技術(shù)

    分析了虛擬制造技術(shù)的內(nèi)涵及特點(diǎn)，發(fā)達(dá)國家虛擬制造技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，并從我國國情出發(fā)提出了發(fā)展虛擬制造技術(shù)的具休建議。
1 虛擬制造技術(shù)的內(nèi)涵及其特點(diǎn)
1.1 虛擬制造技術(shù)的內(nèi)函
    虛擬制造是實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)、制造以及管理與控制等制造的本質(zhì)過程，以增強(qiáng)制造過程各級的決策與控制能力.虛擬制造作為信息時(shí)代制造技術(shù)的重要標(biāo)志它是不斷吸收信息技術(shù)和管理科學(xué)的成果而發(fā)展起來的，這里的"制造"是一種廣義的概念，即一切與產(chǎn)品相關(guān)的活動(dòng)和過程，亦稱之為"大制造"，這是相對于傳統(tǒng)的狹義制造而言的."虛擬"的含義則是這種制造雖然不是真實(shí)的、物化的，但卻是本質(zhì)上的，也就是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)制造的本質(zhì)內(nèi)容.虛擬制造不是一成不變的技術(shù)，而是一個(gè)不斷吸收各種高新技術(shù)而不斷豐富其內(nèi)涵的動(dòng)態(tài)技術(shù)系統(tǒng)，它通過計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境和模型來模擬生產(chǎn)場景和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等方面可能存在的問題，從而提高人們的預(yù)測和決策水平 ，它為工程師提供了從產(chǎn)品概念的形成、設(shè)計(jì)到制造全過程的三維可視及交互環(huán)境，使得制造技術(shù)走出主要依賴于經(jīng)驗(yàn)的狹小天地，發(fā)展到了全方位預(yù)報(bào)的新階段，不是原有單項(xiàng)制造仿真技術(shù)的簡單組合，而是在相關(guān)理論和已積累知識的基礎(chǔ)上對制造知識進(jìn)行系統(tǒng)化組織，對工程對象和制造活動(dòng)進(jìn)行全面建模，在建立真實(shí)制造系統(tǒng)前，采用計(jì)算機(jī)仿真來評估設(shè)計(jì)與制造活動(dòng)以消除設(shè)計(jì)中的不合理部分.虛擬制造的實(shí)質(zhì)是在產(chǎn)品制造過程的上游- 設(shè)計(jì)階段就對產(chǎn)品制造的全過程虛擬集成，將全階段可能出現(xiàn)的問題解決在這一階段，通過設(shè)計(jì)的最優(yōu)化達(dá)到產(chǎn)品的一次性制造成功. 
    虛擬制造技術(shù)涉及多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，包括仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、可視化技術(shù)、多媒體技術(shù)和虛擬原型技術(shù).虛擬制造技術(shù)通過對這些技術(shù)的綜合應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)其特有的功能. 
    (1)仿真技術(shù).仿真技術(shù)依靠虛擬技術(shù)來模擬產(chǎn)品制造、生產(chǎn)和裝配過程 ，使設(shè)計(jì)者可以在計(jì)算機(jī)中"制造"產(chǎn)品.仿真技術(shù)讓使用者接受到與現(xiàn)實(shí)情況相同的信息，給人一種身臨其境的感覺.系統(tǒng)提供人機(jī)實(shí)時(shí)交互操作、三維視覺空間和多通道的人機(jī)界面，可使人真實(shí)感覺到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)創(chuàng)造的環(huán)境.(2)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(VM).仿真技術(shù)的發(fā)展，依靠計(jì)算機(jī)圖形學(xué)來建立計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)字化模型，可以表達(dá)三維立體數(shù)據(jù)，像實(shí)物一樣可視、可動(dòng).VM與單純的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相比，更強(qiáng)調(diào)用戶感知方式的多樣性，使用戶能夠更直接地感知模型的物理特性，從定性和定量的綜合環(huán)境中得到感性和理性的認(rèn)識.(3)可視化技術(shù).它可以將信號轉(zhuǎn)換為圖形或圖像，可使觀察者直觀地觀察其模擬與計(jì)算，從而豐富科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程.(4)多媒體技術(shù) 它是以計(jì)算機(jī)為核心的集圖、文、聲、像處理技術(shù)于一體的綜合性處理技術(shù).多媒體技術(shù)雖然強(qiáng)調(diào)多種信息通道，但其感知范圍不如 VM廣泛，不強(qiáng)調(diào)人機(jī)的交互性.(5)虛擬原型技術(shù) 它是相對于物理原型提出的概念，是具有一定功能的基于計(jì)算機(jī)的仿真系統(tǒng).如果虛擬原型通過模擬工藝計(jì)劃來構(gòu)造，便是用 VM來產(chǎn)生虛擬模型，因此，虛擬原型技術(shù)的發(fā)展將增強(qiáng) VM 的能力每一類虛擬制造系統(tǒng)都是各種技術(shù)的綜合應(yīng)用，其中仿真技術(shù)是基礎(chǔ) 由此可見，虛擬制造技術(shù)就是在計(jì)算機(jī)上利用仿真技術(shù)生產(chǎn)出"虛擬產(chǎn)品"，它是一個(gè)跨學(xué)科的綜合科目，涉及仿真、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)繼承、優(yōu)化等領(lǐng)域.
1.2 虛擬制造技術(shù)的特 
    虛擬制造與實(shí)際制造相比、有如下特點(diǎn): 
    (1)虛擬經(jīng)營和管理 作為虛擬制造的一個(gè)主要貢獻(xiàn)- 虛擬企業(yè)，使制造業(yè)在世界范圍內(nèi)的重組與集成成為可能，應(yīng)用虛擬經(jīng)營和虛擬管理，充分借助于企業(yè)外部力量，運(yùn)用自身最強(qiáng)的優(yōu)勢和有限資源最大限度地提高企業(yè)的競爭力。 
    (2)高度集成.產(chǎn)品與制造環(huán)境均利用仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)上形成虛擬模型，在設(shè)計(jì)過程中，可用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測試，設(shè)計(jì)人員和用戶甚至可以"進(jìn)人"虛擬環(huán)境對模型的設(shè)計(jì)、加工、裝配、性能進(jìn)行檢測，而不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機(jī)的反復(fù)修改.因此，它易于綜合運(yùn)用系統(tǒng)工程、知識工程、并行工程和人 一機(jī)工程等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù) ，實(shí)現(xiàn)信息集成、知識集成、串并行交錯(cuò)工作機(jī)制集成和人機(jī)集成 。 
    (3)高效靈活.開發(fā)的產(chǎn)品(部件)可存放在計(jì)算機(jī)里，不但大大節(jié)省倉儲費(fèi)用，更能根據(jù)市場變化或用戶需求隨時(shí)對模型進(jìn)行修改，快速投入生產(chǎn)，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)間，節(jié)約設(shè)計(jì)成本，提高產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到銷售全過程的效率，增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。 
    (4)高度合作.可通過互聯(lián)網(wǎng)將世界各地的專業(yè)人員結(jié)合起來，同時(shí)在同一個(gè)模型上工作，互相交流、資源共享，以避免重復(fù)研究帶來的損失，發(fā)揮各自特長，實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)，異地制造，將制造業(yè)信息化與知識化融為一體，使產(chǎn)品開發(fā)以高效、快捷、低耗響應(yīng)市場變化。 
    (5)設(shè)計(jì)柔性.如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)變故，可以將資料存人電腦，等時(shí)機(jī)成熟再進(jìn)行開發(fā)，從而提高設(shè)計(jì)過程的柔性。
2 發(fā)展虛擬制造技術(shù)的意義 
    虛擬制造可以對實(shí)際的制造活動(dòng)以及想像中的制造活動(dòng)進(jìn)行仿真，但它不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量，所進(jìn)行的過程完全是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品完全是數(shù)字產(chǎn)品.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。 
    (1)可加深人們對生產(chǎn)過程中制造系統(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)，從而推動(dòng)生產(chǎn)力的發(fā)展. 
    (2)虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用將會加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度 我們知道模擬駕駛對駕駛員、飛行員的培養(yǎng)起到了良好的作用，虛擬制造也會產(chǎn)生這樣的作用.例如:可以對生產(chǎn)人員進(jìn)行操作訓(xùn)練及異常工藝的應(yīng)急處理等. 
    (3)在虛擬制造與現(xiàn)實(shí)制造的相互影響和作用過程中，可以改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，這樣對正確決策有不可估量的影響.例如:可以對生產(chǎn)計(jì)劃、交貨期、生產(chǎn)產(chǎn)量等做出預(yù)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題等. 
    (4)虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用將極大地增強(qiáng)企業(yè)的創(chuàng)新能力，因?yàn)樗軌蛟谔摂M狀態(tài)下設(shè)計(jì)、制造、測試和分析產(chǎn)品，有效地解決在時(shí)間、成本 、質(zhì)量等方面存在的問題. 
    (5)通過互聯(lián)網(wǎng)、廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)分散網(wǎng)絡(luò)化制造，即對世界上任一國家和地區(qū)的用戶實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上定貨、異地設(shè)計(jì)、異地制造.分散網(wǎng)絡(luò)化制造改變了企業(yè)傳統(tǒng)的動(dòng)作方式，企業(yè)的產(chǎn)品訂單、利潤以及與外界的聯(lián)系都會大大增加，有利于企業(yè)形成全球化的經(jīng)營理念.
3 虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用 
    虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國家已得到了不同程度的研究和應(yīng)用，在這一領(lǐng)域，美國處于國際研究的前沿 .
3.1 設(shè) 計(jì) 
    波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的設(shè)計(jì)成功成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没睦锍瘫?飛機(jī)上超過300萬個(gè)零件的設(shè)計(jì)及整體設(shè)計(jì)過程全部在計(jì)算機(jī)組成的虛擬環(huán)境中進(jìn)行.當(dāng)設(shè)計(jì)師戴上頭盔顯示器時(shí)，通過仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)搭建的虛擬平臺，就能穿梭于"飛機(jī)"的每一個(gè)角落，審視其每一個(gè)設(shè)計(jì) .而由于可視化技術(shù)的應(yīng)用，當(dāng)在檢查中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，可以通過對參數(shù)的修改來實(shí)現(xiàn)對模型的修正.這樣，既節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，又縮短了設(shè)計(jì)所花的時(shí)間，而且產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度也遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法.
3.2 生產(chǎn) 
    EDS公司利用DENEB軟件為通用汽車公司的中、高檔豪華汽車分廠進(jìn)行了裝配生產(chǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將人員行走路線、加工設(shè)備的擺放等在計(jì)算機(jī)中利用虛擬模型技術(shù)顯示出來，然后對虛擬模型進(jìn)行修改，使之達(dá)到最優(yōu)化配置，因此節(jié)省了數(shù)百萬美元的開支.
3.3 銷售 
    日本的Matshita公司開發(fā)的一種虛擬廚房制造系統(tǒng)，使消費(fèi)者在購買商品前，就可在虛擬的廚房環(huán)境中體驗(yàn)各種設(shè)備的功能，然后根據(jù) 自己的喜好，對這些設(shè)備進(jìn)行修改和選擇