1 前言
制造業(yè)為了在競(jìng)爭(zhēng)激烈的全球市場(chǎng)求得生存與發(fā)展，必須能夠更好地滿足市場(chǎng)所提出的T、Q、C、S要求，即要以最短的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期(Time)，最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量（Quality），最低廉的制造成本（Cost）和最好的技術(shù)支持與售后服務(wù)（Service）來(lái)贏得市場(chǎng)與用戶．面對(duì)不可預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場(chǎng)需求，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)必須具有高度的柔性．
為了提高競(jìng)爭(zhēng)能力，企業(yè)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)κ袌?chǎng)需求的變化作出快速敏捷的反應(yīng)，并及時(shí)地對(duì)自身的生產(chǎn)作出合理的調(diào)整與重新規(guī)劃．計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支持．基于這些因素，90年代中有許多新概念、新觀點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生，虛擬制造（VirtualManufacture)就是其中之一，它代表了一種全新的制造體系和模式．在虛擬制造中，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是基于數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方式（VirtualProductDevelopment），以用戶的需求為第一驅(qū)動(dòng)，并將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的各種功能特征．VPD保證了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量，提高了企業(yè)的快速響應(yīng)和市場(chǎng)開(kāi)拓能力．
2 虛擬制造的定義及特點(diǎn)
對(duì)虛擬制造的研究還處于不斷的深入、細(xì)化之中，國(guó)際上尚沒(méi)有對(duì)其作出一個(gè)統(tǒng)一的公共定義．不同的研究人員從不同角度出發(fā)，給出了各具特點(diǎn)的描述，其中有代表性的包括以下幾種：
Kimura的定義為：虛擬制造是指通過(guò)對(duì)制造知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化組織與分析，對(duì)整個(gè)制造過(guò)程建模，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估和制造活動(dòng)仿真．他強(qiáng)調(diào)通過(guò)用虛擬制造模型對(duì)制造全過(guò)程進(jìn)行描述，在實(shí)際的物理制造之前就具有了對(duì)產(chǎn)品性能及其可制造性的預(yù)測(cè)能力．
LawrenceAssociates則認(rèn)為，虛擬制造是一個(gè)集成的、綜合的可運(yùn)行制造環(huán)境，其目的是提高各個(gè)層次的決策與控制．
美國(guó)Wright空軍實(shí)驗(yàn)室則對(duì)虛擬制造作出了如下定義：虛擬制造建立在計(jì)算機(jī)建模、分析和仿真技術(shù)的基礎(chǔ)之上，它是對(duì)這些技術(shù)的綜合應(yīng)用．這種綜合應(yīng)用增強(qiáng)了各個(gè)層次的設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)決策與控制能力．
從這些定義可以看出，虛擬制造涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是對(duì)這些領(lǐng)域知識(shí)的綜合集成與應(yīng)用．計(jì)算機(jī)仿真、建模和優(yōu)化技術(shù)是虛擬制造的核心與關(guān)鍵技術(shù)．可以認(rèn)為，虛擬制造是對(duì)制造過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配，乃至企業(yè)的生產(chǎn)組織管理與調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一建模，形成一個(gè)可運(yùn)行的虛擬制造環(huán)境，以軟件技術(shù)為支撐，借助于高性能的硬件，在計(jì)算機(jī)局域/廣域網(wǎng)絡(luò)上，生成數(shù)字化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能分析、工藝決策、制造裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)。它是數(shù)字化形式的廣義制造系統(tǒng)，是對(duì)實(shí)際制造過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬．所謂“虛擬”，是相對(duì)于實(shí)物產(chǎn)品的實(shí)際制造系統(tǒng)而言的，強(qiáng)調(diào)的是制造系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的計(jì)算機(jī)化．
由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，虛擬制造具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）無(wú)須制造實(shí)物樣機(jī)就可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能，節(jié)約制造成本，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期．
（2）產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中可以及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)及時(shí)的反饋和更正．
（3）以軟件模擬形式進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)．
（4）企業(yè)管理模式基于Intranet或Internet,整個(gè)制造活動(dòng)具有高度的并行性．
3 虛擬制造的種類
廣義的制造過(guò)程不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工、裝配，還包含了對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的組織與控制．從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，可以把虛擬制造劃分為三類：以設(shè)計(jì)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．
3.1 以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造
以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造強(qiáng)調(diào)以統(tǒng)一制造信息模型為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品模型進(jìn)行仿真與分析、優(yōu)化，進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)方面的分析和可裝配性分析，以獲得對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)評(píng)估與性能預(yù)測(cè)結(jié)果．
3.2 以生產(chǎn)為中心的虛擬制造
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