新的制造理念：虛擬制造

在當今經(jīng)濟全球化、貿(mào)易自由化和社會信息化的形勢下，制造業(yè)的經(jīng)營戰(zhàn)略發(fā)生了很大變化，在30～60年代企業(yè)追求的是規(guī)模效益，如：美國福特汽車公司、通用汽車公司相繼采用剛性流水線進行大批量生產(chǎn)；70年代更加重視降低生產(chǎn)成本，如：日本豐田公司采用準時化生產(chǎn)；80年代提高產(chǎn)品質(zhì)量成為主要目標；進入90年代新產(chǎn)品開發(fā)及交貨期成為競爭的焦點。由此產(chǎn)生了多種多樣的制造哲理，如：精益生產(chǎn)、并行工程、敏捷制造和虛擬制造等，它們各有側重，從不同角度研究如何增強企業(yè)的競爭力。而虛擬制造技術是制造技術與仿真技術相結合的產(chǎn)物。

虛擬現(xiàn)實（VirtualReality）技術是使用感官組織仿真設備和真實或虛幻環(huán)境的動態(tài)模型生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實，使人能夠憑借直覺作用于計算機產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境?；谔摂M現(xiàn)實技術的虛擬制造（VirtualManufacturing）技術是在一個統(tǒng)一模型之下對設計和制造等過程進行集成，它將與產(chǎn)品制造相關的各種過程與技術集成在三維的、動態(tài)的仿真真實過程的實體數(shù)字模型之上。其目的是在產(chǎn)品設計階段，借助建模與仿真技術及時地、并行地、模擬出產(chǎn)品未來制造過程乃至產(chǎn)品全生命周期的各種活動對產(chǎn)品設計的影響，預測、檢測、評價產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等等。從而更加有效地、經(jīng)濟地、柔性地組織生產(chǎn)，增強決策與控制水平，有力地降低由于前期設計給后期制造帶來的回溯更改，達到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設計質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。

虛擬制造也可以對想象中的制造活動進行仿真，它不消耗現(xiàn)實資源和能量，所進行的過程是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。虛擬制造技術的應用將會對未來制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響，它的重大作用主要表現(xiàn)為：

■運用軟件對制造系統(tǒng)中的五大要素（人、組織管理、物流、信息流、能量流）進行全面仿真，使之達到了前所未有的高度集成，為先進制造技術的進一步發(fā)展提供了更廣大的空間，同時也推動了相關技術的不斷發(fā)展和進步。

■可加深人們對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認識和理解，有利于對其進行理論升華，更好地指導實際生產(chǎn)，即對生產(chǎn)過程、制造系統(tǒng)整體進行優(yōu)化配置，推動生產(chǎn)力的巨大躍升。

■在虛擬制造與現(xiàn)實制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進企業(yè)的組織管理工作，而且對正確作出決策有不可估量的影響。例如：可以對生產(chǎn)計劃、交貨期、生產(chǎn)產(chǎn)量等作出預測，及時發(fā)現(xiàn)問題并改進現(xiàn)實制造過程。

■虛擬制造技術的應用將加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。我們都知道模擬駕駛室對駕駛員、飛行員的培養(yǎng)起到了良好作用，虛擬制造也會產(chǎn)生類似的作用。例如：可以對生產(chǎn)人員進行操作訓練、異常工藝的應急處理等。

虛擬制造技術的研究內(nèi)容是極為廣泛的，除了虛擬現(xiàn)實技術涉及的共同性技術外，虛擬制造領域本身的主要研究內(nèi)容有：

■虛擬制造的理論體系；

●設計信息和生產(chǎn)過程的三維可視化；

●虛擬制造系統(tǒng)的開放式體系結構；

●虛擬產(chǎn)品的裝配仿真；

●虛擬環(huán)境中及虛擬制造過程中的人機協(xié)同作業(yè)等。

一般來說，虛擬制造的研究都與特定的應用環(huán)境和對象相聯(lián)系，由于應用的不同要求而存在不同的側重點，因此出現(xiàn)了三個流派，即以設計為中心的虛擬制造、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。

虛擬制造技術的廣泛應用將從根本上改變現(xiàn)行的制造模式，對相關行業(yè)也將產(chǎn)生巨大影響，可以說虛擬制造技術決定著企業(yè)的未來，也決定著制造業(yè)在競爭中能否立于不敗之地。

虛擬制造（VM）是國際上提出的新概念。VM與AM聯(lián)系密切。VM的特征是：當市場新的機遇出現(xiàn)時，組織幾個有關公司聯(lián)作，把不同的公司，不同地點的工廠或車間重新組織協(xié)調(diào)工作。在運行之前必須分析組合是否最優(yōu)，能否協(xié)調(diào)運行，以及投產(chǎn)后的效益和風險進行評估，這種聯(lián)作公司稱虛擬公司。虛擬公司在一定的環(huán)境和條件下通過虛擬制造系統(tǒng)運行，包括物理基礎、法律保障、社會環(huán)境和信息技術。因此研究開發(fā)虛擬制造技術（VMT）和虛擬制造系統(tǒng)（VMS）意義重大，美國稱AM為21世紀制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。

虛擬現(xiàn)實技術（VirtualRealityTechnology）主要包括虛擬制造技術和虛擬企業(yè)兩個部分。

虛擬制造技術將從根本上改變了設計、試制、修改設計、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型（SoftPrototype）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品（HardPrototype）進行試驗，對其性能和可制造性進行預測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應市場變化的能力。虛擬企業(yè)是為了快速響應某一市場需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間約束、靠計算機網(wǎng)絡聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟實體。虛擬企業(yè)的特點是企業(yè)的功能上的不完整、地域上的分散性和組織結構上的非永久性，即功能的虛擬化、組織的虛擬化、地域的虛擬化。