背景主題篇 001
1緒論002
1.1工業革命歷程及驅動因素002
1.1.1次工業革命003
1.1.2第二次工業革命005
1.1.3第三次工業革命007
1.2新一輪產業革命概述009
1.2.1新一輪產業革命的背景與驅動因素009
1.2.2全球主要經濟體產業轉型升級戰略011
1.3工廠的重要性及發展歷程020
1.3.1工業革命前的工廠020
1.3.2工業革命時期的工廠022
1.3.3未來工廠的發展趨勢029
1.4工廠規劃設計的重要性與發展歷程030
1.4.1工廠規劃設計的重要性030
1.4.2工廠規劃設計的發展歷程032
1.4.3工廠規劃設計的發展趨勢036
參考文獻037


戰略方法篇 039
2智能制造“卓越工廠”分析與啟示040
2.1“卓越工廠”整體概述040
2.1.1“卓越工廠”內涵040
2.1.2“卓越工廠”建設現狀040
2.2“卓越工廠”典型實施目標與模式分析042
2.2.1實施目標分析042
2.2.2典型實施模式044
2.3“卓越工廠”典型智能制造場景及用例分析048
2.3.1生產制造環節場景分析048
2.3.2端到端價值鏈環節場景分析050
2.4“卓越工廠”實施啟示051
參考文獻052

3企業數智化轉型戰略與方法053
3.1企業數智化轉型理念與方法053
3.1.1智能制造參考模型053
3.1.2企業數智化轉型雙擎驅動理念058
3.1.3企業數智化轉型雙擎驅動架構藍圖060
3.1.4企業數智化轉型雙擎驅動路徑062
3.2企業數智化轉型技術引擎072
3.2.1新型信息技術072
3.2.2先進制造技術092
3.3企業數智化轉型管理引擎096
3.3.1生產模式演變歷程096
3.3.2工業4.0環境下的典型生產繫統模式097
參考文獻100


規劃設計篇 102
4智能工廠規劃設計方法概述103
4.1主要規劃設計方法介紹103
4.1.1相關規劃設計方法103
4.1.2VDI 5200規劃設計框架105
4.2LDGF4.0規劃設計方法108
4.2.1LDGF4.0規劃設計理念108
4.2.2LDGF4.0規劃設計框架109
參考文獻112

5 LDGF4.0企業數智化轉型評估階段113
5.1智能制造成熟度評估方法對比分析113
5.2LDGF4.0企業數智化轉型評估模型115
5.3LDGF4.0企業數智化轉型評估等級定義117
5.3.1基礎維評估等級定義118
5.3.2保障維評估等級定義119
5.3.3技術維評估等級定義120
5.3.4業務維評估等級定義121
5.3.5標杆維評估等級定義123
5.4LDGF4.0企業數智化轉型評估體繫123
5.4.1基礎維評估體繫124
5.4.2保障維評估體繫125
5.4.3技術維評估體繫125
5.4.4業務維評估體繫126
5.4.5標杆維評估體繫126
5.5LDGF4.0企業數智化水平量化評估方法128
參考文獻133

6 LDGF4.0智能工廠轉型目標確定階段134
6.1智能工廠轉型主要目標及制約因素134
6.1.1智能工廠轉型主要目標134
6.1.2智能工廠轉型制約因素135
6.2智能工廠轉型評價指標體繫設計136
6.2.1評價指標體繫概述136
6.2.2質量指標體繫137
6.2.3成本指標體繫138
6.2.4交期指標體繫140
6.2.5安全指標體繫140
6.2.6綠色指標體繫141
6.2.7效率指標體繫142
參考文獻145

7 LDGF4.0智能工廠轉型預規劃階段146
7.1現狀調研與數據收集146
7.1.1現狀調研流程與方法146
7.1.2數據收集的類型147
7.2關鍵數據校核152
7.2.1產品生產工時校驗152
7.2.2工廠生產能力核定153
7.3產品與雙流分析155
7.3.1產品產量分析155
7.3.2產品工藝路線分析155
7.3.3產品成組過程分析156
7.3.4價值流與能量流分析157
參考文獻162

8 LDGF4.0智能工廠轉型概念規劃階段163
8.1生產繫統模式選擇與分析163
8.1.1典型生產繫統模式介紹163
8.1.2生產繫統制造策略選擇164
8.1.3影響生產繫統模式選擇的主要因素分析167
8.2工時測定與產能規劃169
8.2.1典型產品選擇與工時測定169
8.2.2整體生產能力規劃173
8.3智能工廠布局與倉儲物流規劃177
8.3.1工廠布局規劃177
8.3.2工廠倉儲物流規劃184
8.3.3工廠布局與建築協同模式規劃196
8.4智能工廠生產質量管理規劃198
8.4.1質量管理體繫對比分析198
8.4.2生產質量管控方法規劃198
8.5柔性智能化產線規劃205
8.5.1產線規劃流程介紹205
8.5.2產線規劃需求分析206
8.5.3產線整體架構規劃207
8.5.4影響產線規劃主要因素分析208
8.5.5產線規劃輸出209
8.6規劃方案仿真分析210
8.6.1生產仿真軟件對比分析210
8.6.2仿真流程設計215
8.7數字化繫統規劃217
8.7.1業務流程規劃217
8.7.2數字化架構規劃225
8.8規劃方案評比分析235
參考文獻237

9 LDGF4.0智能工廠轉型詳細設計階段239
9.1智能工廠生產工藝詳細規劃239
9.1.1生產工藝規劃流程239
9.1.2生產工藝規劃方法240
9.1.3生產工藝規劃原則242
9.2智能工廠布局與倉儲物流詳細設計244
9.2.1工廠布局詳細設計244
9.2.2工廠倉儲物流詳細設計257
9.2.3工廠參觀路線詳細設計273
9.2.4工廠建築設計需求輸出275
9.3柔性智能產線詳細設計276
9.3.1生產能力與節拍計算276
9.3.2工作研究與人機工程278
9.3.3工位需求分析與產線平衡283
9.3.4產線布局選型與詳細設計289
9.3.5關鍵工序自動化詳細設計297
9.3.6線邊物流詳細設計304
9.3.7產線質量管控詳細設計310
9.3.8產線控制繫統詳細設計311
9.4智能工廠數字化繫統詳細設計321
9.4.1數字化業務架構詳細設計321
9.4.2數字化功能詳細設計322
9.4.3智能工廠縱向集成詳細設計327
9.4.4智能工廠網絡安全詳細設計334
9.5智能工廠布局與建築詳細協同設計335
9.5.1協同規劃詳細設計標準335
9.5.2工廠布局與建築協同數據匹配336
9.5.3布局與建築初步協同設計336
9.5.4布局與建築詳細協同設計337
9.6智能工廠數字化模型集成與數字化交付338
9.6.1智能工廠建模方法338
9.6.2數字化交付343
參考文獻343


縮略表345

工業革命是人類歷為偉大的進程，自十八世紀至今的兩百餘年間，人類社會發生了翻天覆地的變化，影響並重塑了人們的生活方式、世界的經濟與政治格局，甚至地球的生態環境。“制造”作為人類區別於其他生命的核心能力，在“工業化”的助力下實現了驚人的提升，大量的產品（包括耐用品與非耐用品）通過工業化的方式生產出來，人類社會積累了空前龐大且豐富的物質財富，進而驅動著人口激增，文化、藝術、科學技術等領域也得到了飛速發展。工業化一旦開啟，將不會停止。
工廠作為“工業化”的主陣地，是承載工業制造的主體，人類生活中的方方面面幾乎都是通過工廠制造出來的，如衣服、食品、汽車、家電、香煙等。工廠通過組織相應的制造資源，如工業基礎設施、機器設備、物料、人員等要素，以工業化的方式開展生產活動。隨著工業革命的推進，工廠也經歷了多個發展階段（從次工業革命期間以水力、蒸汽動力為能源主體的紡織工廠、鋼鐵工廠，到二十世紀以電力為主要能源主體的汽車工廠、化工廠，直至目前正在朝向以清潔能源為主體發展方向的各類數字化工廠）。工廠的資源構成方式、組織運行模式、動力來源都在發生改變，工廠作為一個“繫統”而言，效率越來越高，但同時其構成與運作方式卻越來越復雜。早期的工廠規劃設計往往由工廠管理者、機械師與建築師配合即可完成，但隨著繫統的復雜度逐步提升，工廠規劃設計開始專業化分工，形成了工業建築設計、設施與布局規劃等多專業協同設計的局面。在新的產業轉型升級背景下，數字化、智能化、素的引入，使得工廠的規劃設計復雜度進一步提升，傳統的專業分工已經無法滿足未來工廠的規劃設計與實施建設要求，迫切需要一套繫統性的方法框架來組織、指導相關工作。
此外，企業數智化轉型與智能工廠的規劃建設需要大量兼具專業技能與繫統化素養的人纔，高校與企業作為人纔培養的兩個主要陣地，需要一套融合產業實踐與學科教育的人纔培養體繫，包括相應的課程體繫、教學實訓、企業實踐等。工廠規劃憑借其突出的繫統性特征，非常適合承載有關智能制造繫統性思維的培養。
本書針對新工業變革趨勢下企業高質量轉型升級的重要性及當前存在的主要問題，圍繞新工業變革中的智能工廠主題，繫統性地闡述了企業數智化轉型的戰略與方法以及智能工廠規劃設計方法。希望本書可以幫助產業界的伙伴、高校師生以及對工業轉型感興趣的讀者對制造企業數智化轉型與智能工廠規劃的相關主題有一個繫統性的了解，同時根據自身的工作學習需求，能夠從本書中獲得相應的啟發與參考指導。
本書分為三個部分——背景主題篇、戰略方法篇與規劃設計篇，共9章。
背景主題篇包括第1章，主要介紹經濟與技術視角下的工業革命的歷程與驅動因素，新一輪產業革命的背景與驅動因素、全球主要經濟體產業轉型升級戰略，後介紹工廠以及工廠規劃設計的重要性及發展歷程。
戰略方法篇包括第2～3章。其中，第2章主要介紹智能制造“卓越工廠”的分析與啟示，聚焦於制造業數智化轉型升級經驗的總結與分析；在此基礎上，第3章主要提出並描述了企業數智化轉型雙擎驅動理念、藍圖、構架與路徑，並對數智化轉型的技術引擎與管理引擎進行了詳細介紹。
規劃設計篇包括第4～9章。其中，第4章主要介紹常見的智能工廠規劃設計方法以及本書所提出的LDGF4.0規劃設計方法的理念與體繫框架；第5章為LDGF4.0企業數智化轉型評估階段，主要介紹企業數智化轉型評估模型及量化評估方法；第6章為LDGF4.0智能工廠轉型目標確定階段，主要介紹智能工廠轉型主要目標及制約因素、智能工廠轉型項目的評價指標體繫；第7章為LDGF4.0智能工廠轉型預規劃階段，主要包括項目調研與數據收集、關鍵數據校核以及產品與雙流分析（價值流與能量流）；第8章為LDGF4.0智能工廠轉型概念規劃階段，主要包括生產繫統模式選擇與分析、工時測定與產能規劃、工廠布局與倉儲物流規劃、工廠生產質量管理規劃、柔性智能化產線規劃、規劃方案仿真分析、數字化繫統規劃、規劃方案評比分析；第9章為LDGF4.0智能工廠轉型詳細設計階段，主要包括生產工藝詳細規劃、工廠布局與倉儲物流詳細設計、柔性智能產線詳細設計、數字化繫統詳細設計、工廠布局與建築詳細協同設計、智能工廠數字化模型集成與數字化交付。
本書由馬靖、蔣增強、郝燁江、王強、鄂明成、李琦、王譯晨等長期深耕企業數智化轉型與智能工廠規劃設計領域一線從業專家合作撰寫。其中，第1章主要以郝燁江、馬靖、蔣增強為主編寫；第2章至第4章以馬靖、郝燁江為主編寫；第5章以蔣增強、鄂明成、李琦為主編寫；第6章以馬靖、蔣增強為主編寫；第7章以蔣增強、李琦為主編寫；第8章及第9章以馬靖、王強、郝燁江、王譯晨為主編寫。值得說明的是，本書在編寫過程中結合了各位作者在工程實踐中的大量實施經驗，並吸納了行業內專家學者的研究成果。在此，向有關作者和專家表示感謝，並對未能注明出處資料的原作者表示歉意。
感謝北京交通大學機械與電子控制工程學院在工業工程專業一流專業建設及教學改革方面的大力支持。感謝中車工業研究院有限公司、北京縱橫機電科技有限公司、航天新長征大道科技有限公司、中國航空規劃設計研究總院、中國航空綜合技術研究所、長揚科技（北京）股份有限公司、無錫雪浪數制科技有限公司、大技獅（北京）科技有限公司等企業長期以來與本書作者在企業數智化轉型領域的交流與項目合作，為本書整體體繫框架的構建與實施方法的完善提供了豐富的實施經驗與實踐支撐。感謝無錫雪浪數制科技有限公司和長揚科技（北京）股份有限公司在開放自動化和網絡安全部分所提供的幫助。
感謝北京交通大學機械與電子控制工程學院智能制造與繫統優化研究團隊（CIMSO）的全體老師以及研究生尹若軍、闫瑞鋒、張家綺、田圓、宋昊、韓越、李帥、王學民、範朝陽、尚興富、王禹、胡晉濤、郭洪榮、曹帥航在資料搜集、內容梳理與書稿查校等方面的支持。
智能工廠規劃設計的知識體繫龐大，由於編寫時間倉促以及作者水平有限，書中難免會出現一些不足之處，懇請讀者批評指正。同時，由於篇幅限制，部分內容沒有詳細展開。需要特別指出的是，企業數智化轉型是一個持續不斷的過程，因此，作者今後還需結合產業轉型前沿與研究實踐對本書內容進行更新，使其始終緊跟企業數智化轉型發展趨勢，始終貼近智能工廠規劃設計的需求。

作者
2023年2月