智能工厂实战:架构·技术·应用电子书

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第1章 智能工厂赋能智能制造

1.1 智能工厂概述

1.1.1 智能工厂的基本概念

（1）智能工厂的概念与优势

（2）智能工厂的基本要素

1.1.2 智能工厂的六大特征

（1）可以实现设备互联

（2）广泛应用工业软件

（3）融合精益生产理念

（4）兼具柔性化和自动化

（5）注重能源节约和环境友好

（6）确保实时洞察和精准决策

1.1.3 智能工厂的信息化架构

（1）现场层

（2）管控层

（3）企业层

（4）平台层

（5）协同层

1.1.4 智能工厂的未来发展趋势

（1）数据驱动：数据成为智能化生产的关键

（2）虚实融合：在数字空间中实时映射生产过程

（3）柔性敏捷：柔性化制造将成为主导模式

1.2 智能工厂建设的现状与对策

1.2.1 国内外智能工厂发展现状

1.2.2 智能工厂建设的3种模式

（1）模式1：从生产过程数字化到智能工厂

（2）模式2：从智能制造生产单元（设备和产品）到智能工厂

（3）模式3：从个性化定制到互联工厂

1.2.3 智能工厂建设存在的误区

1.2.4 智能工厂建设的实践对策

（1）进行智能工厂整体规划

（2）建立明确的智能工厂标准

（3）重视智能加工单元建设

（4）强调人机协作而不是机器换人

（5）积极应用新兴技术

1.3 基于价值流分析的智能工厂规划

1.3.1 生产全过程的数据采集

1.3.2 绘制当前状态价值流图

1.3.3 精准匹配智能制造技术

1.3.4 绘制未来状态价值流图

1.3.5 论证优化规划设计方案

第2章 智能工厂的探索与实践

2.1 产品数字化

2.1.1 机电软一体化开发平台

（1）产品设计数字化

（2）数字样车（DMU）可视化

（3）产品配置管理

（4）问题管理系统开发

2.1.2 仿真建模及数字化交付

（1）智能厂房设计

（2）生产流程虚拟仿真

（3）智能工厂搭建

2.1.3 工艺设计一体化平台

2.2 生产数字化

2.2.1 智能装备与生产系统

（1）先进智能工艺设备

（2）全零件自动装框系统

（3）工艺数字化开发

（4）模具数字化开发

（5）冲压智能化MMS

2.2.2 数字化运营管控系统

2.2.3 基于数据的智能匹配

（1）虚实结合

（2）数据互联

（3）大数据应用

2.2.4 智能物流系统的应用

（1）智能物流设备

（2）先进物流系统

（3）先进冲焊物流

（4）先进总装物流

（5）智能立体库

（6）智能分拣机器人

2.2.5 生产全流程实时监控

（1）生产状态整体监控

（2）车间级监控

（3）线体级监控

（4）工位级监控

2.3 运维数字化

2.3.1 智能质量检测系统

2.3.2 设备状态监测系统

2.3.3 VR培训和AR远程设备运维系统

（1）VR（虚拟现实）培训系统

（2）AR（增强现实）远程设备运维系统

2.4 国内“灯塔工厂”的典型案例

2.4.1 三一重工18号工厂

（1）体系架构

（2）部署实施

（3）关键技术

2.4.2 美的“灯塔工厂”

（1）体系架构

（2）部署实施

（3）关键技术

2.4.3 宝钢集团

（1）体系架构的主要模块

（2）部署实施

（3）关键技术

2.4.4 发展建议

（1）系统推进，统筹实施

（2）统标统型，经验固化

（3）优化管理，技术赋能

第3章 业务系统架构

3.1 MES：制造执行系统

3.1.1 基于MES的智能工厂

（1）MES在生产管理中的价值

（2）基于MES的智能工厂方案

3.1.2 MES功能与应用场景

（1）生产计划管理

（2）生产库存管理

（3）生产过程管理

（4）生产监控管理

（5）生产质量管理

3.1.3 MES实施流程与要点

3.2 WMS：仓库管理系统

3.2.1 WMS的功能模块

（1）基本信息管理

（2）上架管理

（3）拣选管理

（4）库存管理

3.2.2 WMS的应用价值

（1）实现料账一致

（2）优化管理流程

（3）便于责任划分

（4）多维度报表分析

3.2.3 WMS的关键技术

（1）自动识别技术

（2）大数据分析与预测

（3）无线射频技术

（4）电子标签技术

（5）语音拣选技术

3.2.4 国内WMS的应用

（1）基于配送中心业务的WMS

（2）基于作业技术的WMS

（3）基于企业经营决策的WMS

（4）基于电商B2C（企业面向消费者）仓库管理的WMS

3.3 ERP：企业资源计划

3.3.1 ERP系统的基本概念与特点

3.3.2 ERP驱动的生产管理智能化

3.3.3 ERP系统在制造企业的应用

（1）ERP系统的应用案例

（2）ERP系统在制造企业中的具体应用场景

3.3.4 ERP系统实施的流程与步骤

（1）企业需求调研

（2）流程模块管理

（3）正式环境测试

（4）管理模式深化

3.4 PLM：产品生命周期管理

3.4.1 传统研发项目管理存在的问题

（1）项目评审问题

（2）数据管理问题

（3）时间管理问题

（4）质量管理问题

3.4.2 基于PLM系统的研发项目管理平台

（1）业务流程

（2）组织方式

（3）数据模式

3.4.3 PLM系统体系结构模型的构建

（1）基础数据层

（2）管理规划层

（3）技术应用层

（4）用户服务层

3.4.4 PLM研发项目管理平台的实现

第4章 数字化车间与产线开发

4.1 数字化车间：智能制造的未来

4.1.1 数字化车间的建设路径

4.1.2 数字化车间的作用和构建策略

（1）数字化车间的作用

（2）数字化车间的构建策略

4.1.3 数字化车间的体系结构

4.1.4 数字化车间的规划实施

4.2 基于仿真技术的智能产线建设

4.2.1 智能产线规划的要点与难点

（1）智能产线规划的要点

（2）智能产线规划的难点

4.2.2 智能产线的调研与分析流程

（1）挖掘需求

（2）实地调研

（3）初步产线规划

（4）工艺设备研发

（5）详细产线规划

（6）产线仿真

（7）产线调试、交付

4.2.3 产线仿真对产线规划的作用

（1）传统产线设计规划方式的痛点

（2）数字化产线建模与仿真的重要性

（3）仿真布局使用流程

4.2.4 仿真技术的应用价值与应用场景

（1）产线仿真技术的应用价值

（2）产线仿真技术的应用场景

4.3 基于CPS的智能产线构建

4.3.1 基于CPS的生产线模型

4.3.2 单元级CPS的构建方法

（1）生产加工单元

（2）搬运单元

（3）供料单元

（4）仓储单元

（5）安全保障单元

4.3.3 系统级CPS的构建方法

（1）数据交互中间件

（2）虚拟产线

4.3.4 基于CPS的智能产线构建案例

（1）单元设备布局

（2）虚拟产线构建

（3）数据交互中间件搭建

第5章 智能物流构建与运营

5.1 物流信息平台的构建方法

5.1.1 物流信息平台构建的3个维度

（1）纵向集成

（2）横向集成

（3）端到端集成

5.1.2 物流信息平台构建的8个原则

（1）顶层设计原则

（2）重视业务原则

（3）作业场景优先原则

（4）推拉结合原则

（5）系统性原则

（6）创新原则

（7）迭代升级原则

（8）打通供应链原则

5.1.3 物流业务框架搭建与需求梳理

（1）物流业务框架搭建

（2）物流智能化信息需求梳理

5.1.4 物流信息平台构建的核心逻辑

（1）平台构建的层级

（2）技术实现的层级

（3）信息流和实物流的协同

5.2 物流信息平台的管理与运营

5.2.1 物流信息平台建设与规划

5.2.2 物流信息平台的关键要素

（1）采购业务端

（2）入厂物流端

（3）库存与仓储物流

（4）生产协同端

（5）容器管理

（6）成品交付端

5.2.3 物流信息平台的应用拓展

（1）向智能供应链拓展

（2）物流运营颗粒度更加细化

（3）物流数据驱动模式更加明显

5.3 智能物流运营管理的6大要点

5.3.1 要点1：打通物流计划

5.3.2 要点2：消除物流断点

（1）通过“硬链接”连接上下游节点

（2）基于物流计划协同舍弃部分环节

（3）借助智能物流形成自动连接

5.3.3 要点3：优化库存控制与管理

5.3.4 要点4：入厂物流智能化运营

5.3.5 要点5：厂内物流智能化运营

5.3.6 要点6：建立物流应急响应机制

第6章 数字孪生与智能工厂

6.1 基于数字孪生的智能车间建设方案

6.1.1 数字孪生车间的功能需求

（1）规划与施工阶段系统的功能需求

（2）运行与维护阶段系统的功能需求

（3）从人机交互角度看系统的功能需求

6.1.2 数字孪生车间的架构设计

（1）生产线设备虚实映射

（2）生产监控、预警及数据可视化

（3）智能化车间实现流程

6.1.3 数字孪生车间的关键技术

（1）车间场景数据建模技术

（2）制造实时数据监控技术

（3）大数据驱动状态预警技术

6.1.4 数字孪生车间运营管理平台

（1）物理空间

（2）虚拟空间

（3）数据域

（4）模型域

（5）能力域

（6）业务应用

6.2 基于数字孪生的智能生产系统

6.2.1 生产系统规划与设计

（1）生产布局规划

（2）工艺规划和生产过程仿真

（3）物流配送路线规划与优化

6.2.2 实时监控与能耗管控

（1）三维可视化实时监控

（2）能耗管控

6.2.3 生产调度与装配指导

（1）生产调度

（2）装配指导

6.2.4 设备管理与安全防护

（1）设备管理

（2）安全防护

6.3 数字孪生在炼铁生产线的应用

6.3.1 炼铁生产线数字孪生体的构建

（1）炼铁流程/设备数字孪生体需求分析

（2）炼铁流程/设备几何属性数字化复刻

（3）炼铁流程/设备运行机理多时空尺度建模

（4）炼铁流程/设备孪生模型测试验证

6.3.2 应用1：炼铁生产过程的协同优化

6.3.3 应用2：故障诊断与设备维护

6.3.4 应用3：自组织运行与优化

6.3.5 应用4：数字化学习工厂

第7章 工业互联网

7.1 工业互联网的关键技术与应用

7.1.1 5G通信技术与应用

（1）工业视觉

（2）AGV仓储物流

（3）AI视频监控

（4）云端机器人

7.1.2 边缘计算技术与应用

（1）故障诊断与缺陷检测

（2）工厂园区安防监控

（3）工业数据挖掘

（4）控制决策过程优化

（5）工业数据安全与隐私保护

7.1.3 工业智能技术与应用

（1）设备层

（2）边缘层

（3）平台层

（4）应用层

7.1.4 数字孪生技术与应用

（1）设备运行管理

（2）优化工业制造流程

（3）推动产业协同发展

（4）保障工业互联网安全

7.1.5 工业区块链技术与应用

（1）全生命周期管理

（2）资产运营管理

（3）产品质量追溯

（4）赋能供应链金融

（5）可信存证

7.2 工业互联网平台架构与核心技术

7.2.1 工业互联网平台定位、作用与组成

（1）工业互联网平台定位

（2）工业互联网平台作用

（3）工业互联网平台组成

7.2.2 工业边缘层的核心技术

（1）传感器技术

（2）协议转换技术

（3）能量获取技术

（4）边缘计算技术

7.2.3 工业IaaS层的核心技术

（1）海量数据分布存储技术

（2）海量数据管理技术

（3）虚拟化技术

（4）云计算平台管理技术

7.2.4 工业PaaS层的核心技术

（1）数据建模分析技术

（2）工业建模技术

（3）微服务架构技术

（4）动态调度技术

7.2.5 工业SaaS层的核心技术

（1）图形化编程技术

（2）多租户技术

（3）应用系统集成技术

7.3 面向数字孪生的工业互联网平台

7.3.1 基于工业互联网的数字孪生应用

（1）产品设计

（2）工艺优化

（3）虚拟工厂

（4）远程维护

7.3.2 工业互联网与数字孪生的融合

7.3.3 工业互联网平台的部署架构

（1）端侧架构分析

（2）边缘侧（边侧）架构分析

（3）云侧架构分析

7.3.4 面向数字孪生的工业互联网平台关键技术

（1）连接生命周期管理技术

（2）从数据采集到指标呈现的一体化计算技术

参考文献