在计算机技术日新月异飞速发展下，计算机集成制造、并行工程、虚拟制 造、敏捷制造、协同网络制造、数字化制造等新技术、新思想、新模式、新哲 理应运而生。制造企业面临诸多挑战，随着产品日益复杂性，装配设计规划与 复杂制造系统优化日益困难，传统的产品设计和制造方法已经很难满足企业当 前生存和发展的需要。建模与仿真技术的飞速发展，给复杂系统的设计与分析 带来的巨大帮助，是解决制造领域规划与优化问题的一种有效的途径。企业为 了能在激烈的市场竞争中处于有利位置，实现产品设计与制造的数字化势在必 行。 本文以中德政府合作项目为背景，研究了数字化工厂相关理论与技术、数 字化制造系统建模与仿真理论、数字规划验证理论与技术；应用智能理论与数 字化仿真技术相结合的方法，研究解决数字装配工艺规划中的装配序列规划与 优化问题，解决制造系统中的装配生产线平衡规划与优化问题；建立了数字化 预装配体系和面向生产工程的数字化工厂规划与优化的集成体系。主要的研究 内容如下。 首先对数字化制造与数字化工厂系统的理论、概念、关键技术做了阐述。 数字化制造是实际制造过程在计算机上的实现，即采用计算机仿真和虚拟现实 技术，对产品设计、工艺规划、加工制造等进行统一建模。数字化工厂是数字 制造系统中关键环节之一，是在计算机虚拟环境中，对整个生产制造过程进行 规划、仿真、评估和优化的新型生产组织方式，它是在数字空间中将生产制造 过程压缩和提前，使生产制造过程在数字空间中得以验证。虚拟制造是数字化 工厂的基础，数字化工厂是虚拟制造发展的必然结果，是对虚拟制造在更高层 次上的深化和统一。 基于并行工程的数字规划验证是实现数字化制造的关键技术。本文在分析 了产品可制造性和可装配性的基础上，研究数字规划验证的步骤方法和关键技 术，提出了数字规划与验证体系总体框架，分析数字化工艺与生产系统规划优 化的工作流程。数字规划与验证方法在产品的设计阶段就可以开始进行生产线 的设计规划，对装配过程进行优化仿真和工艺验证，有助于达到虚拟制造系统 全局优化的目的。 数字化制造系统的建模和仿真是数字规划验证的关键支撑技术。本文研究 了数字化制造系统建模的层次结构，建立了面向生产工程的数字化制造建模、 规划与优化评价的体系；分析制造系统面向对象的仿真建模框架和实现方法， 应用面向对象仿真建模方法建立生产系统模型，利用仿真技术对生产系统的运 行的性能进行分析与评价，因此，可以在生产计划的早期，优化生产过程、提 高生产效率。 数字工艺规划与数字生产规划是数字制造规划验证体系中的核心内容。 DFA结合数字化预装配技术是实现数字装配工艺规划与优化验证的有效方法，本 文提出数字化预装配系统的体系结构，阐述了系统运行的工作流程，在并行设 计模式下，展开产品装配建模、装配工艺规划和装配过程仿真，为数字化制造 系统中工艺规划与优化的实现提供合理的运作模式。在数字化产品的装配建模 基础上，建立了基于装配关系结的装配联系图模型和基于共享零件的规划结构 层次树模型，采用虚拟现实技术和智能规划方法相结合的方法，基于蚁群优化 算法，进行装配序列的自动规划与优化，得到优化的产品装配序列方案，并通 过虚拟装配过程仿真进行装配路径的有效性检验和装配干涉检验，验证产品的 可装配性和验证装配工艺规划。 装配工艺规划是装配生产系统规划的基础，装配系统规划是工艺规划的实 现，两者是动态集成的完整体系。数字化工厂系统是基于模型和仿真的系统， 以面向对象的仿真建模为支撑，以优化评价为目标，是实现数字生产规划与优 化的关键技术。本文建立了数字化工厂规划与仿真的集成体系，建立装配生产 线规划系统框架，以产品零部件装配顺序为输入，以装配生产线平衡为目标， 建立了装配生产线平衡规划的数学模型，基于可行作业序列的遗传算法求解装 配生产线平衡工位规划问题获得作业平衡静态优化解。同时，建立生产线的动 态仿真模型，进行动态仿真分析验证，获得优化的装配生产线设计规划方案。 最后将研究成果和技术应用到数字化汽车总装规划课题项目中，并开发出数字 化工厂原型系统。 关键词：数字化制造，数字化工厂，数字规划验证，规划与仿真，面向装配的设计DFA，数字化预装配，装配序列规划，生产线平衡规划，蚁群算法，遗传算法