目錄


前言

第1章智能工廠——智能制造的載體與體現

11智能制造趨勢/發展背景

111引言

112國內外智能制造戰略

113智能制造的概念及其特點

12智能制造繫統與智能工廠

121智能制造繫統

122智能工廠是智能制造的載體

13數字化工廠與數字化工廠規劃方法

131面向工廠全生命周期的數字化工廠

132數字化工廠規劃

133智能工廠的數字化規劃

第2章面向工廠規劃的數字化工廠方法

21數字化工廠規劃體繫框架

211數字化工廠在企業信息化中的功能定位

212數字化工廠功能分析

213數字化工廠的繫統架構

22數字化工廠繫統功能分解

221工廠布局

222工藝規劃

223仿真優化

23數字化工廠的實施和應用

第3章數字化工廠的建模方法

31制造繫統的建模框架

311企業模型框架

312智能制造體繫下的工廠建模框架

32數字化工廠的典型建模方法

321建模要求

322DEDS建模方法

323Petri網建模方法

324IDEFX建模方法

325UML建模方法

326基於多智能體的建模方法

第4章數字化工廠的仿真方法

41仿真的基本概念

42仿真模型

43仿真建模方法

431離散事件仿真

432繫統動力學仿真

433多智能體仿真

44制造繫統的仿真優化

441制造行業仿真分類

442制造繫統仿真的一般過程

443制造繫統的仿真評價

444制造繫統的仿真優化

第5章數字化工廠技術的應用

51布局規劃

511布局設計的一般流程

512車間布局

513數字化工廠技術的應用

514工廠布局規劃的關鍵技術

515工廠布局規劃的實施

516工廠數字模型

52生產線規劃與裝配規劃

521PERT圖與數字化工廠

522生產線規劃設計

523生產線規劃的建模仿真

524數字化裝配概述

525數字化裝配功能模塊

53VR/AR應用

531虛擬現實技術的起源和發展

532虛擬現實技術的基本概念

533虛擬現實繫統的分類

534虛擬現實的應用

535虛擬現實技術在工廠規劃中的應用

536增強現實技術概述

537增強現實與虛擬現實的關繫

538增強現實繫統的支撐技術

539增強現實在工廠規劃中的作用

第6章數字化工廠規劃的實現——基於3D EXPERIENCE的
方法

61三維體驗平臺的功能概述

611制造企業的變革需求

612三維體驗平臺的四個像限

613三維體驗平臺的數字化制造理念

62BOM與PPR模型

621從EBOM到MBOM

622PPR模型

63工廠布局

631定義資源

632放置對像

633使用資源庫

64工藝仿真

641裝配仿真

642人機工效仿真

643機器人仿真

65物流優化

第7章數字化工廠實施案例

71智能制造案例

711案例背景

712技術路線

713項目收益

714核心技術與解決的問題

72智能建造案例

721案例背景

722技術路線

723項目收益

參考文獻

前言
新一輪的科技革命，特別是移動互聯網、大數據、人工智能、物聯網、雲計算等新一代信息技術的普及，帶動了幾乎所有領域發生了以綠色、智能、服務化、網絡化為特征的群體性技術革命，新一代信息技術與制造業深度融合，孕育了智能制造的新理念。智能制造的研究起始於20世紀80年代人工智能在制造領域中的應用，到20世紀90年代智能制造技術、智能制造繫統的提出，Wright和Bourne正式給出了智能制造的概念。隨著德國“工業40”戰略的高調提出，智能制造（Smart Manufacturing）的研究成為21世紀以來新一代新興信息技術引領的新熱點。
智能制造以智能工廠為載體，智能工廠作為智能制造重要的實踐領域，引起制造企業的廣泛關注和各級政府的高度重視。智能工廠是新興IT技術、智能化技術與制造業高度融合與全面滲透而形成的一種新型工廠，著眼於打通企業生產經營的全部流程，實現從設備控制到企業資源管理所有環節的信息快速交換、傳遞、存儲、處理和無縫智能化集成，所有的活動均能在信息空間中得到充分的數據支持、過程優化與驗證，同時在物理繫統中能夠實時地執行並與信息空間進行深度交互。智能工廠由內部的人、技術、設備的綜合集成向包含物理和虛擬制造資源的跨領域、跨行業、跨區域的立體化網絡化制造繫統延伸，其規劃建設與運營管理面臨著新的挑戰。供應商和客戶在智能工廠的規劃和智能制造繫統設計的前期、組裝和調試新設備並將其投入到生產的過程中經常面臨著日益嚴峻的問題。傳統的手工處理方式，設計人員不能對新的制造技術和制造繫統有正確的了解，可能導致產品設計上的錯誤，就需要在以後的設備現場安裝調試中以更大的代價去更正。而生產制造過程的經驗也不能很好地反饋到設計階段。設計和制造兩個環節的脫節就需要迫切提高企業的生產規劃能力和制造繫統的設計能力。另一方面，傳統的人工規劃方法基本上是“粗放式”的設計方法。新生產繫統設計完成後，具體的設備進廠、試生產和投產都是一個不確定的紙上方案，給建造供應商提供了很大的發揮空間。這樣會導致新工廠的建設時間、建設成本都不能很好地進行控制，後往往會導致費用超支、工程的拖期。
對於傳統工廠規劃的局限性，數字化工廠技術的引入能夠很好地解決這些問題。集現代制造技術、現代管理技術、自動化技術、計算機信息技術和繫統工程技術於一體的工廠布局/規劃繫統，運用先進的規劃軟件，可模擬現代制造企業進行生產運作管理、車間制造自動化、質量監控、現代物流控制等活動，充分體現出數字化工廠規劃的綜合性、工程性、集成性、繫統性和可拓展性等特征。
數字化工廠是數字制造中的關鍵環節之一，數字化工廠技術主要的是解決產品設計和產品制造之間的“鴻溝”，面向產品從設計到制造實現的轉換過程，降低工廠、車間和生產線規劃設計的不確定性，在數字空間中將生產制造過程壓縮和提前，使生產繫統在實際運行前先於數字空間進行檢驗，提高將來物理繫統的成功實施率和可靠性，縮短設計到生產的轉換時間。
數字化工廠（Digital Factory）一詞早出現在1998年，Dwyer John在1999年的一篇論文中指出 “制造的所有細節在其發生前被模擬”。德國工程師協會（VDI，Association of German Engineers）對數字化工廠（Digital Factory）下的定義是：“數字化工廠是有關網絡工廠的，集成在常用數據管理繫統中的數字模型、數字方法和數字工具的總體概念。其目的在於統一的工廠規劃、評估和不斷地對所有重要的工廠生產工藝過程和資源結合產品進行改進。”可以看到，這些數字化工廠的定義，是針對工廠規劃設計階段提出的。在物理工廠還沒有建設之前，通過建立數字化工廠，來構建一個虛擬的、數字化的工廠模型，用以對未來工廠的運行進行仿真和分析，從而提高工廠規劃的質量。
伴隨著德國“工業40”概念在國內的流行，另一個“數字工廠”詞彙也開始為大家熟悉，其對應的英文也為“Digital Factory”。數字工廠作為支撐工業40現有的重要的國際標準之一，是IEC（國際電工委員會）/TC 65（65技術委員會：工業過程測量、控制和自動化）的重要議題。2011年6月，IEC/TC 65成立WG 16“數字工廠”工作組，西門子、施耐德電氣、羅克韋爾自動化、橫河等國際自動化企業，以及我國機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所等研究機構，都參與了“IEC/TR 62794：2012數字工廠標準”的制定。全國工業過程測量控制和自動化標準化委員會（SAC/TC 124）將該標準等同轉化為我國國家標準《工業過程測量、控制和自動化生產設施表示用參考模型（數字工廠）》（GB/Z 32235—2015，2015年12月發布）。GB/Z 32235—2015中對“數字工廠”的定義為：工廠通用模型，用於表素、自動化資產，及其行為和關繫。注：這個通用模型可以應用於任何實際工廠。從標準的名稱以及定義來看，這個“數字工廠”更多的是針對工廠運維階段的數字化監控和管理優化，是通過工業物聯網等技術將工廠實際運行數據進行采集，在數據空間利用數字化模型進行管控和優化的一個技術與方法，即實際工廠的“數字化”體現。
根據這兩種定義，可以把數字化工廠（Digital Factory）這個詞理