智能工廠設(shè)計(jì)仿真第1章智能工廠設(shè)計(jì)仿真概述第2章智能工廠知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建第3章智能工廠3D組態(tài)建模與離散事件系統(tǒng)仿真第4章智能工廠任務(wù)的調(diào)度與優(yōu)化技術(shù)第5章智能工廠的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)第6章智能工廠的同步運(yùn)行技術(shù)第1章智能工廠設(shè)計(jì)仿真概述1.1智能工廠發(fā)展綜述1.1智能工廠發(fā)展綜述1.1.1智能工廠的發(fā)展背景1.1.2智能工廠的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.1.3智能工廠的發(fā)展趨勢(shì)1.2智能工廠設(shè)計(jì)仿真技術(shù)介紹1.2.1智能工廠設(shè)計(jì)仿真技術(shù)的重要意義1.2.2智能工廠設(shè)計(jì)仿真技術(shù)的關(guān)鍵因素成熟的智能工廠設(shè)計(jì)仿真技術(shù)主要涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵因素：1.設(shè)施布局規(guī)劃和運(yùn)行優(yōu)化2.車間調(diào)度3.生產(chǎn)線設(shè)計(jì)與抗擾動(dòng)評(píng)估4.生產(chǎn)計(jì)劃與排產(chǎn)驗(yàn)證的優(yōu)化技術(shù)5.智能工廠數(shù)字孿生數(shù)據(jù)互通互聯(lián)和同步運(yùn)行技術(shù)6.智能工廠數(shù)字孿生的虛擬驗(yàn)證和閉環(huán)反饋技術(shù)1.2智能工廠設(shè)計(jì)仿真技術(shù)介紹7.三維布局可視化仿真與數(shù)字孿生實(shí)時(shí)監(jiān)控1.3國(guó)內(nèi)外的智能工廠設(shè)計(jì)仿真軟件介紹1.3國(guó)內(nèi)外的智能工廠設(shè)計(jì)仿真軟件介紹1.3.1西門子的智能工廠設(shè)計(jì)仿真軟件1.3.2達(dá)索的智能工廠設(shè)計(jì)仿真軟件1.3.3FlexSim的智能工廠設(shè)計(jì)仿真軟件1.3.4國(guó)內(nèi)的智能工廠設(shè)計(jì)仿真軟件第2章智能工廠知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建2.1智能工廠知識(shí)庫(kù)概述2.2語(yǔ)義建模與知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)2.2.1語(yǔ)義建模的基本概念2.2.2本體建模的基本概念及相關(guān)理論（1）本體定義本體論（Ontology）原本是一個(gè)哲學(xué)概念，源自哲學(xué)之中稱力“形而上學(xué)”的分支，研究的是“什么是存在的本質(zhì)？”這一哲學(xué)問(wèn)題，即最能準(zhǔn)確描述該事物的特征是什么，該事物與其他事物的最本質(zhì)區(qū)別是什么。（2）本體建模語(yǔ)言本體建模語(yǔ)言是指用來(lái)描述和表達(dá)本體內(nèi)涵信息的一系列建模語(yǔ)言的統(tǒng)稱。（3）本體構(gòu)建方法本體對(duì)于某一個(gè)領(lǐng)域或項(xiàng)目的重要性不言而喻，因此需要遵循一定的方法來(lái)構(gòu)建。2.2語(yǔ)義建模與知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)2.2語(yǔ)義建模與知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)①確定本體的專業(yè)領(lǐng)域和范疇。②考查復(fù)用現(xiàn)有本體的可能性。③列出本體中的重要術(shù)語(yǔ)。④利用自頂向下法、自底向上法、綜合法等方法定義并完善類和類的等級(jí)體系。⑤定義類的屬性。⑥定義屬性的分面。⑦創(chuàng)建實(shí)例。2.2.3知識(shí)建模與知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（1）知識(shí)建模知識(shí)建模（KnowledgeModeling）與知識(shí)表示（KnowledgeRepresentation）是對(duì)知識(shí)進(jìn)行管理和應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。（2）知識(shí)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)即“知識(shí)的倉(cāng)庫(kù)”，是在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是人工智能技術(shù)中知識(shí)模型與數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)合。2.2語(yǔ)義建模與知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)①有利于知識(shí)的有序化組織。②有利于知識(shí)的交流和共享。③有利于增強(qiáng)溝通與協(xié)作。④有利于實(shí)現(xiàn)隱性知識(shí)的管理。2.3智能工廠知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建體系與標(biāo)準(zhǔn)2.3智能工廠知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建體系與標(biāo)準(zhǔn)2.3.1基礎(chǔ)共性標(biāo)準(zhǔn)①術(shù)語(yǔ)和定義標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范領(lǐng)域內(nèi)專業(yè)術(shù)語(yǔ)、定義及相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為知識(shí)本體構(gòu)建打下基礎(chǔ)。②參考框架標(biāo)準(zhǔn)，作構(gòu)建知識(shí)模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)的參考。③管理標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)知識(shí)模型在構(gòu)建、應(yīng)用、維護(hù)等方面的規(guī)范化和有效管理。④數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，用于限定知識(shí)庫(kù)的輸入和輸出數(shù)據(jù)的類型和標(biāo)注等。⑤測(cè)試評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，用于確定對(duì)構(gòu)建的知識(shí)模型進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估、性能測(cè)試等方面的標(biāo)準(zhǔn)，為知識(shí)模型的優(yōu)化升級(jí)指明方向。2.3智能工廠知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建體系與標(biāo)準(zhǔn)2.3.2數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)2.3智能工廠知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建體系與標(biāo)準(zhǔn)2.3.3關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.3.4應(yīng)用與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)2.3智能工廠知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建體系與標(biāo)準(zhǔn)2.3智能工廠知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建體系與標(biāo)準(zhǔn)2.3.5運(yùn)維與安全標(biāo)準(zhǔn)2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建2.4.1資源需求分析（1）人員從管理學(xué)的角度看，人員是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。（2）機(jī)器設(shè)備機(jī)器設(shè)備是工廠進(jìn)行生產(chǎn)的最基本要素，所有的生產(chǎn)計(jì)劃、工藝方法最終都要通過(guò)機(jī)器設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。（3）物料物料一般是指生產(chǎn)所需的原料、輔料、半成品、零部件以及成品等。（4）工藝方法工藝方法一般是指設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中涉及的知識(shí)、方法、原理、工業(yè)機(jī)理、各類標(biāo)準(zhǔn)等，是知識(shí)庫(kù)的重要組成部分。2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建（5）工作環(huán)境工作環(huán)境會(huì)直接或間接影響到人員和機(jī)器設(shè)備，甚至?xí)绊懝に嚪椒ǖ膱?zhí)行，進(jìn)而影響到產(chǎn)品質(zhì)量。2.4.2信息需求分析（1）物料流物料流是指企業(yè)保證生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行，以物料中心進(jìn)行的實(shí)物物流活動(dòng)，包括供應(yīng)商到工廠之間的物料流和工廠內(nèi)部的物料流兩個(gè)方面。1）設(shè)計(jì)物料清單（EBOM）和制造物料清單（MBOM）。＞基礎(chǔ)信息，例如原材料編號(hào)、原材料名稱、單件產(chǎn)品用量、適用產(chǎn)品型號(hào)等。＞包裝信息，例如包裝形式、包裝容量、包裝的長(zhǎng)寬高及重量、輸送形式等。＞存儲(chǔ)信息，例如堆垛方式、堆垛層數(shù)、存儲(chǔ)周期等。2）物流標(biāo)準(zhǔn)操作工時(shí)指導(dǎo)數(shù)據(jù)。3）人員及輸送設(shè)備的工作負(fù)荷指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)。4）物流操作流程。2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建5）信息流流程及能量流流程。6）相關(guān)的物流規(guī)劃方案。7）車間的生產(chǎn)計(jì)劃和工藝流程。（2）信息流物料流是物理空間中的主要仿真對(duì)象，而伴隨著物料流動(dòng)進(jìn)行的生產(chǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)和信息，從而會(huì)產(chǎn)生虛擬世界中的信息流動(dòng)。1）基礎(chǔ)支持，主要包括各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、三維模型庫(kù)等，是信息流動(dòng)的載體和指引。2）信息建模，是指根據(jù)信息的收集和流動(dòng)需求的規(guī)模和形式，把信息構(gòu)建成信息點(diǎn)、2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建信息鏈、信息塊、信息區(qū)、信息網(wǎng)和信息包的建模過(guò)程。3）信息處理，是指在基礎(chǔ)設(shè)施的支持下對(duì)信息進(jìn)行感知、清洗、分析、決策、執(zhí)行、反饋、優(yōu)化、預(yù)測(cè)等的過(guò)程。4）三維場(chǎng)景，是指將信息處理的過(guò)程從仿真運(yùn)行時(shí)間和空間內(nèi)三維模型兩個(gè)維度上進(jìn)行呈現(xiàn)，使設(shè)計(jì)仿真人員可以直觀地看到仿真分析過(guò)程，從而判斷是否存在物料堆積、物流路徑交叉、設(shè)備開(kāi)動(dòng)率低、工作量分配不合理等階段性問(wèn)題，進(jìn)而指導(dǎo)優(yōu)化改進(jìn)。5）信息展示，是指將信息處理的結(jié)果以恰當(dāng)?shù)男问竭M(jìn)行可視化展示，從而使人員可以直觀、迅速地了解工廠的生產(chǎn)狀態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)整結(jié)果，從而對(duì)未來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。（3）能量流能量流也是智能工廠生產(chǎn)過(guò)程的重要組成部分。2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建2.4.3智能工廠關(guān)鍵要素的本體構(gòu)建2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建2.4智能工廠關(guān)鍵要素的分類方法與本體構(gòu)建2.5智能工廠知識(shí)庫(kù)案例（1）語(yǔ)義建模支持類、對(duì)象屬性、數(shù)據(jù)屬性和個(gè)體的編輯，同時(shí)支持查詢和語(yǔ)義模型的可視化。（2）組件導(dǎo)入導(dǎo)出支持語(yǔ)義模型與幾何模型組成組件的導(dǎo)人導(dǎo)出。（3）組件行屬性編輯通過(guò)人機(jī)交互方式對(duì)組件的行屬性進(jìn)行編輯。（4）組件仿真動(dòng)作編輯通過(guò)定義工步、感應(yīng)器等仿真動(dòng)作所需的配置條件，為生產(chǎn)線仿真提供基礎(chǔ)。2.5智能工廠知識(shí)庫(kù)案例2.5智能工廠知識(shí)庫(kù)案例2.5.1本體模型構(gòu)建2.5智能工廠知識(shí)庫(kù)案例（1）人員在對(duì)人員建模時(shí)，不同人員個(gè)體對(duì)應(yīng)的三維模型相同，區(qū)別在于模型內(nèi)包含的信息不同。＞屬性信息：工號(hào)、姓名、性別、年齡、入職時(shí)間、權(quán)限、學(xué)歷學(xué)位等資質(zhì)信息、掌握的技能、所屬部門、職稱、已完成工作記錄、已取得成果、性格特點(diǎn)描述等表明人員自身固有屬性的信息。＞狀態(tài)信息：上班時(shí)間、下班時(shí)間、當(dāng)前班次、當(dāng)前崗位、當(dāng)前執(zhí)行的工作任務(wù)、歷史工作記錄等表明人員當(dāng)前狀態(tài)的信息。（2）機(jī)器設(shè)備智能工廠中的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備多種多樣，以汽車總裝車間為例，機(jī)器設(shè)備總體包括：生產(chǎn)設(shè)備，例如助力機(jī)械手、銘牌打標(biāo)機(jī)、油液加注機(jī)等；輸送設(shè)備，例如輥床、升降機(jī)、AGV等；檢測(cè)設(shè)備，例如四輪定位儀、前照燈檢測(cè)臺(tái)等；各類輔助設(shè)備，例如物流托盤、貨架、手持可移動(dòng)工具等。＞屬性信息：編號(hào)、型號(hào)、配置、功能、使用說(shuō)明、所處工位、加工能力、適用人員資質(zhì)、適用物料、適用環(huán)境、維護(hù)周期、報(bào)廢時(shí)間、負(fù)責(zé)人等能夠表明機(jī)器設(shè)備固有屬性的信息。＞狀態(tài)信息：服役時(shí)間、開(kāi)動(dòng)時(shí)間、當(dāng)前位置、當(dāng)前執(zhí)行的工作任務(wù)、運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計(jì)劃、2.5智能工廠知識(shí)庫(kù)案例維修記錄等能夠表明機(jī)器設(shè)備狀態(tài)的信息。2.5智能工廠知識(shí)庫(kù)案例（3）物料物料信息的采集主要包括物料的屬性信息和狀態(tài)信息。＞屬性信息：物料類別、批次、型號(hào)、編號(hào)、適用的生產(chǎn)任務(wù)、出廠日期、保質(zhì)期、功能、使用說(shuō)明、適用的機(jī)器設(shè)備、適用環(huán)境、入庫(kù)時(shí)間、存放位置、材料、規(guī)格、單件重量等能夠表明物料自身屬性的信息。＞狀態(tài)信息：物料使用計(jì)劃、使用人員、所使用的機(jī)器設(shè)備、使用環(huán)境、實(shí)時(shí)位置、數(shù)量、當(dāng)前狀態(tài)、計(jì)劃安排、歷史加工記錄等能夠表明物料的計(jì)劃、狀態(tài)等的信息。（4）工藝方法工藝方法的建模根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品種類、生產(chǎn)計(jì)劃、所選設(shè)備等的不同而不同。＞屬性信息：編號(hào)、名稱、摘要、主要內(nèi)容、適用的機(jī)器設(shè)備、適用的物料、適用的環(huán)境、對(duì)應(yīng)的工作任務(wù)編號(hào)、編輯人員編號(hào)等能夠表明工藝方法基本屬性的信息。＞狀態(tài)信息：創(chuàng)建時(shí)間、修改時(shí)間、廢除時(shí)間、操作人員、操作原因、歷史操作信息等能夠表明工藝方法的變動(dòng)、狀態(tài)等的信息。（5）工作環(huán)境以汽車的總裝生產(chǎn)為例，生產(chǎn)環(huán)境分粉塵、溫度、濕度、噪聲、振動(dòng)、氣壓、清潔2.5智能工廠知識(shí)庫(kù)案例情況、光照等，主要包含所測(cè)環(huán)境的現(xiàn)狀和歷史狀況，需要收集環(huán)境的屬性信息和狀態(tài)信息。＞屬性信息：測(cè)量位置、數(shù)據(jù)類型、測(cè)量方式、負(fù)責(zé)人等能夠表明工作環(huán)境的采集方式、位置、名稱等的屬性數(shù)據(jù)。＞狀態(tài)信息：測(cè)量時(shí)間、測(cè)量數(shù)值、歷史測(cè)量數(shù)據(jù)等能夠表明工作環(huán)境的采集狀態(tài)、當(dāng)前狀態(tài)等的狀態(tài)數(shù)據(jù)。（6）4MIE的集成與可視化4MIE的各類模型及