率和质量的第一次飞跃。

  5、什么是工业2.0

  (1)主要制造设备:电力驱动的自动生产设备。以电气化为标志。

  (2)主要生产模式:由继电器、电气自动化控制机械设备生产。第一步是基于自动化流水线、标准化的少品种大规模生产模式取代单件小批量生产模式,第二步是多品种小批量柔性生产模式取代少品种大规模生产模式。

  (3)第二次工业革命成果:通过零部件生产与产品装配的成功分离,开创了大批量生产模式,实现了效率和质量的第二次飞跃。

  6、什么是工业3.0

  (1)主要制造设备:由电子与信息技术控制的高度自动化生产设备。以自动化为标志。

  (2)主要生产模式:采用由PC、PLC/单片机等电子、信息技术而实现自动化控制的机械设备进行生产(工人通过电脑程序控制机器,完成自动化生产,是一种单向的指令),机器逐步取代人类作业,机器不仅接管了相当比例的“体力劳动”,还接管了大量信息的快速处理和重复性的“脑力劳动”。

  (3)第三次工业革命成果:制造过程实现了高度自动化控制。实现了无人/少人化生产。实现了效率、质量、设备寿命的第三次飞跃。

  二、主流国家的制造业战略与中国制造业的竞争战略

  1、中国的《制造强国战略》与《中国制造2025》

  2、德国的《高技术战略2020》与《工业4.0》

  3、美国的《先进制造业国家战略计划》与《工业互联网》

  4、英国的《高价值制造战略》与《制造业能力标准》、《英国工业2050战略》

  5、中国各级地方政府如何制定与实施基于工业4.0的区域制造业竞争战略

  6、中国制造企业如何制定与实施转型升级到工业4.0的竞争战略

  三、互联网+制造业(工业4.0)的认识误区与实战对策

  1、重实用战术,轻战略规划

  2、重示范工程,轻基层工厂

  3、重立刻实施,轻基础建设

  4、重技术升级,轻管理升级

  5、重人才引进,轻人才培养

  6、重设备投资,轻预算管理

  第二章:基于全景视野的工业4.0运行机制

  要点:本章的授课形式,主要是以接受培训的制造企业为例,讲解工业4.0的主要功能、系统构成、运行原理。

  一、工业4.0的主要功能

  1、智能化生产

  要点:智能生产就是通过人与智能机器的合作共事,扩大、延伸自动化生产系统取代人类专家的脑力劳动,把自动化生产升级与扩展到高度柔性化、智能化。包括工业机器人智能化、生产工序智能化、生产过程智能化、生产物流智能化、人机互动、3D打印技术的应用等。

  (1)实现高度柔性化生产

  要点:根据每一个客户的个性化需求生产,即客户需要什么、就生产什么。简单来说,就是按需生产,又叫根据订单生产、个性化定制。

  (2)实现生产过程可追溯

  (3)实现生产大数据积累

  2、智能化产品

  (1)智能化采集用户数据

  (2)向用户提供决策方案

  (3)与用户协同采取行动

  3、智能供应链

  (1)运用大数据技术,智能预测销量

  (2)供应链管理全过程的自动化、智能化、可视化

  包括:直销、分销与零售(进销存)、促销、库存、采购、生产、配送(物流)、客户、收款、主数据等。订单生命周期。

  (3)智能化仓库

  要点:运用大数据技术,智能控制库存和风险。

  (4)智能化物流

  要点:通过互联网、物联网、物流网,整合物流资源,充分发挥现有物流资源供应方的效率,而需求方则能够快速获得服务匹配、得到物流支持。智能物流通过将原材料和零部件编码,形成元数据和代码,将实物信息汇编为机器语言。在供应商和生产商之间搭载信息平台,根据生产商生产计划在不同供应商之间进行原材料和零部件调度,减小由各供应商单独进行供应物流的成本浪费,提高效率。

  (5)运营团队的高效协同管理

  (6)对供需信息实时同步并按权限分享

  4、智能化设备管理

  (1)智能化采集设备数据

  (2)向用户提供保养、校正、维修等方面的决策方案

  (3)与用户协同采取行动

  5、智能化品质管理

  (1)智能化采集在制品数据

  (2)向用户提供返修、报废、备用等方案的决策方案

  (3)与用户协同采取行动

  6、智能化成本管理

  (1)智能化采集成本数据

  (2)向用户提供单位产品标准成本、质量成本、交货成本、设备成本、采购成本、制造费用等方面的解决方案

  (3)与用户协同采取行动

  7、智能化服务--软性制造

  (1)通过硬件的使用,智能化采集用户数据

  (2)为用户制定智能化服务方案、提供智能化服务

  (3)为用户制定专业化服务方案、提供专业化服务

  8、智能化工厂

  智能化工厂,就是在机器上安装传感器和执行器后,将机器、传感器、嵌入式系统、工业通信设施、智能控制系统集成在一起,建立虚拟网络与实体物理(Cyber-Physical System,CPS)融合的交互系统,实现机器与机器之间、机器与人之间的对话,实现网络化分布式生产设施的协同作业。包括智能化生产系统、智能化生产过程、网络化分布式生产。

  (1)单个制造企业在不同地区的网络化生产协同

  (2)制造企业与同行竞争对手之间的网络化生产协同

  (3)全国各地的制造企业之间的网络化生产协同

  9、智能化经营

  (1)运用大数据,预测新趋势,发现新市场

  (2)运用快速迭代技术,实现新品快速上市

  (3)凭借用户及其数据,成功实现跨界经营,或通过硬件提供相应的软性产品(如通过电视机提供影视收费服务)

  二、工业4.0的系统构成

  1、工业4.0的运营管理系统

  (1)软件构成

  包括:企业资源计划(ERP)、客户关系管理(CRM)、供应链管理(SCM)、产品生命周期管理(PLM)、计算机辅助设计(CAD)、产品数据管理(PDM)、数字化工厂(DF)等。

  应用:CAD、PDM、PLM等主要用于技术研发;ERP等主要用于生产计划;DF主要用于“如何制造→工艺设计”这一关键环节上。

  (2)硬件构成

  包括:服务器、PC、移动PC、可视化设备、语音设备、打印机等。

  (3)主要功能

  要点:负责市场营销、技术研发、生产运营等各项职能的业务统筹管理,涵盖制造企业的供应链的全过程。

  2、工业4.0的制造执行系统

  (1)软件构成

  包括:制造企业生产过程执行管理系统(MES)、高级计划与排程(APS)、组态软件等。MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。APS要满足资源约束,均衡生产过程中各种生产资源;要在不同的生产瓶颈阶段给出最优的生产排程计划;要实现快速排程并对需求变化做出快速反应。

  (2)硬件构成

  包括:服务器、PC、移动PC、可视化设备、语音设备、打印机等。

  (3)主要功能

  要点:负责制造执行过程、工单生成和车间任务分配等,包括制造资源分配与状态报告、详细工序作业计划、生产调度、车间文档管理、数据采集、人力资源管理、质量管理、工艺过程管理、设备维修管理、产品跟踪、业绩分析等。

  3、工业4.0的网络控制系统

  (1)软件构成

  包括:现场总线控制系统(FCS)、分布式控制系统(DCS)、可编程逻辑控制器(PLC)、可编程自动化控制器(PAC)、基于PC总线的工业电脑(IPC)、计算机数字控制系统(CNC)、数据采集与监视控制系统(SCADA)、组态软件等。

  发展历程:PLC → DCS → FCS。DCS在国内自控行业又称集散控制系统。工业控制计算机主要包括FCS、DCS、PLC、IPC、CNC等。

  工业控制软件系统主要包括系统软件、工控应用软件和应用软件开发环境等三大部分。系统软件是基础和核心,应用软件主要是根据用户工业控制和管理的需求而生成的,因此具有专用性。

  (2)硬件构成

  包括:工业以太网(现场总线、FC快速连接器、集线器、交换机及无线网络系统)、工业控制计算机等。通信层涉及到通信协议的整合。

  (3)主要功能

  要点:执行MES发出的具体指令。将MES分配的生产任务发送到相应的工厂、车间、生产线、生产设备。单条自动化生产线中的智能化设备之间的通信,单个工厂的不同车间的自动化生产线之间的通信,不同地域的不同工厂之间的自动化生产线及其智能化设备之间的通信。

  4、工业4.0的设备控制系统

  (1)软件构成

  包括:FCS、DCS、PLC、PAC、IPC、CNC、SCADA、组态软件等。

  (2)硬件构成

  包括:PLC、PAC、IPC等工业控制计算机,各类控制器,人机接口(HMI,也叫人机交互界面)。

  (3)主要功能

  要点:对自动化生产线及其智能化设备实施控制。

  5、工业4.0的设备执行系统

  (1)软件构成

  包括:驱动、控制各类执行设备的软件系统。一般都是专用软件。

  (2)硬件构成

  包括:智能机器人、智能机床、智能仪表、精密仪器、泵阀设备、伺服系统、3D打印设备、机器视觉、传感器、执行器、经过智能化升级的生产设备等。各个层次之间通过工业通讯网络连接。

  (3)主要功能

  要点:根据生产指令,完成智能化生产、智能化分类、智能化包装等任务。

  6、工业4.0的运营系统扩展

  (1)企业管理系统

  要点:要从单一的生产运营管理,扩展到市场营销、品牌运营、技术研发、生产运营、人力资源、财务运营的高度集成化管理。

  (2)企业经营系统

  要点:基于大数据,建立商业模式创新系统、经营模式创新系统、经营预警控制系统,提供经营决策依据,创新经营决策机制。

  (3)战略管理系统

  要点:基于大数据,创新战略分析、战略制定、战略纲领、战略实施、战略控制、战略优化,实现战略管理的自动化、智能化、集成化。

  三、工业4.0的运行原理

  1、基于工业4.0的技术应用

  (1)增材制造/3D打印

  要点:增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,相对于传统的材料去除-切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。

  (2)虚拟现实(VR)、增强现实(AR)、混合现实(MR)

  要点:使用增强现实眼镜的工人可以通过远程接受指令来正确装配零件或者协助调试。

  (3)机器人/人形机器人(HMI)

  要点:新技术使交互更安全,比如让机器人去人类无法达到的地方执行任务,这些机器人往往被设计成人类的样子。

  (4)云计算

  要点:云计算让储存在本地的应用程序或者服务连接到物联网变得可能。

  (5)大数据分析

  要点:大数据是指大到那些典型的数据库软件工具无法收集、储存、管理和分析的数据集。大数据分析方法让工业智能化变得可能,比如说机器学习。

  (6)系统安全

  要点:数据、数据的传播以及所有其它工业系统、机器设备和原件都需要被充分保护,免遭网络攻击。

  2、工业CPS的系统集成

  目标:将传感器、嵌入式终端系统、工业通信设施、智能控制系统按照工业4.0的技术标准互联在一起,形成工业CPS,实现人与人、人与机器、机器与机器、服务与服务之间的互联,进而实现感知、计算、通信、智能控制、远程协调、自治等功能。

  (1)横向业务集成

  要点:集成合作伙伴(业务合作与资源合作)、企业客户、个人客户,实现资源整合、无缝合作,包括CRM、SCM等。

  (2)纵向业务集成

  要点:集成生产运营的各业务流程,包括生产线(生产设备)、供应链、生产系统、运营管理系统等,实现智能化生产、智能供应链、智能化设备管理、智能化质量管理、智能化成本管理、智能化工厂等,包括ERP、MES、APS、FCS、DCS、SCADA、PLC、PAC、IPC、CNC、HMI等。

  (3)端对端的集成

  要点:集成价值链(产品需求、产品创意、产品设计、产品制造、产品销售、产品配送、售后服务等)的各个环节,实现价值链端对端的数字化和工程化集成,形成对产品的全生命周期管理(开发、入市、成长、成熟、衰退),包括CAD、PDM、PLM、DF等软件。

  3、工业CPS的运行原理

  要点:卓越的工业级信息物理系统(CPS)和已经实现的工业3.0是制造企业成功实施工业4.0的基础。因此,如何成功构建工业CPS和成功实施工业3.0自然成为制造企业导入工业4.0的首要任务。

  (1)工业4.0硬件系统的运行原理

  要点:感知信息和自动控制。CPS通过有线(无线)传感和驱动,能够应对不断变化的环境,甚至预测物理系统过程的变化。

  (2)工业4.0通信网络的运行原理

  (3)工业4.0软件系统的运行原理

  要点:软件控制功能和工厂工程组态。

  (4)工业云和智能服务平台的运行原理

  要点:是高度集成、开放和共享的数据服务平台,是跨系统、跨平台、跨领域的数据集散、数据存储、数据分析和数据共享的服务中心。

  (5)示例:智能化生产的运行原理

  要点:通过感知、记忆、专家、语言、行为、学习等功能,实现……

  (6)示例:智能化质量管理的运行原理

  要点:通过感知、记忆、专家、语言、行为、学习等功能,实现……

  4、基于工业4.0的工厂标准化

  5、基于工业4.0的工厂布局

  要点:导入数字化工厂(DF),利用其制造工艺信息平台,科学规划基于工业4.0的工业CPS布局、整个制造过程和生产工艺,并与战略合作伙伴共享,实现虚拟制造和并行工程,实现产品研发和产品制造之间的沟通、协同。

  类型:产品布局法(按产品工艺顺序进行的生产线布局)、工艺流程法(相同工艺与设备布置在一起)、混合布局法、相关分析法。

  原则:人机料法环信统一原则、最短距离原则、高度柔性化原则、人流及物流畅通原则、充分利用立体空间原则、安全满意原则、灵活机动原则、防错及防呆滞原则、经济产量原则、生产线平衡原则、舒适原则、空间优化原则等。实现效率、质量、成本的最优化。

  (1)工厂整体布局

  内容:绘制工厂总平面图,完成车间、仓库、运输线路、管道、动力、燃料、水、通信网络、排污排气、其他建筑物的空间总体配置。把整个工厂作为一个系统,根据厂区地形和生产工艺流程要求,统筹兼顾,全面优化各建筑物的相关配置,确保生产运营的最优化。

  (2)工厂车间布局

  内容:绘制工艺流程图,绘制工厂车间室内平面图,同比例绘制智能化装备、工艺装备、原材料存放区、成品存放区、人行通道、休息区和换装区等,绘制供应链物流示意图。根据工厂布局原则,确定所有要素的位置,并标注在工厂车间平面图上面。标识设计和整体配色设计。制造企业形象识别系统(CIS)的融合性设计。绘制工厂价值流示意图(信息流、物流、工艺流程)。

  (3)工厂协同布局

  内容:供应商协同流程图、分销商协同流程图、零售商协同流程图、客户协同流程图、物流协同流程图、竞争对手协同流程图、关联企业协同流程图、资源合作协同流程图等。

  6、基于工业4.0的工厂设计

  要点:导入数字化工厂(DF),利用其制造工艺信息平台,科学规划基于工业4.0的工业CPS布局、整个制造过程和生产工艺,并与战略合作伙伴共享,实现虚拟制造和并行工程,实现产品研发和产品制造之间的沟通、协同。

  (1)设计前期工作

  内容:可行性研究、厂址选择和设计任务书的编制。设计任务书由建设项目的主管部门组织编制,主要是对产品方案、建设规模、建设地区和地点、专业化协作范围、投资决策与限额、资金来源、要求达到的技术水平和经济效益等作出决策。

  (2)生产运营设计

  内容:确定主要原材料、燃料、水、动力的来源和用量;规定工艺过程、物料储运、环境保护等设计的主要原则;明确设备、建筑物和公用系统的构成和要求;进行工厂布置,设计全厂和车间的平面布置图;提出生产组织、管理信息系统和生活福利设施的方案;计算主要设备材料的数量、各项技术经济指标和工程概算等。批准后的生产运营设计方案是建设投资的拨款、成套设备订购和施工图设计的依据。

  (3)施工图的设计

  内容:绘制各种建筑物的建筑结构详图、设备和管线的安装详图、各项室外工程的施工详图、编制全部设备材料明细表和施工预算等。

  第三章:成功实施工业4.0的实战方法

  要点:本章的授课形式,主要是以接受培训的制造企业为例,讲解工业4.0的战略规划、实施计划、成功执行。

  一、工业4.0战略规划是决定成败的头等大事

  1、工业4.0战略分析

  (1)技术环境分析

  (2)竞争环境分析

  (3)政策环境分析

  2、工业4.0战略诊断

  (1)技术实力诊断

  (2)竞争能力诊断

  (3)实施工业4.0的实用价值诊断

  3、工业4.0战略制定

  要点:战略的选择至关重要,战略选择必须从制造企业的实际情况出发。

  (1)局部导入战略

  (2)分步推进战略

  (3)一步到位战略

  二、制定最有效的《工业4.0实施计划》

  1、导入工业4.0的目标

  (1)导入工业4.0的系统功能目标

  (2)导入工业4.0的预算管理目标

  (3)导入工业4.0的经济效益目标

  2、导入工业4.0的步骤

  (1)第一步:从工业2.0转型升级到工业2.5

  (2)第二步:从工业2.5转型升级到工业3.0

  (3)第三步:从工业3.0转型升级到工业4.0

  3、导入工业4.0的方法

  (1)基于工业4.0的技术标准,成功实现工业3.0

  (2)根据战略决策,运用虚拟现实(VR)技术,实施工业CPS的最优化设计

  (3)构建最优化的工业CPS,实现既定的系统功能

  三、工业4.0获得成功的关键在于执行

  1、营造成功实施工业4.0的环境

  (1)利用各种有效的宣传资源,充分展示工业4.0的核心价值

  (2)印发《工业4.0实施计划》,确保全体员工理解自己的定位、职责、目标

  (3)推动现代企业管理变革,从循序渐进导入精益管理开始

  2、培养成功实施工业4.0的人才

  (1)引进人才也许不可或缺

  (2)从制造企业内部选拨可造之才,系统性进行培训和教育,这是解决工业4.0人才问题的根本所在

  (3)建立长效激励机制,留住成功实施工业4.0的人才

  3、基于战略目标,严抓《工业4.0实施计划》的执行

  (1)建立以工业4.0进度控制为主要内容的可视化管理系统

  (2)基于可视化管理系统,抓督促、抓落实、抓成果

  (3)建立瓶颈问题、重大问题、关键问题的高效解决机制

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