数字化工厂以其特有的可视性、安全预警性及设计表达的完整性等特点,被越来越多的学者研究,并应用于工厂设计实践。目前,国内外数字化工厂技术普遍以离散制造业为对象,以工作流的建模和仿真为方法,研究产能与关键参数之间的关系,而对完成工作流的工厂本身建模研究甚少。对耦合度极高的大型工厂,工作流仿真考虑空间约束、模型几何约束以及工厂配置模式,仿真的原始数据来源于工厂和车间模型,因此,工厂设备及建筑的建模技术成为研究数字化工厂在大型工厂设计中首要解决的问题。现在,发达国家已逐步深入大型工厂设计中的底层模型开发,而国内这方面研究几乎处于空白。因此我们有必要深入研究数字化工厂,特别是工厂底层模型开发及其管理技术,使其能有效的应用于大型工厂设计。本文基于三维实体模型的计算几何学表达,研究了CAD 建模技术:参数化设计技术和变量化设计技术,及这两种建模技术的约束求解方式,提出了基于参数驱动的工厂配置约束方法和配置管理技术。结合虚拟装配、并行工程等方法,研究了数字化工厂建模方法与应用,提出了数字化工厂系统的层次结构。研究工厂模型中各种设备、工业建筑的CSG 建模历程,在支持协同设计的主模型数据管理框架下形成底层工程模型数据库;基于产品数据管理思想,应用工厂配置约束方法和配置管理技术,构建应用配置库。在整个工厂模型完成建模之后,应用工厂配置管理技术,实现工厂模型仿真和二维工艺布置图的快速定制,提供不同设计部门要求的不同二维视图。最后,通过对数字化工厂技术的研究,我们利用I-DEAS 开发平台,为中冶重庆钢铁设计研究院研制出一套适合钢铁厂原料处理系统设计的专用工厂三维CAD 软件,并成功用于设计实践。文中以水城钢铁厂原料处理系统设计为实例,对数字化工厂做了详细分析和说明。经过一年多的研究和测试,基于数字化工厂技术开发的这套专用工厂CAD系统已能实现钢铁厂原料场处理系统三维设计。应用表明该系统能大大缩短设计时间、减少重复劳动、提高设计效率,最终增强其国际国内市场竞争优势。