工业革命是人类历史上最为伟大的进程，自 18 世纪至今的两百余年间，工业形式发生了翻天覆地的变化，影响并重塑了人们的生活方式、世界的经济与政治格局，甚至地球的生态环境。制造作为人类区别于其他生命的核心能力，在工业化的助力下实现了惊人的提升，大量的产品（包括耐用品与非耐用品）通过工业化的方式生产出来，人类社会积累了空前庞大且丰富的物质财富，进而驱动着人口激增，文化、艺术、科学技术等领域也得到了飞速发展。工厂作为工业化的主阵地，是承载工业制造的主体，人类生活中所用的方方面面的物品几乎都是通过工厂制造出来的，如衣服、食品、汽车、家电等。工厂通过组织相应的制造资源，如工业基础设施、机器设备、物料、人员等要素，以工业化的方式开展生产活动。随着工业革命的推进，工厂也经历了多个发展阶段（从第一次工业革命期间以水力、蒸汽动力为能源主体的纺织工厂、钢铁工厂，到20世纪以电力为主要能源主体的汽车工厂、化工厂，直至目前正在朝清洁能源为主体方向发展的各类数字化工厂）。工厂的资源构成方式、组织运行模式、动力来源都在发生改变，工厂作为一个;系统而言，效率越来越高，但同时其构成与运作方式却越来越复杂。早期的工厂规划设计往往由工厂管理者、机械师与建筑师配合即可完成，但随着系统的复杂度逐步提升，工厂规划设计开始专业化分工，形成了工业建筑设计、设施与布局规划等多专业协同设计的局面。在新的产业转型升级背景下，数字化、智能化、绿色化的元素引入，使得工厂的规划设计复杂度进一步提升，传统的专业分工已经无法满足未来工厂的规划设计与实施建设要求，迫切需要一套系统性的方法框架来组织、指导相关工作。此外，企业数智化转型与智能工厂的规划建设需要大量兼具专业技能与系统化素养的人才，高校与企业作为人才培养的两个主要阵地，需要构建一套融合产业实践与学科教育的人才培养体系，包括相应的课程体系、教学实训、企业实践等。工厂规划凭借其突出的系统性特征，非常适合承载有关智能制造系统性思维的培养。本书针对新工业变革趋势下企业高质量转型升级的重要性及当前存在的主要问题，围绕新工业变革中的智能工厂建设，系统性地阐述了企业数智化转型的战略方法以及智能工厂规划设计框架与体系方法。希望本书可以帮助高校师生以及对工业转型感兴趣的读者对制造企业数智化转型与智能工厂规划的相关主题有一个系统性的了解，同时根据自身的工作学习需求，能够从本书中获得相应的启发与参考指导。本书分为三个部分背景主题篇、战略方法篇与规划设计篇，共9章。背景主题篇包括第1章，主要介绍经济与技术视角下的工业革命的历程与驱动因素、新一轮产业革命的背景与驱动因素、全球主要经济体产业转型升级战略，最后介绍工厂以及工厂规划设计的发展历程及重要性。战略方法篇包括第2～3章。第2章主要介绍智能制造;卓越工厂的分析与启示，聚焦于制造业数智化转型升级经验的总结与分析；在此基础上，第3章主要提出并描述了企业数智化转型双擎驱动理念、蓝图、框架与路径，并对数智化转型的技术引擎与管理引擎进行了详细介绍。规划设计篇包括第4～9章。其中，第4章主要介绍常见的智能工厂规划设计方法以及本书所提出的LDGF4.0规划设计方法的理念与体系框架；第5章为LDGF4.0数智化转型评估阶段，主要介绍企业数智化转型评估模型及量化评估方法；第6章为LDGF4.0智能工厂转型目标确定阶段，主要介绍智能工厂转型主要目标及制约因素、智能工厂转型项目的评价指标体系；第7章为LDGF4.0智能工厂转型预规划阶段，主要包括项目调研与数据收集、关键数据校核以及产品与双流（价值流与能量流）分析；第8章为LDGF4.0智能工厂转型概念规划阶段，主要包括生产系统模式选择与分析、工时测定与产能规划、工厂布局与仓储物流规划、工厂生产质量管理规划、柔性智能化产线规划、规划方案仿真分析、数字化系统规划、规划方案评比分析；第9章为LDGF4.0智能工厂转型详细设计阶段，主要包括生产工艺详细设计、工厂布局与仓储物流详细设计、柔性智能产线详细设计、数字化系统详细设计、工厂布局与建筑协同详细设计、智能工厂数字化模型集成与数字化交付。本书由马靖、蒋增强、郝烨江、王强、鄂明成、李琦、王译晨等长期深耕企业数智化转型与智能工厂规划设计领域一线从业专家联合撰写。其中，第1章由郝烨江、马靖、蒋增强负责；第2～4章由马靖、郝烨江负责；第5章由蒋增强、鄂明成、李琦负责；第6章由马靖、蒋增强负责；第7章由蒋增强、李琦负责；第8～9章由马靖、王强、郝烨江、王译晨负责。值得说明的是，本书在编写过程中结合了各位作者在工程实践中的大量实施经验，并吸纳了行业内专家学者的研究成果。在此，向有关作者和专家表示感谢，并对未能注明出处资料的原作者表示歉意。感谢北京交通大学机械与电子控制工程学院在工业工程一流专业建设及教学改革方面的大力支持。感谢中车工业研究院有限公司、北京纵横机电科技有限公司、航天新长征大道科技有限公司、中国航空规划设计研究总院有限公司、中国航空综合技术研究所、长扬科技（北京）股份有限公司、无锡雪浪数制科技有限公司、大技狮（北京）科技有限公司等企业长期以来与本书作者在企业数智化转型领域的交流与项目合作，为本书整体体系框架的构建与实施方法的完善提供了丰富的实施经验与实践支撑。感谢无锡雪浪数制科技有限公司和长扬科技（北京）股份有限公司在开放自动化和网络安全部分所提供的帮助。感谢北京交通大学机械与电子控制工程学院智能制造与系统优化研究团队（CIMSO）的全体老师以及研究生尹若军、闫瑞锋、张家绮、田圆、宋昊、韩越、李帅、王学民、范朝阳、尚兴富、王禹、胡晋涛、郭洪荣、曹帅航、杨镇宇、王倩倩、王垚鑫、魏孜恒在资料搜集、内容梳理与书稿查校等方面的支持。本书配套课件和习题参考答案，读者可扫描书中二维码获取相关资源，辅助学习。智能工厂规划设计的知识体系庞大，由于编写时间仓促以及笔者水平有限，书中难免会出现一些不足之处，恳请读者批评指正。同时，本书侧重于实施框架与体系方法方面介绍，相关知识内容没有详细展开。需要特别指出的是，企业数智化转型是一个持续不断的过程，因此，笔者今后还需结合产业转型前沿与研究实践对本书内容进行更新，使其始终紧跟企业数智化转型发展趋势，始终贴近智能工厂规划设计的需求。

编著者2025年5月

在全球日益激烈的竞争环境下，新工业变革与制造业高质量发展已经成为国家制造业转型升级的重要议题与必要趋势。本书针对制造业转型升级的驱动因素、转型过程中所面临的主要问题进行了系统性的梳理分析，并围绕新工业变革中的智能工厂主题，从;卓越工厂分析与启示、数智化转型战略与方法、智能工厂规划设计框架与体系方法等方面进行了系统性介绍。本教材重点围绕企业数智化转型战略与方法，提出了一种包含企业数智化转型评估、目标确定、预规划、概念规划、详细设计等阶段在内的LDGF4.0体系框架，并对每个阶段的规划设计方法进行了介绍。基于上述内容，希望本书能够为企业数智化转型、智能工厂规划与建设提供更加系统性的实施架构与体系方法指导。本书可作为高等院校智能制造工程、工业工程、机械制造等装备大类专业的教学用书，亦可作为从事智能制造、智能工厂规划与建设等专业的工程技术人员、管理人员的参考用书。

无

背景主题篇第1章 绪论 0021.1 工业革命历程及驱动因素 0031.1.1 第一次工业革命 0041.1.2 第二次工业革命 0051.1.3 第三次工业革命 0071.2 新一轮产业革命概述 0091.2.1 新一轮产业革命的背景与驱动因素 0091.2.2 全球主要经济体产业转型升级战略 0111.3 工厂的重要性及发展历程 0181.3.1 工业革命前的工厂 0181.3.2 工业革命时期的工厂 0191.3.3 未来工厂的发展趋势 0251.4 工厂规划设计的重要性与发展历程 0261.4.1 工厂规划设计的重要性 0261.4.2 工厂规划设计的发展历程 0281.4.3 工厂规划设计的发展趋势 031课后习题 032参考文献 032

战略方法篇第2章 智能制造;卓越工厂分析与启示 0362.1 ;卓越工厂整体概述 0372.1.1 ;卓越工厂内涵 0372.1.2 ;卓越工厂建设现状 0372.2 ;卓越工厂典型实施目标与模式分析 0382.2.1 实施目标分析 0382.2.2 典型实施模式 0412.3 ;卓越工厂典型智能制造场景及用例分析 0442.3.1 生产制造环节场景分析 0442.3.2 端到端价值链环节场景分析 0462.3.3 工业和信息化部《智能制造典型场景参考指引》 0462.4 ;卓越工厂实施启示 050课后习题 050参考文献 051

第3章 企业数智化转型战略与方法 0523.1 企业数智化转型理念与方法 0533.1.1 智能制造参考模型 0533.1.2 企业数智化转型双擎驱动理念 0573.1.3 企业数智化转型双擎驱动架构蓝图 0573.1.4 企业数智化转型双擎驱动核心举措 0603.1.5 数智化转型关键实施路径 0633.2 企业数智化转型技术引擎 0693.2.1 先进制造技术模块 0703.2.2 新一代信息技术模块 0833.3 数智化转型管理引擎 0963.3.1 生产模式演变历程 0963.3.2 工业4.0环境下的典型生产系统模式 096课后习题 100参考文献 100

规划设计篇第4章 智能工厂规划设计方法概述 1044.1 主要规划设计方法介绍 1054.1.1 相关规划设计方法 1054.1.2 VDI 5200规划设计框架 1074.2 LDGF4.0规划设计方法 1094.2.1 LDGF4.0规划设计理念 1094.2.2 LDGF4.0规划设计框架 110课后习题 113参考文献 113

第5章 LDGF4.0企业数智化转型评估阶段 1145.1 智能制造能力成熟度评估的意义 1155.2 智能制造能力成熟度评估方法对比分析 1155.3 智能制造能力成熟度模型 1185.4 智能制造能力成熟度等级 1185.5 智能制造能力要素 1195.6 智能制造能力成熟度评估方法 120课后习题 122参考文献 123

第6章 LDGF4.0智能工厂转型目标确定阶段 1246.1 智能工厂转型主要目标及制约因素 1256.1.1 智能工厂转型主要目标 1256.1.2 智能工厂转型制约因素 1256.2 智能工厂转型评价指标体系设计 1266.2.1 评价指标体系概述 1266.2.2 质量指标体系 1286.2.3 成本指标体系 1296.2.4 交期指标体系 1306.2.5 安全指标体系 1316.2.6 绿色指标体系 1326.2.7 效率指标体系 133课后习题 136参考文献 136

第7章 LDGF4.0智能工厂转型预规划阶段 1377.1 现状调研与数据收集 1387.1.1 现状调研流程与方法 1387.1.2 数据收集的类型 1397.2 关键数据校核 1437.2.1 产品生产工时校验 1437.2.2 工厂生产能力核定 1447.3 产品与价值流分析 1467.3.1 产品产量分析 1467.3.2 产品工艺路线分析 1477.3.3 产品成组过程分析 1477.3.4 价值流与能量流分析 147课后习题 156参考文献 158

第8章 LDGF4.0智能工厂转型概念规划阶段 1598.1 生产系统模式选择与分析 1608.1.1 典型生产系统模式介绍 1608.1.2 生产系统制造策略选择 1638.1.3 影响生产系统模式选择的主要因素分析 1658.2 工时测定与产能规划 1678.2.1 典型产品选择与工时测定 1678.2.2 整体生产能力规划 1708.3 智能工厂布局与仓储物流规划 1748.3.1 工厂布局规划 1748.3.2 工厂仓储物流规划 1818.3.3 工厂布局与建筑协同模式规划 1918.4 智能工厂生产质量管理规划 1938.4.1 质量管理体系对比分析 1938.4.2 生产质量管控方法规划 1948.5 柔性智能化产线规划 2008.5.1 产线规划流程介绍 2008.5.2 产线规划需求分析 2018.5.3 产线整体架构规划 2028.5.4 影响产线规划主要因素分析 2038.5.5 产线规划输出 2048.6 规划方案仿真分析 2058.6.1 生产仿真软件对比分析 2058.6.2 仿真流程设计 2098.7 数字化系统规划 2118.7.1 业务流程规划 2118.7.2 数字化架构规划 2188.8 规划方案评比分析 227课后习题 231参考文献 233

第9章 LDGF4.0智能工厂转型详细设计阶段 2349.1 智能工厂生产工艺详细规划 2369.1.1 生产工艺规划流程 2369.1.2 生产工艺规划方法 2379.1.3 生产工艺规划原则 2409.2 智能工厂布局与仓储物流详细设计 2409.2.1 工厂布局详细设计 2409.2.2 工厂仓储物流详细设计 2539.2.3 工厂参观路线设计 2679.2.4 工厂建筑设计需求输出 2699.3 柔性智能生产线详细设计 2699.3.1 生产能力与节拍计算 2699.3.2 工作研究与人机工程 2719.3.3 工位需求分析与产线平衡 2779.3.4 产线布局选型与详细设计 2829.3.5 关键工序自动化详细设计 2909.3.6 线边物流详细设计 2979.3.7 产线质量管控详细设计 3039.3.8 产线控制系统详细设计 3039.4 智能工厂数字化系统详细设计 3139.4.1 数字化业务架构详细设计 3139.4.2 数字化功能详细设计 3159.4.3 智能工厂纵向集成详细设计 3199.4.4 智能工厂网络安全详细设计 3269.5 智能工厂布局与建筑详细协同设计 3279.5.1 协同规划详细设计标准 3279.5.2 工厂布局与建筑协同数据匹配 3279.5.3 布局与建筑初步协同设计 3289.5.4 布局与建筑详细协同设计 3289.6 智能工厂数字化模型集成与数字化交付 3309.6.1 智能工厂建模方法 3309.6.2 数字化交付 333课后习题 334参考文献 336

缩略语表 338