當(dāng)今制造業(yè)正朝著精密化耍烙、自動(dòng)化擅羞、柔性化雇盖、集成化厘灼、信息化和智能化的方向發(fā)展夹纫，隨著這個(gè)趨勢(shì)，誕生了許多先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)制造模式设凹。

　　虛擬制造就是根據(jù)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求舰讹，在強(qiáng)調(diào)柔性和快速的前提下，美國(guó)80年代提出的闪朱，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展螟衍，在90年代得到人們的重視，并獲得迅速的發(fā)展冕泡。

　　1佩捎、虛擬制造VM

　　虛擬制造（VM：Virtual Manufacturing）是對(duì)真實(shí)產(chǎn)品制造的動(dòng)態(tài)模擬，是一種在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行而不消耗物理資源的模擬制造軟件技術(shù)刑评。它具有建模和仿真環(huán)境哑辐，使產(chǎn)品從生產(chǎn)過(guò)程、工藝計(jì)劃且恼、調(diào)度計(jì)劃妹髓、后勤供應(yīng)以及財(cái)會(huì)、采購(gòu)和管理等一種集成的捉寻、綜合的制造環(huán)境姜筋，在真實(shí)產(chǎn)品的制造活動(dòng)之前，就能預(yù)測(cè)產(chǎn)品的功能以及制造系統(tǒng)狀態(tài)硼洁，從而可以作出前瞻性的決策和優(yōu)化實(shí)施方案伯板。

　　為了更細(xì)致地了解VM的含義，美國(guó)在一次專業(yè)會(huì)議上對(duì)3種類型的VM作如下解釋［1］：①以設(shè)計(jì)為中心的VM欢策，這類VM是將制造信息加入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)中澜术，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字化制造，仿真多種制造方案，評(píng)估各種生產(chǎn)情景鸟废，通過(guò)仿真制造來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)猜敢，以便作出正確決策。②以生產(chǎn)為中心的VM盒延，這類VM是將仿真能力加到生產(chǎn)計(jì)劃模型中缩擂，以便快捷化評(píng)價(jià)生產(chǎn)計(jì)劃，檢驗(yàn)工藝流程添寺、資源需求狀況以及生產(chǎn)效率胯盯，從而優(yōu)化制造環(huán)境和生產(chǎn)供應(yīng)計(jì)劃。③以控制為中心的VM计露，這類VM是將仿真能力加到控制模型中博脑，提供對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的仿真環(huán)境，即將機(jī)器控制模型用于仿真票罐，其目標(biāo)是實(shí)際生產(chǎn)中的過(guò)程優(yōu)化叉趣，改進(jìn)制造系統(tǒng)。

　　虛擬制造是一種新的制造技術(shù)颖喧，它以信息技術(shù)洒漱、仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支持。虛擬制造技術(shù)涉及面很廣铅坚，諸如環(huán)境構(gòu)成技術(shù)赃夷、過(guò)程特征抽取、元模型兰斑、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)笤卡、制造特征數(shù)據(jù)集成、多學(xué)科交駐功能修暑、決策支持工具荔闭、接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)棋蒂、建模與仿真技術(shù)等。其中后3項(xiàng)是虛擬制造的核心技術(shù)婚乌。

　　1.1　建模技術(shù)

　　虛擬制造系統(tǒng)VMS（Virtual Manufacturing System)是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)RMS（Real Manufacturing System)在虛擬環(huán)境下的映射拗疯，是RMS的模型化、形式化和計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示中姜。VMS的建模應(yīng)包括：生產(chǎn)模型消玄、產(chǎn)品模型和工藝模型的信息體系結(jié)構(gòu)。

　《摺（1）生產(chǎn)模型　可歸納為靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩個(gè)方面翩瓜。靜態(tài)描述是指系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性的描述。動(dòng)態(tài)描述是指在已知系統(tǒng)狀態(tài)和需求特性的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程。

　⊥玫（2）產(chǎn)品模型　是制造過(guò)程中勘高，各類實(shí)體對(duì)象模型的集合。目前產(chǎn)品模型描述的信息有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)明細(xì)表坟桅、產(chǎn)品形狀特征等靜態(tài)信息华望。而對(duì)VMS來(lái)說(shuō)，要使產(chǎn)品實(shí)施過(guò)程中的全部活動(dòng)集成仅乓，就必須具有完備的產(chǎn)品模型赖舟，所以虛擬制造下的產(chǎn)品模型不再是單一的靜態(tài)特征模型，它能通過(guò)映射夸楣、抽象等方法提取產(chǎn)品實(shí)施中各活動(dòng)所需的模型宾抓。

　　（3）工藝模型　將工藝參數(shù)與影響制造功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬性聯(lián)系起來(lái)忱确。以反應(yīng)生產(chǎn)模型與產(chǎn)品模型之間的交互作用屏商。工藝模型必須具備以下功能：計(jì)算機(jī)工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表丙藤、制造規(guī)劃缓墅、統(tǒng)計(jì)模型以及物理和數(shù)學(xué)模型。

　　1.2　仿真技術(shù)

　　仿真就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)抽象和簡(jiǎn)化形成系統(tǒng)模型窘螃，然后在分析的基礎(chǔ)上運(yùn)行此模型挑单，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計(jì)性能。由于仿真是以系統(tǒng)模型為對(duì)象的研究方法册向，而不干擾實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)唾莲，同時(shí)仿真可以利用計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算能力，用很短時(shí)間模擬實(shí)際生產(chǎn)中需要很長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)周期瘸卦，因此可以縮短決策時(shí)間瘩此，避免資金、人力和時(shí)間的浪費(fèi)柳锣。計(jì)算機(jī)還可以重復(fù)仿真愧理，優(yōu)化實(shí)施方案。

　　仿真的基本步驟為：研究系統(tǒng)→收集數(shù)據(jù)→建立系統(tǒng)模型→確定仿真算法→建立仿真模型→運(yùn)行仿真模型→輸出結(jié)果并分析折柠。

　　產(chǎn)品制造過(guò)程仿真宾娜，可歸納為制造系統(tǒng)仿真和加工過(guò)程仿真。虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品開發(fā)涉及到產(chǎn)品建模仿真扇售、設(shè)計(jì)過(guò)程規(guī)劃仿真前塔、設(shè)計(jì)思維過(guò)程和設(shè)計(jì)交互行為仿真等，以便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)承冰，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程早期反饋华弓，減少或避免產(chǎn)品設(shè)計(jì)錯(cuò)誤食零。加工過(guò)程仿真，包括切削過(guò)程仿真寂屏、裝配過(guò)程仿真贰谣，檢驗(yàn)過(guò)程仿真以及焊接、壓力加工凑保、鑄造仿真等冈爹。目前上述兩類仿真過(guò)程是獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的，尚不能集成欧引，而VM中應(yīng)建立面向制造全過(guò)程的統(tǒng)一仿真枪蜕。

　　1.3　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VRT（Virtual Reality Technology）

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在為改善人與計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)可操作性中產(chǎn)生的迈招，它是綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)农泊、各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成可交互的三維環(huán)境（稱為虛擬環(huán)境）中提供沉浸感覺(jué)的技術(shù)缘赋。

　　由圖形系統(tǒng)及各種接口設(shè)備組成碰蚂，用來(lái)產(chǎn)生虛擬環(huán)境并提供沉浸感覺(jué)，以及交互性操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)VRS（Virtual Reality System)誓胆。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括操作者竣楼、機(jī)器和人機(jī)接口3個(gè)基本要素。它不僅提高了人與計(jì)算機(jī)之間的和諧程度庸飘，也成為一種有力的仿真工具亲堂。利用VRS可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過(guò)用戶的交互輸入瞒帜，并及時(shí)按輸出修改虛擬環(huán)境假棉，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是VM的關(guān)鍵技術(shù)之一征绸。

　　2久橙、VM在制造業(yè)中應(yīng)用

　　虛擬制造技術(shù)VMT（Virtual Manufacturing Technology)首先在飛機(jī)、汽車等領(lǐng)域獲得成功的應(yīng)用管怠。美國(guó)波音（Boeing)公司在777新型客機(jī)機(jī)型設(shè)計(jì)過(guò)程中淆衷，利用VMT和三維模型進(jìn)行管道布線等復(fù)雜裝配過(guò)程的模擬獲得成功。目前VMT應(yīng)用在以下幾個(gè)方面渤弛。

　　2.1　虛擬企業(yè)

　　虛擬企業(yè)建立祝拯，其中有一條最重要的原因是因?yàn)楦髌髽I(yè)本身無(wú)法單獨(dú)滿足市場(chǎng)需求，迎接市場(chǎng)挑戰(zhàn)暮芭。因此，為了快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求欲低，圍繞新產(chǎn)品開發(fā)辕宏，利用不同地域的現(xiàn)有資源畜晰、不同的企業(yè)或不同地點(diǎn)的工廠，重新組織一個(gè)新公司瑞筐。該公司在運(yùn)行之前凄鼻，必須分析組合是否最優(yōu)，能否協(xié)調(diào)運(yùn)行聚假，并對(duì)投產(chǎn)后的風(fēng)險(xiǎn)唠陈、利益分配等進(jìn)行評(píng)估。這種聯(lián)作公司稱為虛擬公司骂妻，或者叫作動(dòng)態(tài)聯(lián)盟锭泼，是一種虛擬企業(yè)，它具有集成性和實(shí)效性兩大特點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體篡氯。

　　虛擬企業(yè)的特征是：①企業(yè)地域分散化焦凶。虛擬企業(yè)從用戶訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)即耕、零部件制造叁垫，以及總成裝配、銷售克导、經(jīng)營(yíng)管理都可以分別由處在不同地域的企業(yè)符貌，按契約互惠互利聯(lián)作，進(jìn)行異地設(shè)計(jì)肪斗、異地制造钾排、異地經(jīng)營(yíng)管理。②企業(yè)組織臨時(shí)化河哑。虛擬企業(yè)是市場(chǎng)多變的產(chǎn)物避诽。為了適應(yīng)市場(chǎng)環(huán)境的變化，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)也要及時(shí)反映市場(chǎng)動(dòng)態(tài)璃谨，虛擬企業(yè)注重短期利益沙庐。當(dāng)產(chǎn)品方向更換、聯(lián)盟伙伴之間利益改變或企業(yè)追求目標(biāo)變更時(shí)佳吞，企業(yè)要調(diào)整組織結(jié)構(gòu)拱雏，或者立即解散，重新再組織新的虛擬企業(yè)底扳。③企業(yè)功能不完整化铸抑。一個(gè)完整的企業(yè)，應(yīng)具有從企業(yè)管理衷模、設(shè)計(jì)鹊汛、制造一直到市場(chǎng)銷售、售后服務(wù)等完整的全部功能阱冶。但在虛擬企業(yè)不需要機(jī)構(gòu)功能完整刁憋，它以各種方式借用外部力量來(lái)進(jìn)行組合和集成滥嘴。因?yàn)樘摂M企業(yè)是動(dòng)態(tài)聯(lián)盟形式，突破企業(yè)的有形界限嫁潦，利用外部資源加速實(shí)現(xiàn)企業(yè)的市場(chǎng)目標(biāo)捍陌。傳統(tǒng)的外協(xié)加工是一種原始的虛擬企業(yè)行為。④企業(yè)信息共享化近殖。構(gòu)成虛擬企業(yè)的基本條件之一颁究，就是組成企業(yè)伙伴之間的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)具體情況菱砚，可以是國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)丢袁，局域網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，及時(shí)的溝通信息梳让，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)却坦、制造、銷售喻名、管理等信息殃练，這些信息是以數(shù)據(jù)形式表示，能夠分布到不同的計(jì)算機(jī)環(huán)境中疚筋，以實(shí)現(xiàn)信息資源共享扫皱，保證虛擬企業(yè)各部門步調(diào)高度協(xié)調(diào)，在市場(chǎng)波動(dòng)條件下捷绑，確保企業(yè)最大整體利益韩脑。

　　虛擬企業(yè)的主要基礎(chǔ)是：建立在先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)上的企業(yè)柔性化；在計(jì)算機(jī)上制造數(shù)字化產(chǎn)品粹污，從概念設(shè)計(jì)到最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整個(gè)過(guò)程的虛擬制造段多；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。上述3項(xiàng)內(nèi)容是構(gòu)成虛擬企業(yè)不可缺少的必要條件壮吩。

　　虛擬企業(yè)這種先進(jìn)制造模式进苍，在先進(jìn)國(guó)家的部分企業(yè)已經(jīng)運(yùn)行。例如美國(guó)Ultra Comm公司是生產(chǎn)電子產(chǎn)品的虛擬企業(yè)鸭叙，在美國(guó)各地有60多家觉啊，數(shù)以千計(jì)的雇員組成的虛擬電子集團(tuán)，公司本身只有幾名雇員沈贝，該公司采用分散設(shè)計(jì)和制造方式杠人，不同的產(chǎn)品選用不同企業(yè)，依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的經(jīng)濟(jì)實(shí)體宋下，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)目標(biāo)嗡善。又如總部設(shè)在香港的鑫港公司，是一家國(guó)際化企業(yè)岖酸，以制造銷售電話機(jī)為主的電訊產(chǎn)品皆坚，總部從事新產(chǎn)品開發(fā)揪馅、研制、銷售和管理等捡霹，在國(guó)內(nèi)廈門經(jīng)濟(jì)特區(qū)宏泰科學(xué)工業(yè)園制造。

　　在面對(duì)多變的市場(chǎng)需求下瞬拆，虛擬企業(yè)具有加快新產(chǎn)品開發(fā)速度卧袄，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本削父，快速響應(yīng)用戶的需求纸谤，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期等優(yōu)點(diǎn)。因此虛擬企業(yè)是快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的部隊(duì)朗夺，能在商戰(zhàn)中為企業(yè)把握機(jī)遇和帶來(lái)優(yōu)勢(shì)讲稀。

　　2.2　虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)

　　例如飛機(jī)、汽車的外形設(shè)計(jì)背哎，其形狀是否符合空氣動(dòng)力學(xué)原理葱峡，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局的合理性等龙助。在復(fù)雜管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)中砰奕， 采用虛擬技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以“進(jìn)入其中”進(jìn)行管道布置提鸟，并可檢查能否發(fā)生干涉军援。在計(jì)算機(jī)上的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不但能提高設(shè)計(jì)效率称勋，而且能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題胸哥，從而優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。例如美國(guó)波音公司投資40億美元研制波音777噴氣式客機(jī)赡鲜，從1990年10月開始到1994年6月僅用了3年零8個(gè)月時(shí)間就完成了研制空厌，一次試飛成功，投入運(yùn)營(yíng)蝗蛙。波音公司分散在世界各地的技術(shù)人員可以從777客機(jī)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的零部件中調(diào)出任何一種在計(jì)算機(jī)上觀察蝇庭、研究、討論捡硅，所有零部件均是三維實(shí)體模型哮内。可見虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)給企業(yè)帶來(lái)的效益讶瘩。

　　2.3　虛擬產(chǎn)品制造

　　應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)达植，對(duì)零件的加工方法、工序順序欺划、工裝的選用轿侍、工藝參數(shù)的選用酒尝，加工工藝性、裝配工藝性皿腾、配合件之間的配合性迫手、連接件之間的連接性、運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性等均可建模仿真索廊，可以提前發(fā)現(xiàn)加工缺陷舒搬，提前發(fā)現(xiàn)裝配時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，從而能夠優(yōu)化制造過(guò)程政辕，提高加工效率疤信。

　　2.4　虛擬生產(chǎn)過(guò)程

　　產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的合理制定、人力資源淹遵、制造資源口猜、物料庫(kù)存、生產(chǎn)調(diào)度透揣、生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)等济炎，均可通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)還可對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析辐真，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的資金進(jìn)行分析預(yù)測(cè)冻辩，對(duì)產(chǎn)品市場(chǎng)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)等，從而對(duì)人力資源拆祈、制造資源的合理配置恨闪，對(duì)縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低成本意義重大放坏。

　　綜上所述咙咽，虛擬制造技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用可以帶來(lái)很多效益。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量淤年、優(yōu)化產(chǎn)品性能钧敞，縮短設(shè)計(jì)周期。虛擬產(chǎn)品制造可以提高制造質(zhì)量蛙陆，優(yōu)化工藝過(guò)程笨迂，縮短制造周期。虛擬生產(chǎn)過(guò)程可以優(yōu)化資源配置买鹊、物流管理捍彼、縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本筑卑。虛擬企業(yè)可以增強(qiáng)企業(yè)柔性蒜猎，滿足客戶的特殊要求，形成企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　我國(guó)虛擬制造技術(shù)的研究剛剛起步川麦，系統(tǒng)的显憾、全面的研究尚未開展，目前仍停留在國(guó)外的理論消化與國(guó)內(nèi)環(huán)境的結(jié)合上善歌。只要我們努力創(chuàng)造一個(gè)較好的基礎(chǔ)件塌，虛擬制造技術(shù)在我國(guó)企業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)為期不遠(yuǎn)。

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