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采用数字工厂技术改进工厂建设模式，可有效破解传统工厂建设模式中的技术难题。这些难题往往在建设过程中甚至在试制生产过程中才被发现并进行修正和调整，从而带来高风险、高成本。在规划设计和技术改造设计阶段，场地利用是否最大化、设备配置是否合理、各工位和生产线人员配置是否合理、物流设施和物流路径调配是否合理、生产节拍是否均衡、生产班次安排是否合理、多生产模式的有效性推演/工厂预设产能是否能够有效达成、空间域和时间域的系统干涉校验等复杂系统问题都可以通过建立虚拟工厂，并通过生产系统仿真来进行计算分析和模拟运行。以优化目标为导向，通过资源调整和虚拟仿真优化，输出理想的工厂建设和实施方案。利用数字工厂技术输出的方案进行工厂建设和实施，可以从源头消除很多潜在的问题，大大降低工厂建设过程中的修正调整成本，有效保障建设工期和建设质量。利用数字工厂技术实现工厂规划建设的建设模式如图3-24所示。
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图3-24 数字工厂建设模式示意
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相对于传统的工厂建设模式，数字工厂建设模式因为有虚拟工厂尤其是3D可视化虚拟工厂这个载体，充分考虑产品类型和产品工艺、生产计划和产量要求、生产制造资源的可用性和有效性，可以有效地实现规划设计的全员性参与，并可以全方位、多维度地进行评估分析，通过各种可能的制造模式进行能力测算和组织模式推演及优化。数字工厂建设模式已经得到越来越多工业企业的认可。德国的大众汽车、中国的三一集团等都已经将数字工厂纳入到企业的工厂规划建设企业标准中。
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3.虚实结合的数字工厂技术
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虚拟工厂技术包括生产要素单元3D可视化建模技术、建筑信息模型BIM技术、生产物流仿真技术、生产制造资源系统仿真技术、虚拟现实及虚拟漫游技术、虚拟制造与装配技术、虚拟监控技术等。虚拟工厂技术广泛应用于系统对象干涉校验、制造资源评估、生产过程可视化、生产计划仿真、3D作业指导、数字沙盘与虚拟漫游、工厂3D可视化虚拟监控、制造模式推演等应用领域。
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数字工厂技术中的物理工厂技术除了传统的CAD/PLM/ERP/自动化等相关技术以外，还包括设备物联组网和数据采集技术、产品制造工艺数据协同管理技术、制造执行和生产管理技术、智能控制技术、立体仓储技术、设备维护维修管理技术、机器人等。物理工厂技术主要应用于实际工厂运营中的精祥设计、精准控制、精密加工、精准物流、精确维保、精益生产和精细管理。
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数字工厂的规划建设、投产运营及优化改进是企业两化融合不断深入的过程。在这个过程中，虚拟工厂与物理工厂不断迭代，支持企业生产制造资源系统优化和管理提升中各环节的PDCA循环得到闭环改进和提升。不管是规划建设开始阶段还是投产运营过程中的技术改造，优化项目都会预设项目建设目标和阶段计划，明确定义资源要素的类型、数量和优先级，然后通过虚拟工厂技术对设计方案进行仿真、分析、验证，并在模拟分析的基础上进行优化和完善。在模拟分析的基础上，项目建设单位针对设计优化方案进行有效实施和建设落实。在工厂运营中实现设计制造协同，保障数据源统一和快速无误传递。对设备进行适度、有效的维护管理可保障生产系统的安全可靠运行。同时，有效的设备互联和底层通信实现可以保证控制指令准确无误地下达。物理工厂技术旨在提供支持智能制造的生产管理系统，以实现优化业务模式的完美固化。虚实结合的数字工厂推进模式如图3-25所示。
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图3-25 虚实结合的数字工厂推进示意
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作为一个由大量生产制造资源组成的复杂系统，数字工厂的优化和固化都是动态过程中的相对平衡，所以系统的优化和改进也是一个持续过程。虚实结合的数字工厂解决方案充分利用了虚拟工厂技术和物理工厂技术的特点，以尽量低的成本、最适当的技术方案和最小的风险，获取最大的可靠性保障和尽量大的收益。以三一集团某事业部为例，通过规划建设阶段几个月的数字工厂实施应用，修正厂房结构规划漏洞十余处，调整了工位布局30多处，厂房面积利用率提高近10个百分点，有效节约设备投资2800万，效果卓著。
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智慧工厂：中国制造业探索实践 第4章 中国智慧工厂1.0的理论
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后金融危机以来，国际政治经济秩序持续发生着广泛而深刻的变化。美国和欧洲正在经历艰难的复苏过程，而中国则较好处理了各方面矛盾，继续保持着相对健康的强劲发展势头，成为全球可持续发展的引擎。近年来，以互联网、大数据、云计算为代表的ICT技术加速向实体经济渗透，欧美重新认识先进制造业的价值并推出系列举措，并于2013年初先后提出了工业4.0、工业互联网等新产业革命概念，旨在在新一轮全球竞争中继续掌控主导权。中国制造业面临巨大挑战的同时也面临巨大机遇，数年前提出了国家创新战略，并连续密集发布了一系列发展高端智能装备和先进制造业的政策文件，对国家层面的科技创新和知识产权战略进行了部署。进入2015年，随着“中国制造2025”和“互联网+行动计划”的出台，以两化融合为抓手，以智能制造为切入点，通过三步走战略，逐步实现制造大国向制造强国的转变，清晰反映了中国的国家战略，成为中国梦最直接的体现之一。
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在这场“智”造强国的伟大实践中，成立于2011年11月的创新型行业组织“中国科技自动化联盟”（以下简称“联盟”）在2012年6月颇具战略性和前瞻性地首次提出了以中国制造业转型升级初级阶段为目标的“中国智慧工厂1.0”理念，这与德国工业4.0理念一脉相承，同时更具有中国特色。几年来，联盟围绕智慧工厂1.0不仅开展了富有成效的理论探索，更注重结合电子制造、半导体、食品饮料、数字液压、汽车、包装、装备制造等垂直行业的落地实践，形成了一批成果，更积累了宝贵的经验。
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智慧工厂：中国制造业探索实践 [:1704011793]
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智慧工厂：中国制造业探索实践 4.1 理论起源与形成