虛擬制造(Virtual Manufacture)出現(xiàn)于上世紀90年代，是以計算機軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為基礎(chǔ)的一種全新的制造體系和模式。作為一種先進的制造模式．虛擬制造的應(yīng)用范圍必然會不斷擴大．給更多的企業(yè)帶來更大的收益。
一、虛擬制造的基本原理
所謂“虛擬”，是相對于實物產(chǎn)品的實際制造系統(tǒng)而言，強調(diào)的是制造系統(tǒng)運行過程的計算機化。虛擬制造涉及到多個學科領(lǐng)域，是對制造過程中的各個環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品的設(shè)計、加工、裝配，乃至企業(yè)的生產(chǎn)組織管理與調(diào)度進行統(tǒng)一建模，形成一個可運行的虛擬制造環(huán)境。虛擬制造是數(shù)字化形式的廣義制造系統(tǒng)，不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計加工、裝配，還包含了對企業(yè)生產(chǎn)活動的組織與控制，是對實際制造過程的動態(tài)模擬。其企業(yè)管理模式基于Intranet或Internet，整個制造活動具有高度的并行性。
虛擬制造可分為三類：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。以設(shè)計為中心的虛擬制造強調(diào)以統(tǒng)一的制造信息模型為基礎(chǔ)，對數(shù)字化產(chǎn)品模型進行仿真與分析、優(yōu)化，以獲得對產(chǎn)品的設(shè)計評估與性能預(yù)測結(jié)果。以生產(chǎn)為中心的虛擬制造是在企業(yè)資源的約束條件下，對不同的加工過程及組合進行優(yōu)化，通過提供精確的生產(chǎn)成本信息對生產(chǎn)計劃與調(diào)度進行合理化決策。以控制為中心的虛擬制造是將仿真技術(shù)引入控制模型，提供模擬實際生產(chǎn)過程的虛擬環(huán)境，使企業(yè)在考慮車間控制行為的基礎(chǔ)上對制造過程進行優(yōu)化控制。
二、虛擬制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
虛擬制造在工業(yè)發(fā)達國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用，美國處于國際研究的前沿。1983年美國國家標準局提出了“虛擬制造單元”的報告；1993年愛荷華大學的報告“制造技術(shù)的虛擬環(huán)境”中提出了建立支持虛擬制造的環(huán)境；1995年美國標準與技術(shù)研究所的報告“國家先進制造實驗臺的概念設(shè)計計劃”，強調(diào)了分散的，多節(jié)點的分散虛擬制造(DVM)，即虛擬企業(yè)的概念。美國已經(jīng)從虛擬制造的環(huán)境和虛擬現(xiàn)實技術(shù)信息系統(tǒng)仿真和控制、虛擬企業(yè)等方面進行了系統(tǒng)的研究和開發(fā)，多數(shù)單元技術(shù)已經(jīng)進入實驗和完善的階段。
我國在虛擬制造技術(shù)方面的研究只是剛剛起步，其研究也多數(shù)是在原先的CAD/CAE/CAM和仿真技術(shù)等基礎(chǔ)上進行的，目前主要集中在虛擬制造技術(shù)的理論研究和實施技術(shù)準備階段。系統(tǒng)的研究尚處于國外虛擬制造技術(shù)的消化和與國內(nèi)環(huán)境的結(jié)合上。當前我國虛擬制造應(yīng)用的重點研究方向是基于我國國情的產(chǎn)品三維虛擬設(shè)計、加工過程仿真和產(chǎn)品裝配仿真，主要是研究生成可信度高的虛擬樣機，在產(chǎn)品設(shè)計階段能夠以較高的置信度預(yù)測所設(shè)計產(chǎn)品的最終性能和可制造性。我國在虛擬現(xiàn)實技術(shù)、建模技術(shù)，仿真技術(shù)、信息技術(shù)、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等單元技術(shù)等方面的研究都很活躍，但研究的進展和研究的深度還屬于初期階段與國際的研究水平尚有很大的差距，多集中于高等院校和少量的研究院所，沒有形成產(chǎn)業(yè)化。
三、虛擬制造技術(shù)在我國的發(fā)展策略
1.制約我國虛擬制造技術(shù)發(fā)展的因素
在市場競爭的推動下，先進制造技術(shù)發(fā)展十分迅速，但是虛擬制造技術(shù)并非僅限于純技術(shù)范圍，它是對傳統(tǒng)制造方式的全面變革，會帶來企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、管理方式等多方面的變革。從我國目前的情況看企業(yè)科研經(jīng)費緊缺、科研力量分散，人才流失嚴重等都制約著我國虛擬制造業(yè)的發(fā)展。
2.虛擬制造技術(shù)在我國的發(fā)展策略
基于當前情況，我國應(yīng)以企業(yè)需求為出發(fā)點，大力推廣并行工程，敏捷制造等思想和技術(shù)，為虛擬制造技術(shù)的實現(xiàn)提供堅實的基礎(chǔ)。政府方面，應(yīng)發(fā)揮政府的協(xié)調(diào)職能，組織企業(yè)和科研部門進行多方面、多層次的合作，加強科研成果的應(yīng)用推廣，組織多學科、跨地區(qū)的科研力量共同攻關(guān)，從宏觀上加強對虛擬制造技術(shù)的指導(dǎo)，盡早制定出符合我國國情的發(fā)展計劃。企業(yè)方面，應(yīng)根據(jù)企業(yè)實際需求，解決實際問題，力爭盡快創(chuàng)造效益，以形威良性循環(huán)，促進研究工作的進一步開展。充分利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，計算機技術(shù)對現(xiàn)實研究活動中的人、物，信息及研究過程進行全面的集成，通過協(xié)同工作縮短科研周期，增強科技成果的競爭力。
3.虛擬制造技術(shù)在我國的應(yīng)用方法
企業(yè)要實現(xiàn)虛擬制造，應(yīng)分階段逐步進行，而不能隨意超越。首先，要建立企業(yè)網(wǎng)和工程數(shù)據(jù)庫初步實現(xiàn)CAD、CAPP、CAM功能；第二，進行信息集成，推行PDM技術(shù)，特征建模技術(shù)，形成CAD、CAPP、CAM的集成系統(tǒng)；第三，在設(shè)計、工藝、制造部門建立統(tǒng)一的產(chǎn)品模型。初步實現(xiàn)并行工程，進一步將MIS、MRPII與CAD/CAM系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)整個企業(yè)內(nèi)部的信息集成，全面實現(xiàn)并行工程；第四，在上述工作的基礎(chǔ)上，對企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)、經(jīng)營等多方面的活動進行建模、仿真，實現(xiàn)虛擬制造。
綜上所述，發(fā)展我國虛擬制造技術(shù)應(yīng)以企業(yè)的需求為動力，通過政府協(xié)調(diào)，積極開展成組技術(shù)，準時化生產(chǎn)技術(shù)及并行工程的研究與應(yīng)用，利用工業(yè)工程思想和分布式網(wǎng)絡(luò)化研究，組織各地區(qū)的科研力量集中突破與虛擬制造技術(shù)密切相關(guān)技術(shù)，為虛擬制造功能的實現(xiàn)提供有力支撐。
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