工業(yè)工程理論與方法-數(shù)字化工廠-課程報(bào)告

工業(yè)工程理論與方法 課程報(bào)告數(shù)字化工廠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、 前言1.1、數(shù)字化工廠產(chǎn)生的背景隨著全球范圍內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間日益成為企業(yè)追逐的目標(biāo)。多功能性、高獨(dú)立性和產(chǎn)品的短期設(shè)計(jì)制造都給制造性企業(yè)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提出更高的要求，而其中工廠布局和生產(chǎn)線的規(guī)劃則是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一。傳統(tǒng)的工廠布局和生產(chǎn)線規(guī)劃方法只注重經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算的結(jié)果，依據(jù)工廠布局中生產(chǎn)線實(shí)際運(yùn)行后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，其缺點(diǎn)為準(zhǔn)確性差、不直觀、易浪費(fèi)資源嘲。 數(shù)字化工廠目前已經(jīng)成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域中一個(gè)新的研究應(yīng)用領(lǐng)域。數(shù)字化工廠借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真技術(shù)，主要解決工廠、車間和生產(chǎn)線以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，使設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造之間的不確定性降低。它憑借著數(shù)字空間將生產(chǎn)制造過(guò)程壓縮和提前，使生產(chǎn)制造過(guò)程在數(shù)字空間中得以檢驗(yàn)，預(yù)先確認(rèn)企業(yè)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)瓶頸所在，從而提高系統(tǒng)的成功率和可靠性，縮短從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化時(shí)間。數(shù)字化工廠的出現(xiàn)是先進(jìn)制造技術(shù)不斷發(fā)展的結(jié)果。1.2、國(guó)內(nèi)、外研究現(xiàn)狀 數(shù)字化工廠技術(shù)已成為國(guó)外研究的一個(gè)熱點(diǎn)，這個(gè)概念處在逐漸被接受階段，而虛擬制造技術(shù)可以說(shuō)是數(shù)字化工廠技術(shù)的前身和基礎(chǔ)。目前基于虛擬制造技術(shù)的研究很多，如美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)局(NIST)制造工程實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)Michigan大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)政府能源部TEAM(技術(shù)使能的敏捷制造)計(jì)劃、Purdue大學(xué)工學(xué)院協(xié)同制造研究中心、日本大坂大學(xué)機(jī)械工程系制造工程及系統(tǒng)研究室等，它們也都對(duì)數(shù)字化工廠進(jìn)行了相關(guān)的研究。Tecnomatix技術(shù)公司和Delmia公司等軟件開(kāi)發(fā)商，長(zhǎng)期致力于虛擬制造的研究，開(kāi)發(fā)出了滿足虛擬制造要求的數(shù)字化工廠軟件。這些公司都是經(jīng)過(guò)重組將許多小的專業(yè)軟件公司組合起來(lái)，形成數(shù)字化工廠系列軟件。如生產(chǎn)線規(guī)劃仿真、工藝規(guī)劃、質(zhì)量控制和生產(chǎn)工具等軟件模塊，可以滿足不同需求的用戶。目前數(shù)字化工廠技術(shù)在汽車、航空航天、能源、制藥、重型設(shè)備、電子和家用電器、機(jī)器人等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用并創(chuàng)造了可觀的效益，一大批著名制造業(yè)單位和部門，如BMW、Ford、Honda、波音公司、歐洲航天局、ABB、Robotics等。除制造行業(yè)外，數(shù)字化工廠技術(shù)已逐漸被國(guó)外大型企業(yè)所運(yùn)用，如：美國(guó)海文斯公司、日本NKK鋼鐵公司、澳大利亞博思格鋼鐵公司等也等對(duì)數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和極大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 國(guó)外對(duì)數(shù)字化工廠的研究中，對(duì)工廠的建模的研究也較多。目前，國(guó)外在企業(yè)建模方面也取得相當(dāng)多的研究成果， 比較著名的有GRAIGIM方法、ClM-OSA方法、IDEF方法、ARIS模型結(jié)構(gòu)、PER-A方法、TOVE方法和面向?qū)ο蠼７椒ǖ龋送膺€有階梯型結(jié)構(gòu)(Stairl ike CIM System Architecture SLA)等建模方法。它們都從不同的角度和出發(fā)點(diǎn)提出了各自對(duì)企業(yè)這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的理解，并給出了描述的方法。需要指出的是這些建模方法主要是為CIMS研究開(kāi)發(fā)的，需要有選擇的用于數(shù)字化工廠系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)建模。國(guó)內(nèi)對(duì)數(shù)字化工廠的研究起步較晚，因此，對(duì)數(shù)字化工廠的理論研究相對(duì)較少。目前，清華大學(xué)CIMS工程研究中心虛擬制造研究室、上海交通大學(xué)CIMS研究所和同濟(jì)大學(xué)CIMS研究中心都開(kāi)展了數(shù)字化工廠相關(guān)技術(shù)研究。在實(shí)際的應(yīng)用上，上海大眾采用數(shù)字化工廠相關(guān)軟件進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)并優(yōu)化，一汽大眾在其車身生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中也采用了數(shù)字化工廠技術(shù)，他們都取得了一定的效果。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)數(shù)字化工廠的研究相對(duì)于國(guó)外起步較晚，但是，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我們也越來(lái)越意識(shí)到，傳統(tǒng)的制造方式已經(jīng)不適合當(dāng)今的潮流，數(shù)字化工廠的研究工也作越來(lái)越重要，而對(duì)數(shù)字化工廠的研究也將越來(lái)越深入。182、數(shù)字化工廠概述數(shù)字化工廠的提出是對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的革命，它是根據(jù)虛擬制造的原理，通過(guò)提供虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的設(shè)計(jì)、制造、裝配、質(zhì)量控制和檢測(cè)等各個(gè)階段的功能，達(dá)到縮短新產(chǎn)品的上市時(shí)間、降低成本優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。數(shù)字化工廠是以虛擬制造系統(tǒng)的原理為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)宏觀、側(cè)重生產(chǎn)，而且是在虛擬制造系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展到一定程度的基礎(chǔ)上，才發(fā)展起來(lái)新技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)學(xué)本質(zhì)是指通過(guò)對(duì)知識(shí)的有效管理來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品增值的一種生產(chǎn)活動(dòng)。2.1、數(shù)字化工廠的概念目前對(duì)于虛擬制造系統(tǒng)的研究相對(duì)較多，分類較為明確和統(tǒng)一，然而，關(guān)于數(shù)字化工廠的研究目前相對(duì)較少?，F(xiàn)在，研究領(lǐng)域和實(shí)際工廠運(yùn)作情況均未給數(shù)字化工廠一個(gè)明確統(tǒng)一的概念。 VDIFML的“A5模型和仿真”委員會(huì)建立了“數(shù)字化工廠協(xié)會(huì)，是企業(yè)和VDI-ADB合作的組織，它對(duì)數(shù)字化工廠的方法和所用的工具做了介紹。該組織給出的數(shù)字化工廠的定義：數(shù)字化工廠是一個(gè)完整的模型，方法和工具，是基于相關(guān)的數(shù)字化模型(和產(chǎn)品模型相連接起來(lái))為工廠計(jì)劃和工廠運(yùn)作提供盡可能的幫助和支持，包括各自的操作過(guò)程(比如，工作流程)。這個(gè)定義顯示，一方面，這些交叉的特性考慮到了系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性；另一方面，同時(shí)考慮到了模型的工作流和運(yùn)用它所建立的模型。但是，本定義的著眼點(diǎn)只是在于工廠內(nèi)部的生產(chǎn)運(yùn)作。廣義的數(shù)字化工廠源于“大制造”的思想，如圖2.1所示，它包含一切與制造有關(guān)的活動(dòng)和過(guò)程。這里，主要包括供應(yīng)方、核心制造企業(yè)、協(xié)作或合作方、銷售方等四部分組成。有的參考文獻(xiàn)詳細(xì)描述了虛擬企業(yè)組織(Virtual Manufacturing Organization，VMO)組成方式的系統(tǒng)組織和實(shí)施原則。企業(yè)內(nèi)部信息化數(shù)字化顧客市場(chǎng)預(yù)測(cè)銷售商物流中心送貨公司主頁(yè)顧客反饋信息銷售子系統(tǒng)財(cái)務(wù)子系統(tǒng)生產(chǎn)子系統(tǒng)采購(gòu)子系統(tǒng)客戶訂單庫(kù)存子系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)人事其他合作銀行企業(yè)等供應(yīng)商物流中心看板狀態(tài)送貨圖2.1 數(shù)字化工廠的信息流2.2、數(shù)字化工廠的思想及管理模式2.2.1、敏捷制造當(dāng)今企業(yè)在市場(chǎng)上賴以競(jìng)爭(zhēng)致勝的最根本的法寶，就是能否運(yùn)用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)的管理，以最快的速度開(kāi)發(fā)出滿足買主要求的新產(chǎn)品，并以最短的時(shí)間將所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。敏捷制造(Agile Manufacturing)正是在這樣的環(huán)境下提出的一種全新的生產(chǎn)模式。敏捷制造的目標(biāo)是建立一種能對(duì)用戶的要求(新產(chǎn)品或增值服務(wù))做出快速反映并及時(shí)滿足的生產(chǎn)方式。敏捷制造(Agile Manufacturing)是一種新型的組織制造模式。其基本思想是在先進(jìn)的信息環(huán)境和加工條件下，通過(guò)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的組織形式，快速適應(yīng)市場(chǎng)需求，使企業(yè)能夠在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，保持強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力，敏捷制造是以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ)的。敏捷制造是基于信息技術(shù)的可靠性和可重用性，以快速滿足客戶的需求為原則強(qiáng)調(diào)人、技術(shù)、組織管理三者有機(jī)結(jié)合的管理系統(tǒng)。敏捷制作系統(tǒng)虛擬公司管理者與工人的創(chuàng)造力市 場(chǎng)速 度質(zhì) 量成 本快速的響應(yīng)柔 性可接插的 制造系統(tǒng)合 作 供 應(yīng) 商公司數(shù)據(jù)庫(kù)投資決策國(guó) 家 工 業(yè)網(wǎng) 絡(luò) 化用 戶圖2.2.1敏捷制造系統(tǒng)2.2.2、分布式制造分布式制造是在以敏捷制造思想為指導(dǎo)的基于動(dòng)態(tài)聯(lián)盟環(huán)境下的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造模式。具有不同生產(chǎn)規(guī)模和能力的、處于不同地域的、使用不同應(yīng)用工具平臺(tái)的各聯(lián)盟廠家通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)建立面向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造的暫時(shí)合作關(guān)系，以最快的速度提供高質(zhì)量，低成本的市場(chǎng)需求產(chǎn)品。在整個(gè)過(guò)程中，不同聯(lián)盟廠家過(guò)程技術(shù)人員以既有分工又有相互協(xié)作的方式借助于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境異地進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)制造的全部活動(dòng)。其中，面向產(chǎn)品對(duì)象的企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟由產(chǎn)品主開(kāi)發(fā)企業(yè)和多家相互平行的伙伴聯(lián)盟開(kāi)發(fā)企業(yè)組成，主開(kāi)發(fā)企業(yè)稱為盟主，負(fù)責(zé)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程及產(chǎn)品整個(gè)生命周期的任務(wù)分發(fā)、工作協(xié)調(diào)、進(jìn)度控制等工作。每個(gè)聯(lián)盟企業(yè)根據(jù)各自資源優(yōu)勢(shì)和協(xié)助分工負(fù)責(zé)完成生命周期中各自的任務(wù)，這些企業(yè)一般是各自獨(dú)立的單位。盟 主（應(yīng)用程序）核心功能結(jié)構(gòu)盟員1（生產(chǎn)商）生產(chǎn)各種零件盟員2（中試地）加工試驗(yàn)盟員3（裝配庫(kù)）各種零件動(dòng)態(tài)聯(lián)盟圖2.2.2 分布式制造生產(chǎn)的模式2.2.3、精益生產(chǎn)精益生產(chǎn)的精髓就是在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中不斷的消除浪費(fèi)，從而達(dá)到降低成本、提高效益和效率的目的，最大限度的滿足客戶特殊化、多樣化的要求，使企業(yè)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。它追求的目標(biāo)是：盡善盡美、精益求精，實(shí)現(xiàn)無(wú)庫(kù)存、無(wú)廢品、低成本，有時(shí)候被描述為在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間(或第一時(shí)間，the first time)使適當(dāng)?shù)臇|西到達(dá)適當(dāng)?shù)牡攸c(diǎn)，同時(shí)使浪費(fèi)最小化和適應(yīng)變化。精益生產(chǎn)的目標(biāo)、手段與結(jié)果如圖2.2.3所示。 精益生產(chǎn) 無(wú)故障生產(chǎn)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工廠管理供應(yīng)鏈 強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo) 協(xié)同工作組 并行工程 通信 自動(dòng)化（簡(jiǎn)化過(guò)程、物流） 完美的質(zhì)量 最少的廢品 不斷改進(jìn)、零缺陷生產(chǎn) 精干的協(xié)作廠 共同開(kāi)發(fā)產(chǎn)品 共同負(fù)責(zé)成最少的廢品不斷改進(jìn)、零缺陷生產(chǎn) 開(kāi)發(fā)時(shí)間短 開(kāi)發(fā)費(fèi)用低 時(shí)間短、費(fèi)用低 差錯(cuò)少，廢品少 缺貨少 庫(kù)存少目 標(biāo)手 段結(jié) 果圖2.2.3 精益生產(chǎn)的目標(biāo)、生產(chǎn)和結(jié)果精益生產(chǎn)強(qiáng)調(diào)以“人”為中心，通過(guò)對(duì)工人多種形式的培訓(xùn)，使員工盡可能掌握多門技能；使管理結(jié)構(gòu)扁平化，簡(jiǎn)化一切過(guò)程，并把資源集中于需要的地方；在生產(chǎn)組織上，不是強(qiáng)調(diào)過(guò)細(xì)的分工，而是強(qiáng)調(diào)企業(yè)各部門相互密切合作的綜合集成；同供應(yīng)商建立良好的合作與伙伴的關(guān)系；實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程和信息流的高度自動(dòng)化，使得生產(chǎn)具有很大的柔性；重視產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)準(zhǔn)備和生產(chǎn)之間的合作和集成；擁有綜合的質(zhì)量保證體系；堅(jiān)持持續(xù)不斷的改進(jìn)、一步一步地優(yōu)化。精益生產(chǎn)不僅是一種生產(chǎn)方式，更是一種適用于現(xiàn)代集成制造企業(yè)的組織管理模式。現(xiàn)概述和比較這些建模方法，為建立數(shù)字化工廠的模型結(jié)構(gòu)和選擇建模方法提供依。3、數(shù)字化字化工廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1、數(shù)字化工廠系統(tǒng)的運(yùn)作模式數(shù)字化工廠是一個(gè)深化了數(shù)字化內(nèi)涵的企業(yè)，與傳統(tǒng)企業(yè)的區(qū)別表現(xiàn)在數(shù)字化工廠有六個(gè)數(shù)字化核心領(lǐng)域(即產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程數(shù)字化、產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化、產(chǎn)品本身數(shù)字化、產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)過(guò)程數(shù)字化、技術(shù)支持與服務(wù)過(guò)程數(shù)字化、信息和知識(shí)數(shù)字化。它們?cè)跀?shù)字化工廠的經(jīng)營(yíng)過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，徹底改變了傳統(tǒng)企業(yè)按職能設(shè)立管理部門，按管理幅度劃分管理層次的金字塔管理組織機(jī)構(gòu)，取而代之以任務(wù)為導(dǎo)向、依照自然跨部門的作業(yè)流程，組建的各類團(tuán)隊(duì)，充分發(fā)揮自身?yè)碛蠭T技術(shù)優(yōu)勢(shì)，依托互聯(lián)網(wǎng)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)整合內(nèi)外部資源用最精簡(jiǎn)的人力在靈活的組織里，生產(chǎn)品質(zhì)最優(yōu)、價(jià)格最廉、創(chuàng)意最新的產(chǎn)品和提供最便利、快捷、體貼的服務(wù)讓客戶滿意，從而超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。(1)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程數(shù)字化。即產(chǎn)品模型、設(shè)計(jì)文件、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和信息等全部數(shù)字化，不僅是核心企業(yè)參與產(chǎn)品的協(xié)作開(kāi)發(fā)，而且讓客戶、供應(yīng)商、協(xié)作廠家和分銷商等其它成員都能隨時(shí)通過(guò)InternetIntranetExtranet以數(shù)字化方式參與產(chǎn)品的協(xié)作開(kāi)發(fā)。(2)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化。數(shù)字化的產(chǎn)品模型、設(shè)計(jì)文件、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和信息可以直接進(jìn)入數(shù)字化產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程；在生產(chǎn)過(guò)程中依靠數(shù)字化信息系統(tǒng)運(yùn)作(如生產(chǎn)計(jì)劃、車間作業(yè)計(jì)劃、庫(kù)存、成本控制等業(yè)務(wù)也是數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的)，不僅在單個(gè)組織內(nèi)部依靠數(shù)字化信息系統(tǒng)工作，整個(gè)組織如同一個(gè)高度協(xié)作的整體，通過(guò)InternetIntranetExtranet自如地獲取需要的數(shù)字化信息。(3)產(chǎn)品本身數(shù)字化。數(shù)字化工廠制造的產(chǎn)品數(shù)字化功能強(qiáng)，用戶可以方便、簡(jiǎn)單地使用。(4)產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)過(guò)程數(shù)字化。數(shù)字化工廠建有完善的產(chǎn)品數(shù)字化營(yíng)銷網(wǎng)絡(luò)，客戶可以通過(guò)InternetIntranetExtranet訪問(wèn)產(chǎn)品的數(shù)字化信息，進(jìn)行咨詢、談判和訂貨，并能夠逐條定義所需產(chǎn)品的規(guī)格，參與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，監(jiān)督產(chǎn)品生產(chǎn)與銷售，最后進(jìn)行數(shù)字化結(jié)算。(5)技術(shù)支持與服務(wù)過(guò)程數(shù)字化。數(shù)字化工廠為客戶提供數(shù)字化服務(wù)，使產(chǎn)品的使用、維護(hù)和維修可以隨時(shí)隨地與它進(jìn)行數(shù)字化交互而獲得支持和幫助。(6)信息和知識(shí)數(shù)字化。不僅產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到消亡整個(gè)生命周期的所有信息數(shù)字化，其他信息也予以數(shù)字化，并通過(guò)InternetIntranetExtranet和數(shù)字化工廠的信息系統(tǒng)在全球范圍把“知識(shí)島”有效地組織起來(lái)。3.2、數(shù)字化工廠的層次結(jié)構(gòu)一個(gè)現(xiàn)代化制造企業(yè)結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，數(shù)字化工廠上連產(chǎn)品的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)，下連制造執(zhí)行系統(tǒng)，形成以企業(yè)門戶網(wǎng)站對(duì)外進(jìn)行交流，信息從企業(yè)門戶網(wǎng)站流入流出，一直到設(shè)備控制層的信息處理和流通通道。企業(yè)門戶網(wǎng)站CRM辦公自動(dòng)化電子商務(wù)SCMCAD/CAE/CAMERP數(shù)字化工廠層制造執(zhí)行層設(shè)備控制層圖3.2數(shù)字化工廠的層次結(jié)構(gòu)現(xiàn)在的制造業(yè)一般都能夠采取先進(jìn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)如CAD等技術(shù)，也能夠在產(chǎn)品制造時(shí)采用先進(jìn)的自動(dòng)技術(shù)，而在這兩者之間存在著脫節(jié)，這兩個(gè)先進(jìn)的技術(shù)沒(méi)能夠很好的銜接好，而數(shù)字化工廠最主要的任務(wù)就是解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造之間的“鴻溝”。以前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，沒(méi)有一個(gè)科學(xué)轉(zhuǎn)化渠道，僅僅憑借工藝人員，制造工程師和管理人員的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行生產(chǎn)工藝安排、生產(chǎn)計(jì)劃制定，然后直接投入制造系統(tǒng)進(jìn)行制造，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題只有在生產(chǎn)過(guò)程中解決，這樣就造成了大量的浪費(fèi)和返工，導(dǎo)致制造成本的增高。而實(shí)施數(shù)字化工廠技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中的制造、裝配、質(zhì)量控制和檢測(cè)等各個(gè)階段的功能。它主要解決工廠、車間和生產(chǎn)線以及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)到制造實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，使設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造之間的不確定性降低，在數(shù)字空間中將生產(chǎn)制造過(guò)程壓縮和提前使生產(chǎn)制造過(guò)程在數(shù)字空間中得以檢驗(yàn)。從而提高系統(tǒng)的成功率和可靠性縮短從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化時(shí)間。3.3、數(shù)字化工廠系統(tǒng)構(gòu)建3.3.1、數(shù)字化工廠系統(tǒng)的含義數(shù)字化工廠是一個(gè)集成化的計(jì)算機(jī)環(huán)境，用于對(duì)生產(chǎn)工程的各個(gè)環(huán)節(jié)，在不同的層次一小到操作步驟，大到生產(chǎn)單元、生產(chǎn)線乃至整個(gè)工廠一進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、分析和優(yōu)化。它從并行工程的基本觀點(diǎn)出發(fā)，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就同時(shí)考慮和解決生產(chǎn)工程的問(wèn)題，包括工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、工藝裝備、機(jī)床設(shè)備、刀具、生產(chǎn)線或加工單元的布局、人體工程學(xué)、生產(chǎn)調(diào)度、物料管理等，實(shí)現(xiàn)了真正的CADCAPECAM一體化。數(shù)字化工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)虛擬制造原理，在虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、優(yōu)化和重組的新的生產(chǎn)組織方式。數(shù)字化工廠系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)這種生產(chǎn)方式的軟硬件系統(tǒng)。3.3.2、現(xiàn)有的系統(tǒng)建模方法目前，國(guó)內(nèi)外在企業(yè)系統(tǒng)建模方面也取得相當(dāng)多的研究成果，比較著名的有GRAIGIM方法、CIM-OSA方法、IDEF方法、ARIS模型結(jié)構(gòu)、PERA方法、TOVE方法和面向?qū)ο蠼７椒ǖ龋送膺€有階梯型結(jié)構(gòu)(Stair-like CIM System Architecture，SLA)等建模方法。它們都從不同的角度和出發(fā)點(diǎn)提出了各自對(duì)企業(yè)這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的理解，并給出了描述的方法。需要指出的是這些建模方法主要是為CIMS研究開(kāi)發(fā)的，只能有選擇地用于數(shù)字化工廠動(dòng)態(tài)建?！，F(xiàn)在介紹其中一種方法：IDEF方法是面向結(jié)構(gòu)的分析方法，包括IDEFO，IDEF1x，IDEF2，IDEF3，IDEF4和IDEF5等。其中IDEFO功能模型和IDEF1x信息模型用于描述現(xiàn)有的和將來(lái)的信息管理需求；IDEF2系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型和IDEF4面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)是支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求的方法；IDEF3過(guò)程描述方法和IDEF5本體論方法用于捕捉現(xiàn)實(shí)世界信息以及人、事物等之間的關(guān)系?，F(xiàn)在常用的是IDEFO、IDEF1x和IDEF3，而IDEF、IDEF4、IDEF5、IDEF8等尚未成熟。IDEFO方法用來(lái)描述系統(tǒng)或企業(yè)的功能和各功能之間的聯(lián)系，并支持這些功能集成的數(shù)據(jù)，它采用自頂向下的結(jié)構(gòu)方法來(lái)產(chǎn)生功能模型。IDEFO方法可以靈活、清晰地對(duì)系統(tǒng)活動(dòng)及活動(dòng)之間的信息流進(jìn)行建模，已得到了廣泛的應(yīng)用。由于IDEFO模型易于理解，因而特別適于評(píng)估企業(yè)的組織活動(dòng)，以及項(xiàng)目的可行性論證。按照IDEFO方法建立的數(shù)字化工廠的主要功能模塊如圖3.3.2所示：產(chǎn)品數(shù)據(jù)工廠布局生產(chǎn)線規(guī)劃仿真優(yōu)化操作數(shù)據(jù)幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)工藝要求技術(shù)要求資源數(shù)據(jù)物料搬運(yùn)設(shè)備物料搬運(yùn)設(shè)備性能工藝布局信息生產(chǎn)線模型仿真結(jié)果搬運(yùn)設(shè)備參數(shù)工藝參數(shù)、操作錯(cuò)誤等生產(chǎn)線規(guī)劃信息生產(chǎn)大綱圖3.3.2數(shù)字化工廠系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)功能模塊圖3.4、數(shù)字化工廠系統(tǒng)的模塊及功能分析數(shù)字化工廠系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能豐富，數(shù)字化工廠系統(tǒng)主要包括工廠布局、生產(chǎn)線規(guī)劃、仿真分析三大功能模塊。3.4.1、工廠布局工廠布局：工廠布局主要是在工廠GIS系統(tǒng)(或是企業(yè)現(xiàn)有的建筑規(guī)劃文檔)基礎(chǔ)上，按照生產(chǎn)大綱有關(guān)要求，建立廠房布局模型，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備和物料搬運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行合理空間布局，以構(gòu)建生產(chǎn)線系統(tǒng)的虛擬硬件平臺(tái)。數(shù)字化工廠系統(tǒng)最大的特點(diǎn)就是在虛擬的環(huán)境中，對(duì)制造企業(yè)的新產(chǎn)品，進(jìn)行可制造性以及制造成本的提前估計(jì)和預(yù)分析。工廠布局是制造企業(yè)規(guī)劃的前期工作，涉及廠房、設(shè)備和工裝夾具等主要資源的空間規(guī)劃設(shè)計(jì)，是整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的前期工作，也是基礎(chǔ)工作。數(shù)字化工廠系統(tǒng)中開(kāi)展的后續(xù)的工藝規(guī)劃、仿真分析等工作，都是在工廠布局的前提下完成的。3.4.2、生產(chǎn)線規(guī)劃現(xiàn)代的生產(chǎn)線屬于復(fù)雜的人工系統(tǒng)，可將其抽象為相互獨(dú)立、相互聯(lián)系的三個(gè)組成部分，即：目標(biāo)部分，主要指生產(chǎn)完成的目標(biāo)，包括一定的生產(chǎn)能力、物流通暢和生產(chǎn)環(huán)境等；物理部分，主要指制造、加工設(shè)備和存儲(chǔ)單元等有形實(shí)體，即完成生產(chǎn)過(guò)程所需要的生產(chǎn)資源，如機(jī)床、夾具、緩沖站、搬運(yùn)車和工人。等；控制部分，主要指生產(chǎn)線的調(diào)度、決策和控制等邏輯部分，包括各種控制方法、控制算法庫(kù)等。對(duì)生產(chǎn)線的三個(gè)部分而言，制造工藝是其依據(jù)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的約束條件。在生產(chǎn)線的全生命周期過(guò)程中工藝約束并非一成不變，市場(chǎng)的變化導(dǎo)致目標(biāo)的變化，此時(shí)必須重新進(jìn)行工藝規(guī)劃或?qū)ιa(chǎn)線進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。工藝規(guī)劃的目標(biāo)是能夠加工出符合要求的產(chǎn)品，而生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的目標(biāo)是能夠滿足生產(chǎn)線目標(biāo)的要求，因此生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和規(guī)劃必須以工藝規(guī)劃為基礎(chǔ)，工藝規(guī)劃是生產(chǎn)線規(guī)劃中的主要內(nèi)容。工藝規(guī)劃在考慮加工方法、加工質(zhì)量的同時(shí)還應(yīng)考慮生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)物流和產(chǎn)品交貨等諸多因素。以往的研究多以計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(Computer AidedProcess Planning CAPP)和生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度(Production Planning and SchedulePPS)集成為基礎(chǔ)展開(kāi)，并取得了很多研究成果。數(shù)字化工廠中集成仿真平臺(tái)中的工序規(guī)劃過(guò)程可分為數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、能力匹配和仿真分析三個(gè)階段。(1)、在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段將工藝、調(diào)度和仿真需要的資源、工藝知識(shí)和訂單數(shù)據(jù)分類提取。(2)、能力匹配階段分為工序級(jí)規(guī)劃和個(gè)工步級(jí)規(guī)劃2個(gè)部分。工序級(jí)規(guī)劃首先基于工藝知識(shí)設(shè)計(jì)粗工藝，粗工藝可只規(guī)劃每個(gè)零件有幾道工序，每道工序有何類設(shè)備完成，工時(shí)多少，初始仿真時(shí)直接與機(jī)床進(jìn)行能力匹配產(chǎn)生生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，初始仿真后針對(duì)前序仿真產(chǎn)生的機(jī)床可用能力對(duì)粗工藝進(jìn)行修改。修改原則為盡量多采用前序仿真中空閑率高、故障率低且物流順暢的設(shè)備，在此基礎(chǔ)上同前序仿真產(chǎn)生的機(jī)床可用能力相結(jié)合進(jìn)行機(jī)床能力匹配。匹配完成產(chǎn)生的調(diào)度計(jì)劃供后續(xù)仿真使用；工步級(jí)規(guī)劃是在工序級(jí)規(guī)劃后得到的驗(yàn)證后進(jìn)行的詳細(xì)工藝規(guī)劃，包括每道工序分為幾個(gè)工步，每個(gè)工步耗費(fèi)工時(shí)的概率分布和每個(gè)工步的操作方法，通過(guò)仿真產(chǎn)生的設(shè)備和工人操作動(dòng)畫(huà)來(lái)驗(yàn)證工步設(shè)計(jì)，這里可同虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)虛擬漫游來(lái)使工藝師提前體驗(yàn)功能設(shè)計(jì)的效果，并設(shè)計(jì)出符合人機(jī)工程的工藝。(3)、生產(chǎn)線仿真分為工廠層、車間層、單元層和設(shè)備層4個(gè)層次，面向工藝規(guī)劃的生產(chǎn)線仿真包含了單元層和設(shè)備層仿真。單元層仿真是在粗工藝規(guī)劃基礎(chǔ)上進(jìn)行的仿真，它仿真的是生產(chǎn)單元內(nèi)部的物流過(guò)程，通過(guò)仿真分析物流瓶頸并產(chǎn)生所有設(shè)備的狀態(tài)集，將這些信息反饋到能力匹配階段，輔助工序級(jí)規(guī)劃并進(jìn)行新一輪的能力匹配；設(shè)備層仿真是針對(duì)工步規(guī)劃進(jìn)行的，它主要是將每一個(gè)規(guī)劃的工步以動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)，從而將工藝規(guī)劃同生產(chǎn)線布置，人機(jī)工程結(jié)合起來(lái)，保證工藝規(guī)劃的優(yōu)良性。機(jī)床加工能力定單工藝知識(shí)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備能力匹配機(jī)床狀態(tài)工作日程機(jī)床可用能力能力與操作匹配工步級(jí)規(guī)則工序級(jí)規(guī)則生產(chǎn)任務(wù)操作排序仿真分析機(jī)床空閑時(shí)段設(shè)備利用狀況仿真參數(shù)設(shè)計(jì)物流參數(shù)設(shè)計(jì)調(diào)度計(jì)劃單元層仿真工步操作動(dòng)畫(huà)設(shè)備層仿真如圖3.4.2 基于集成仿真平臺(tái)的工藝規(guī)劃結(jié)構(gòu)3.4.3、仿真優(yōu)化仿真優(yōu)化主要實(shí)現(xiàn)在已經(jīng)構(gòu)建的虛擬生產(chǎn)線平臺(tái)上，在生產(chǎn)線規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行全局物流仿真、瓶頸分析、局部加工單元仿真和人機(jī)工程仿真分析，從而對(duì)已有的工藝規(guī)劃方案進(jìn)行驗(yàn)證、調(diào)整、更新和優(yōu)化。同時(shí)，輸出多種生產(chǎn)工藝報(bào)表、操作手冊(cè)以及生產(chǎn)決策支持報(bào)表。仿真優(yōu)化是整個(gè)數(shù)字化工廠系統(tǒng)的最終目標(biāo)，主要實(shí)現(xiàn)在已經(jīng)構(gòu)建的虛擬生產(chǎn)線平臺(tái)上，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真。目的在于分析現(xiàn)有生產(chǎn)過(guò)程的各種性能指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和結(jié)構(gòu)調(diào)整，以達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程、提高生產(chǎn)效率的目標(biāo)。用戶通過(guò)擴(kuò)展的分析工具、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和圖表來(lái)評(píng)估不同的解決方案，并在生產(chǎn)計(jì)劃的早期階段，做出迅速而可靠的決策。3.5、數(shù)字化工廠系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是需要相應(yīng)的軟硬件環(huán)境和技術(shù)來(lái)支持，需要先進(jìn)的制造技術(shù)和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，數(shù)字化工廠的實(shí)現(xiàn)需要以下關(guān)鍵技術(shù)： (1)、數(shù)字化建模技術(shù)通常研究數(shù)字化工廠，需要建立工廠中的建筑模型、資源模型(設(shè)備、原料、生產(chǎn)人員和制造環(huán)境等)以及生產(chǎn)管理模型(系統(tǒng)的限制和約束關(guān)系)。工廠設(shè)計(jì)與產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)之間有著很強(qiáng)的聯(lián)系，首先工廠設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)都是虛擬設(shè)計(jì)，它們都沿用先進(jìn)的CAD技術(shù)，將所設(shè)計(jì)的東西在計(jì)算機(jī)中完整的展示出來(lái)；其次，計(jì)算機(jī)作為關(guān)鍵的工具，是其顯示和設(shè)計(jì)的主要平臺(tái)；第三，建模和裝配是二者共有的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)字化工廠是建立在模型基礎(chǔ)上的優(yōu)化仿真系統(tǒng)，工廠設(shè)備、建筑三維模型是整個(gè)數(shù)字化工廠技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)源頭，所以數(shù)字化建模技術(shù)是數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)。(2)、工廠配置管理：工廠設(shè)計(jì)中，常常有非常大型的設(shè)備模型，在完整的工廠設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該建立不影響設(shè)備分析的復(fù)雜而又詳細(xì)的模型；其次，為了提高運(yùn)算速度，工廠的配置管理尤為重要。工廠配置管理系統(tǒng)提供了按工藝布置來(lái)組織工廠結(jié)構(gòu)的功能，通過(guò)建立相應(yīng)的工藝布置圖，企業(yè)的不同部門可以按其需要的形式來(lái)對(duì)工廠結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織。而當(dāng)工廠布局發(fā)生更改時(shí)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化的工廠設(shè)計(jì)視圖來(lái)分析和控制更改對(duì)整個(gè)工廠的影響。(3)、優(yōu)化仿真技術(shù)：隨著虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行工廠建筑、設(shè)備等的三維造型、裝配分析和CAE工程分析技術(shù)不斷發(fā)展和完善。(4)、虛擬裝配技術(shù)：目前，文本信息很難滿足設(shè)計(jì)業(yè)的需求，隨著三維造型技術(shù)發(fā)展，虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)將得到普遍應(yīng)用。(5)、并行工程技術(shù)：在設(shè)計(jì)過(guò)程中同時(shí)考慮設(shè)備設(shè)計(jì)、設(shè)備裝配、設(shè)備能力、物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)等各方面的問(wèn)題，各部門協(xié)同合作，采用并行工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠同步全面設(shè)計(jì)。(6)、軟件之間的重組和集成：數(shù)字化工廠軟件模塊之間以及和其他軟件模塊之間的信息交換和集成。(7)、應(yīng)用工具：產(chǎn)生虛擬環(huán)境的工具集、各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具、設(shè)備控制程序的生成器、各種報(bào)表的輸出工具等。整個(gè)數(shù)字化工廠系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，是需要這些關(guān)鍵的技術(shù)來(lái)支撐的，它們是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠系統(tǒng)的必要條件。4、實(shí)例應(yīng)用研究4.1、公司介紹對(duì)一家某知名品牌牙刷公司進(jìn)行調(diào)研，該公司曾經(jīng)入圍世界500強(qiáng)企業(yè)。由于發(fā)展的需要，公司要進(jìn)行新廠房布置規(guī)劃，該牙刷廠生產(chǎn)的種類相對(duì)較多，且批量生產(chǎn)，屬于多品種大批量的生產(chǎn)。隨著公司規(guī)模的不斷擴(kuò)大和制造水平的日益提高，單純憑著經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)已經(jīng)不能滿足公司發(fā)展的需要了。因此，公司需要采用先進(jìn)的規(guī)劃技術(shù)，對(duì)新廠房進(jìn)行合理的布置規(guī)劃，為以后的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。4.2、由FACTORY-PLAN和FACTORY-OPT（數(shù)字化工廠的布局時(shí)采用的軟件）根據(jù)實(shí)際條件設(shè)計(jì)出兩種布置方案4.2.1、設(shè)施布置的基本原則考慮到公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，比較適合的布置方式是按照產(chǎn)品原則布置和工藝原則布置，但是兩種布置方式都有自身的優(yōu)點(diǎn)和不足。工藝原則布置方式的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)器利用率高，設(shè)備和人員的柔性程度高，便于更改產(chǎn)品品種和數(shù)量；缺點(diǎn)是流程較長(zhǎng)，搬運(yùn)路線不確定，搬運(yùn)費(fèi)用高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)且?guī)齑媪肯鄬?duì)較大。按照產(chǎn)品原則布置方式時(shí)，布置符合工藝過(guò)程，物流順暢，上下工序銜接，存放量少，生產(chǎn)周期短，物料搬運(yùn)工作量少等。缺點(diǎn)是設(shè)備發(fā)生故障時(shí)將引起整個(gè)生產(chǎn)線的中斷等。綜合考慮公司的生產(chǎn)情況，現(xiàn)采取以產(chǎn)品原則布置為主，并同時(shí)兼顧到工藝布置原則。4.2.2、所需的數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)該公司的生產(chǎn)能力和各個(gè)車間的物流強(qiáng)度的實(shí)際調(diào)研，測(cè)出每個(gè)車間內(nèi)的物流量，并綜合考慮其他輔助部門之間的關(guān)系，建立具體的關(guān)系數(shù)據(jù)表如表1所示： 表1 公司有關(guān)作業(yè)單位面積統(tǒng)計(jì)表編號(hào)單位名稱面積（m2）編號(hào)單位名稱面積（m2）1原材料庫(kù)15547半成品倉(cāng)庫(kù)18242拌料間9808輔助包裝材料庫(kù)3843注塑車間49749紙箱庫(kù)18244刷板庫(kù)225510包裝車間18245牙毛庫(kù)11011成品存放庫(kù)15546植磨毛車間331412辦公室服務(wù)樓2376根據(jù)實(shí)際的測(cè)量和計(jì)算，綜合考慮作業(yè)單位之間的物流和非物流量關(guān)系，得出如下的關(guān)系表：表2作業(yè)單位綜合相互關(guān)系表表3 綜合接近程度排序表代號(hào)123456789101112123456789101112綜合接近程度87778108851564排序698752431111012表4：各級(jí)關(guān)系統(tǒng)計(jì)表等級(jí)分值作業(yè)單位對(duì)總數(shù)百分比(%)作業(yè)單位對(duì)A8-1223.038-10、10-11E5-757.581-2、2-3、3-4、6-7、7-10I3-434.554-6、5-6、9-10O1-22030.30略U03350.00略X-134.553-12、6-12、10-124.2.3、FACTORYPLAN和FACTORY-OPT相結(jié)合提供的兩種布置方案把以上的數(shù)據(jù)輸入FACTORY-PLAN中，可以在軟件內(nèi)建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，把各個(gè)實(shí)體之間的關(guān)系輸入FACTORY-PLAN，該軟件也可以自動(dòng)生成綜合關(guān)系相互表。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，F(xiàn)ACTORY-PLAN可以自動(dòng)生成布置方案。結(jié)合FACTORYOPT一塊使用，F(xiàn)ACTORYOPT可以對(duì)生成的布置方案進(jìn)行優(yōu)化。FACTORY-PLAN生成的布置方案，其物流強(qiáng)度可以在給出的方案中體現(xiàn)，結(jié)合FACTORY-OPT的優(yōu)化并對(duì)所提供的參考圖進(jìn)行操控，改變各種變量可以生成多種組合，隨著FACTORYOPT的調(diào)整，布置方案中的物流強(qiáng)度也在改變?？紤]到物流強(qiáng)度的大小并結(jié)合公司的實(shí)際情況，本論文中只選用其中的物流強(qiáng)度相對(duì)較小的兩種方案來(lái)詳細(xì)進(jìn)行分析。4.2.4、各個(gè)布置方案的規(guī)劃圖根據(jù)上面的兩種選擇方案，用AUTOCAD畫(huà)出兩種方案的具體規(guī)劃簡(jiǎn)圖如下圖4.2.4 方案1的規(guī)劃布置方案圖4.2.4方案2的規(guī)劃布置方案4.3、運(yùn)用FAOTORY-FLOW進(jìn)行分析4.3.1、公司的物料流程該公司的物料流動(dòng)情況如下表所示：輔助材料紙箱牙毛原料刷板庫(kù)lifttruck切毛間牙刷handcart包裝handcartlifttruck成品庫(kù)牙柄handcarthandcartlifttruckhandcartlifttruck圖4.3.1 物料流程圖4.3.2、在FACTORY-FLOW軟件中建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)利用FACTORY-CAD軟件，可以很好的解決數(shù)字化工廠中的（1）、建立產(chǎn)品實(shí)體特性數(shù)據(jù)庫(kù)在建立實(shí)體特性數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程中，需要明確的特征：產(chǎn)品有幾個(gè)零部件組成；每個(gè)零部件需要的數(shù)量；每個(gè)零部件每天的產(chǎn)量各是多少，并且可以把不同的零部件用不同的顏色來(lái)表示。建立了各個(gè)實(shí)體零部件的相關(guān)數(shù)據(jù)，就為以后的規(guī)劃分析提供了很大的方便。（2）、建立物料搬運(yùn)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)建立該數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要把公司的搬運(yùn)設(shè)備及搬運(yùn)設(shè)備的數(shù)量都要輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并且工序之間所選用的搬運(yùn)設(shè)備及數(shù)量都要在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立檔案。這就為以后模擬搬運(yùn)情況、分析搬運(yùn)設(shè)備費(fèi)用做好了準(zhǔn)備。（3）、建立各個(gè)零部件實(shí)體流程每個(gè)零部件從上一工序到下一工序的流程路線，也要在軟件中建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，這都是為后來(lái)軟件模擬物料流動(dòng)所做的準(zhǔn)備工作。工廠規(guī)劃布置，利用該軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)論是進(jìn)行新廠房的設(shè)計(jì)還是舊廠房的改造都很方便。即使在廠房的布局不變的情況下，工廠增加或者減少設(shè)備都可以利用該軟件來(lái)進(jìn)行快速的分析。只要在軟件中建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，工廠要擴(kuò)大規(guī)?；蛘呤情_(kāi)發(fā)新的生產(chǎn)線，都可以先用軟件進(jìn)行模擬規(guī)劃和分析計(jì)算，這樣就大大減少了人力計(jì)算的工作，減少了規(guī)劃成本，并且可以更加直觀的得到規(guī)劃的結(jié)果和由變化所需要增加的成本等。FACTORY-CAD軟件很好的解決了數(shù)字化工廠中工廠布局這一模塊，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)字化工廠中只是著眼于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化，而忽略了數(shù)字化工廠中整個(gè)工廠布局的物流、搬運(yùn)設(shè)備及相關(guān)的布置分析?，F(xiàn)有的生產(chǎn)(服務(wù))系統(tǒng)，或者因增加(減少)產(chǎn)品的需求，或者因工藝改進(jìn)的需要，或者因降低成本的需要，經(jīng)常需要進(jìn)行布置。因此，除了要新建布置系統(tǒng)外，也有很多是對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在這種情況下，F(xiàn)ACTORY-CAD也能很好的對(duì)數(shù)字化工廠布置進(jìn)行改。4.3.3、兩種方案的分析過(guò)程首先對(duì)方案1進(jìn)行分析：把方案l的布置圖調(diào)入FACTORY-FLOW，并把物料搬運(yùn)設(shè)備及物料流程的數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)入，在此基礎(chǔ)上對(duì)整個(gè)工廠的物流可以進(jìn)行模擬分析，結(jié)果如下表5方案1的計(jì)算列表Distance（m）.21Cost().54Moves.45Times(min).59搬運(yùn)工具的利用率(Material Handling Utilization)如圖表6：表6 方案1 的物料搬運(yùn)設(shè)備分析表MH DeviceQuantityBusy Min/DayAvail Min/DayUtilization%Lift truck2300032,133,02433,120,00097.02%handcart22000299,43,93631,680,00094.52%同樣的方法，對(duì)方案2分析的結(jié)果為：表7 方案2的計(jì)算結(jié)果Distance（m）.86Cost().69Moves.45Times(min).54表8 方案2 的物料搬運(yùn)設(shè)備的分析表MH DeviceQuantityBusy Min/DayAvail Min/DayUtilization%Lift truck2300032,149,58433,120,00097.07%handcart2200029,959,77631,680,00094.57%4.3.4、兩種方案的分析比較兩種方案的比較數(shù)據(jù)表如表9所示：表9 兩種方案計(jì)算列表的比較方案搬運(yùn)設(shè)備利用率（%）搬運(yùn)距離移動(dòng)次數(shù)物流成本（）1HandCart 94.52LiftTruck 97.02177,081.21101,946.45152,439,926.672HandCart 94.57LiftTruck 97.07196,139.86101,946.45152,550,797.68在整個(gè)物流分析中可以看出，兩種布置方案都是比較合理的。但是，在整個(gè)模擬分析過(guò)程中，方案2的物流強(qiáng)度相對(duì)較大些(表示物流強(qiáng)度的線較粗)，方案1中的物流強(qiáng)度在軟件中反映出來(lái)的相對(duì)較小些(表示物流強(qiáng)度的線相對(duì)較細(xì))。而由FACTORY-FLOW分析計(jì)算的結(jié)果可以分析，如表9所示：(1)、兩種方案的物料搬運(yùn)設(shè)備的利用率相差不大；(2)、物料生產(chǎn)過(guò)程中所做的移動(dòng)是相同的；(3)、兩種布置方案中方案1的搬運(yùn)距離為177，08121m，方案2中的搬運(yùn)距離為196，13986m大于方案1中的搬運(yùn)距離；(4)、對(duì)比物流成本，方案1的物流成本為152，439，92667Y，而方案2的物流成本為152，550，79768Y大于方案l的物流成本。由以上的幾種比較，并且考慮到公司一般所追求的是降低成本，增加利潤(rùn)的原則，本人認(rèn)為方案1較好，應(yīng)作為最佳的選擇方案。4.4、FACTORY-CAD軟件規(guī)劃結(jié)果分析由以上的具體的規(guī)劃可以看出，利用FACTORY-CAD軟件，可以很好的解決數(shù)字化工廠中的工廠規(guī)劃布置，利用該軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)論是進(jìn)行新廠房的設(shè)計(jì)還是舊廠房的改造都很方便。即使在廠房的布局不變的情況下，工廠增加或者減少設(shè)備都可以利用該軟件來(lái)進(jìn)行快速的分析。只要在軟件中建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，工廠要擴(kuò)大規(guī)?；蛘呤情_(kāi)發(fā)新的生產(chǎn)線，都可以先用軟件進(jìn)行模擬規(guī)劃和分析計(jì)算，這樣就大大減少了人力計(jì)算的工作，減少了規(guī)劃成本，并且可以更加直觀的得到規(guī)劃的結(jié)果和由變化所需要增加的成本等。FACTORY-CAD軟件很好的解決了數(shù)字化工廠中工廠布局這一模塊，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)數(shù)字化工廠中只是著眼于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化，而忽略了數(shù)字化工廠中整個(gè)工廠布局的物流、搬運(yùn)設(shè)備及相關(guān)的布置分析?，F(xiàn)有的生產(chǎn)(服務(wù))系統(tǒng)，或者因增加(減少)產(chǎn)品的需求，或者因工藝改進(jìn)的需要，或者因降低成本的需要，經(jīng)常需要進(jìn)行布置。因此，除了要新建布置系統(tǒng)外，也有很多是對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在這種情況下，F(xiàn)ACTORY-CAD也能很好的對(duì)數(shù)字化工廠布置進(jìn)行改進(jìn)，確定最佳的改進(jìn)方案，從而為數(shù)字化工廠的正常運(yùn)作提供更好的技術(shù)保障。4.5、實(shí)例結(jié)果分析從以上的實(shí)證分析可以看出，工廠布置時(shí)采用先進(jìn)的規(guī)劃布置軟件可以很好的為以后的實(shí)際生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)，尤其對(duì)數(shù)字化工廠來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)工廠布置的數(shù)字化尤為重要，但是，現(xiàn)有的研究理論成果中，對(duì)數(shù)字化工廠中其它的功能模塊均有研究，并且也取得了一定的成果，唯獨(dú)對(duì)這一模塊研究的不多。然而，工廠布局又恰恰是數(shù)字化工廠系統(tǒng)中開(kāi)展后續(xù)的工藝規(guī)劃、仿真分析等工作的前提。因此，對(duì)數(shù)字化工廠系統(tǒng)中的工廠布置的研究也是很有必要的。本文所選用的軟件對(duì)數(shù)字化工廠中的工廠布置具有一定的幫助，從以上的分析可以看出，該軟件在規(guī)劃布置時(shí)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)數(shù)字化工廠的布置提供了很好的技術(shù)支撐。無(wú)論是增加新的產(chǎn)品線還是因?yàn)楣疽?guī)模的擴(kuò)大，都可以快速的為公司提供最好的布置方案，且可以快速的分析其物流成本和搬運(yùn)設(shè)備。實(shí)現(xiàn)工廠布局的數(shù)字化進(jìn)一步完善了數(shù)字化工廠的理論，這樣就使得數(shù)字化工廠系統(tǒng)中三大功能模塊的研究相對(duì)比較完整了。并且可以看出，數(shù)字化工廠中的工廠布置如果采用先進(jìn)的規(guī)劃軟件及相應(yīng)的思想，可以為以后的工作打下良好的基礎(chǔ)。5、研究結(jié)論(1)、