数字化工厂

随着大数据、云计算、工业互联网等技术在制造业的蓬勃发展和广泛应用，各国纷纷推出了以智能制造为核心的制造业发展技术，如德国工业4.0，中国制造2025。
智能制造的关键是数字化，数字化是智能化的必经之路。有分析机构称91%的工业企业在实施数字化工厂相关的项目。然而大多数企业并不能阐明他们希望中的数字化工厂，而是寄希望与有现成的智能化工厂定义，能够毫不费力地直接照搬。这显然是不妥当的。
但目前数字化工厂方面的图书显然非常缺失。本书的选题针对数字化工厂，对数字化工厂的概念、内容、规划、实施、运营和评估做有针对性的系统地阐述，旨在能为培养数字化工厂专业人才做出贡献。

 

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。随着工业4.0、智能制造、工业互联网等新工业战略的提出，大数据、云计算、人工智能、数字孪生等新一代信息技术风起云涌，以智能制造为主要特征的第四次工业革命轮廓初现，制造业开始进入智能制造时代。作为智能制造基础的数字化工厂引起广大实践者和研究者的关注。 本书以数字化工厂为主线，系统阐述了数字化工厂的定义、规划、建设、实施、运营和评估。 本书可以作为高等院校工业工程、智能制造、计算机等相关专业本科生和研究生的教材，也可供制造业数字化转型领域的管理和技术人员参考。

第1章绪论

1.1制造业的发展历程

1．2智能制造

1．2．1智能制造战略概述

1．2．2智能制造的定义

1.2.3智能制造的发展历程与范式演进

1.2.4智能制造的技术机理

1.2.5智能制造与数字化工厂

1.3智能化时代的人才

1．3．1智能化时代对人的改变

1．3．2智能化时代人的作用

1.4本章小结

第2章数字化工厂概述

2.1我国数字经济的发展

2.2工业企业数字化转型

2．2．1相关概念

2．2．2数字化转型的内涵

2.2.3我国工业企业数字化转型面临的挑战

2.3数字化工厂的研究与发展现状

2.4数字化工厂的内涵与系统架构

2.5本章小结

第3章数字化工厂的方法和技术

3.1数字化工厂的方法

3.1.1信息和数据收集方法

3.1.2表示与设计方法

3.1.3数学规划与分析方法

3.1.4仿真方法

3.1.5可视化方法

3．1．6其他方法

3.2数字化工厂的技术

3.2.1数字化工厂的技术体系

3．2．2基础性技术

3．2．3支撑性技术

3．2．4赋能性技术

3.2.5关键技术趋势

3.3本章小结

第4章数字化工厂规划

4．1数字化工厂规划概要

4.2数字化工厂规划体系

4.2.1现状评估

4.2.2战略分析

4.2.3需求分析

4．2．4目标规划

4.2.5整体规划蓝图

4.2.6核心业务系统设计

4.2.7IT基础架构设计

4.2.8标准体系设计

4.3本章小结

 

 

第5章数字化工厂建设

5．1数字化工厂建设概述

5．1．1建设原则

5.1.2难点与问题

5.2数字化工厂建设架构

5.2.1数字化工厂建设应具备的核心功能要素

5.2.2基本要素

5.3数字化工厂的建设内容

5.3.1研发设计数字化

5.3.2生产运行数字化

5．3．3企业管理数字化

5.3.4支撑保障数字化

5.4数字化工厂的建设模式与阶段

5.5数字化工厂建设应用示例

5.6本章小结

第6章数字化工厂实施

6.1数字化工厂实施中的问题

6.2数字化工厂实施的框架模型与技术路线

6.2.1数字化工厂实施的框架模型

6.2.2数字化工厂实施的技术路线

6.3实施管理方法

6.4本章小结

第7章数字化工厂运营

7.1数字化工厂运营的问题

7.2数字化工厂的运营管理系统

7．2．1制造执行系统

7．2．2制造运营管理系统

7.2.3从制造执行系统到制造运营系统

7.3数字化工厂的运营管理框架

7．4制造执行系统应用案例

7．4．1MES助推江铃汽车生产的精益化进程

7.4.2MES实现约克空调透明化生产

7.5本章小结

第8章数字化工厂评估

8.1现有相关成熟度模型与评估方法

8.1.1现有的相关成熟度模型

8.1.2现有的相关评估方法

8.2数字化工厂的成熟度模型及评估方法

8.2.1成熟度模型及评估方法建立的原则

8．2．2成熟度模型

8.2.3成熟度要求

8.2.4评估方法

8.3本章小结

参考文献

 

20世纪90年代，数字化工厂一词开始在文献中被提及。2008年德国工程师协会率先系统性地对数字化工厂进行了定义。2011年，德国首次引入工业4.0的概念，围绕工业4.0，有很多词汇得到研究者的关注，如数字化工厂、虚拟工厂、智能工厂等，并认为数字化工厂是迈向工业4.0的第一步，也是智能工厂和智能制造得以实现的基础。2015年，国务院印发《中国制造2025》行动纲领，部署全面推进实施制造强国的战略； 2021年，《“十四五”智能制造发展规划》明确指出，要推进我国工业数字化、智能化转型，建设智能工厂，实现智能制造。这些战略和规划得到业界的积极响应。作为实现这些战略必经之路的数字化工厂成为专家学者们关注的重要领域和研究热点。
本书从制造业数字化转型和数字化工厂建设的角度出发，系统地阐述了数字化工厂的研究和发展现状、数字化工厂的内涵、数字化工厂的方法和技术、数字化工厂规划、数字化工厂建设、数字化工厂实施、数字化工厂运营和数字化工厂评估。
本书属于数字化管理创新系列教材，为支撑“数字化管理创新”人才培养改革和“数字化工程管理”新专业建设而编写。教材力求叙述简练、概念清晰、通俗易懂、便于自学。本书可以作为高等院校工业工程、智能制造、计算机等相关专业本科生和研究生的教材，也可供制造业数字化转型领域管理和技术人员参考。
全书共分8章。第1章主要论述制造业及智能制造的发展历程、智能制造的范式演进和技术机理、智能化时代的人才等。第2章主要论述数字化工厂的研究与发展现状、数字化工厂的内涵等。第3章论述数字化工厂的方法和技术。第4章论述数字化工厂规划，主要包括数字化工厂战略、需求分析、目标和设计等。第5章主要论述数字化工厂的建设架构、建设内容、建设阶段等。第6章论述数字化工厂实施中常见的问题、实施的框架模型和技术路线等。第7章论述数字化工厂运营的问题、运营管理系统和应用案例等。第8章论述数字化工厂的评估，包括现有相关成熟度模型与评估方法、数字化工厂成熟度模型及评估方法。
本书由杭州电子科技大学蔡敏主编，负责全书的修改及统稿。在本书的编写过程中，康正参与了资料收集、文字整理和写作工作； 梁人升参与绘制第1章、第3章、第5章和第6章的部分图表，吴淼睆参与绘制第2章、第4章和第7章的部分图表。
由于本书的内容均为当下热点问题，许多概念和含义尚不成熟，因此在编写过程中，编者参阅了大量研究性论文和行业白皮书，参考了大量企业研究报告和国内外文献资料，在此谨向原作者表示感谢。本书在编写过程中也得到德国弗劳恩霍夫学会IAO研究所HansPeter Lentes教授和多特蒙德工业大学汪洋的大力支持，在此表示衷心的感谢。
数字化工厂研究内容宽泛，学科内涵丰富，并且处于快速发展的过程之中，加之编者水平有限，书中难免有不妥之处，敬请广大同行和读者批评指正。
蔡敏
2022年10月