新的制造理念：虛擬制造

在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(zhǔn)時化生產(chǎn)；80年代提高產(chǎn)品質(zhì)量成為主要目標(biāo)；進(jìn)入90年代新產(chǎn)品開發(fā)及交貨期成為競爭的焦點(diǎn)。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(cè)重，從不同角度研究如何增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。而虛擬制造技術(shù)是制造技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality）技術(shù)是使用感官組織仿真設(shè)備和真實(shí)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(shí)，使人能夠憑借直覺作用于計算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬制造（VirtualManufacturing）技術(shù)是在一個統(tǒng)一模型之下對設(shè)計和制造等過程進(jìn)行集成，它將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過程與技術(shù)集成在三維的、動態(tài)的仿真真實(shí)過程的實(shí)體數(shù)字模型之上。其目的是在產(chǎn)品設(shè)計階段，借助建模與仿真技術(shù)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(shè)計的影響，預(yù)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(jì)地、柔性地組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，有力地降低由于前期設(shè)計給后期制造帶來的回溯更改，達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)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(jìn)行仿真，它不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量，所進(jìn)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(shù)的應(yīng)用將會對未來制造業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，它的重大作用主要表現(xiàn)為：

■運(yùn)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(jìn)行全面仿真，使之達(dá)到了前所未有的高度集成，為先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣大的空間，同時也推動了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。

■可加深人們對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識和理解，有利于對其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，即對生產(chǎn)過程、制造系統(tǒng)整體進(jìn)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(shí)制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進(jìn)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(yù)測，及時發(fā)現(xiàn)問題并改進(jìn)現(xiàn)實(shí)制造過程。

■虛擬制造技術(shù)的應(yīng)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(jìn)行操作訓(xùn)練、異常工藝的應(yīng)急處理等。

虛擬制造技術(shù)的研究內(nèi)容是極為廣泛的，除了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及的共同性技術(shù)外，虛擬制造領(lǐng)域本身的主要研究內(nèi)容有：

■虛擬制造的理論體系；

●設(shè)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(jié)構(gòu)；

●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(jī)協(xié)同作業(yè)等。

一般來說，虛擬制造的研究都與特定的應(yīng)用環(huán)境和對象相聯(lián)系，由于應(yīng)用的不同要求而存在不同的側(cè)重點(diǎn)，因此出現(xiàn)了三個流派，即以設(shè)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(shù)的廣泛應(yīng)用將從根本上改變現(xiàn)行的制造模式，對相關(guān)行業(yè)也將產(chǎn)生巨大影響，可以說虛擬制造技術(shù)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(dāng)市場新的機(jī)遇出現(xiàn)時，組織幾個有關(guān)公司聯(lián)作，把不同的公司，不同地點(diǎn)的工廠或車間重新組織協(xié)調(diào)工作。在運(yùn)行之前必須分析組合是否最優(yōu)，能否協(xié)調(diào)運(yùn)行，以及投產(chǎn)后的效益和風(fēng)險進(jìn)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(yùn)行，包括物理基礎(chǔ)、法律保障、社會環(huán)境和信息技術(shù)。因此研究開發(fā)虛擬制造技術(shù)（VMT）和虛擬制造系統(tǒng)（VMS）意義重大，美國稱AM為21世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略。

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

虛擬制造技術(shù)將從根本上改變了設(shè)計、試制、修改設(shè)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(jìn)行試驗(yàn)，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)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(yīng)市場變化的能力。虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)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(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。虛擬企業(yè)的特點(diǎn)是企業(yè)的功能上的不完整、地域上的分散性和組織結(jié)構(gòu)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。