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　　大連理工大學(xué) 陳曉川　張暴暴　馮辛安　劉曉冰

　　摘要　虛擬制造技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的先進(jìn)制造技術(shù)之

　　一，是企業(yè)以信息集成為基礎(chǔ)的一種新的制造哲理。本文結(jié)

　　合我國國情，通過分析虛擬制造技術(shù)的重大作用與其它先進(jìn)

　　制造技術(shù)的關(guān)系，從多方面論述了我國發(fā)展虛擬制造技術(shù)的

　　策略及途徑，希望為我國制造業(yè)的發(fā)展做些有益的探索。

　　關(guān)鍵詞　虛擬制造技術(shù)　并行工程　工業(yè)工程　分布式

　　網(wǎng)絡(luò)化研究中心

　　1　虛擬制造技術(shù)

　　虛擬制造(Virtual　Manufacturing)又叫擬實制造，

　　它利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中

　　的人、物、信息及制造過程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中

　　可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而

　　達(dá)到產(chǎn)品一次性制造成功，來達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)

　　周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力的目的。當(dāng)然，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。

　　目前，虛擬制造技術(shù)已經(jīng)在國外有所應(yīng)用，例如：美國

　　Boneing公司設(shè)計的一架VS—X虛擬飛機(jī)，可用頭盔顯示器和

　　數(shù)據(jù)手套進(jìn)行觀察與控制，使飛機(jī)設(shè)計人員身臨其境地觀察

　　飛機(jī)設(shè)計的結(jié)果，并對其外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用性能進(jìn)行考

　　察;日本Matsushita公司開發(fā)的虛擬廚房設(shè)備制造系統(tǒng)，允

　　許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環(huán)境中體驗不同設(shè)備

　　的功能，按自己的喜好評價、選擇和重組這些設(shè)備，他們的

　　選擇將被存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)送至生產(chǎn)部門進(jìn)行生產(chǎn);美國

　　Coventry　School　of　Art　and　Design開發(fā)的虛擬原

　　型制作系統(tǒng)，設(shè)計者在設(shè)計的初始階段能夠在計算機(jī)中構(gòu)造

　　虛擬原型并對此原型進(jìn)行評價[7]。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：

　　(1)　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(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。

　　(2)　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。

　　(3)　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(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。

　　(4)　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。

　　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。對此我們必須引起高度重視，加緊開展虛擬制造技術(shù)的

　　研究及發(fā)展策略的制定。

　　2　虛擬制造技術(shù)與其它先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系

　　(1)　精益生產(chǎn)(Lean　Production)與虛擬制造技

　　術(shù)：精益生產(chǎn)要求簡化生產(chǎn)過程，減少信息量，消除過分臃

　　腫的生產(chǎn)組織，使產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程盡可能地簡化和標(biāo)準(zhǔn)

　　化。這樣做的結(jié)果對虛擬制造的建模仿真是十分有利的，即

　　現(xiàn)實生產(chǎn)過程越簡化則虛擬制造實現(xiàn)起來就越容易。精益生

　　產(chǎn)的核心是準(zhǔn)時化生產(chǎn)和成組技術(shù)。實行精益生產(chǎn)為虛擬制

　　造的實現(xiàn)創(chuàng)造了有利條件，長春一汽在這方面走在了前面。

　　(2)　并行工程(Concurrent　Engineering)與虛擬

　　制造技術(shù)：并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)過

　　程(包括制造過程和支持過程)的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開

　　發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)

　　品報廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計劃和用戶要

　　求。為了達(dá)到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通

　　過它來實現(xiàn)不同部門人員的協(xié)同工作;為了達(dá)到產(chǎn)品的一次

　　設(shè)計成功，減少反復(fù)，它在許多部分應(yīng)用了仿真技術(shù);主模

　　型的建立、局部仿真的應(yīng)用等都包含在虛擬制造技術(shù)中，可

　　以說并行工程的發(fā)展為虛擬制造技術(shù)的誕生創(chuàng)造了條件，虛

　　擬制造技術(shù)將是以并行工程為基礎(chǔ)的，并行工程的進(jìn)一步發(fā)

　　展就是虛擬制造技術(shù)。

　　(3)　敏捷制造(Agile　Manufacturing)與虛擬制

　　造技術(shù)：敏捷制造是以競爭力和信譽(yù)度為基礎(chǔ)，選擇合作者

　　組成虛擬公司，分工合作，為同一目標(biāo)共同努力來增強(qiáng)整體

　　競爭能力，對用戶需求作出快速反應(yīng)，以滿足用戶的需要。

　　為了達(dá)到快速應(yīng)變能力，虛擬企業(yè)的建立是關(guān)鍵技術(shù)，其核

　　心是虛擬制造技術(shù)，即敏捷制造是以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ)

　　的。

　　(4)　綠色制造(Green　Manufacturing)與虛擬制

　　造技術(shù)：綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)

　　代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運

　　輸、使用到報廢的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響(負(fù)

　　作用)最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們

　　日益重視環(huán)境保護(hù)的必然選擇，發(fā)展不能以環(huán)境污染為代

　　價。國際制造業(yè)的實踐表明，通過改進(jìn)整個制造工藝來減少

　　廢棄物，要比處理工廠處理已經(jīng)排放的廢棄物大大節(jié)省開

　　支，因此，當(dāng)綠色制造發(fā)展到一定階段時，在虛擬制造技術(shù)

　　中必定要集成綠色制造這一部分，即綠色制造可以通過虛擬

　　制造中的仿真功能來實現(xiàn)。

　　從以上的分析中我們可以看到：各種先進(jìn)制造技術(shù)是相

　　互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，它們都離不開計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、工程數(shù)據(jù)

　　庫技術(shù)的支持，從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變，使技術(shù)

　　的發(fā)展更加符合人類社會的需要是它們的共同特點。它們之

　　間的關(guān)系可以簡單地如圖1所示，精益生產(chǎn)是實現(xiàn)虛擬制造的

　　技術(shù)手段之一，屬于基礎(chǔ)性工作;綠色制造是虛擬制造的一

　　個子功能;在并行工程和敏捷制造之間虛擬制造處于承上啟

　　下的核心地位。

　　圖1　虛擬制造與其他先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系

　　3　我國虛擬制造技術(shù)的發(fā)展策略

　　在市場競爭的推動下，先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展十分迅速，新

　　思想、新概念層出不窮，通過對虛擬制造技術(shù)與其它先進(jìn)制

　　造技術(shù)關(guān)系的分析，從純技術(shù)的角度上看，在制定我國虛擬

　　制造技術(shù)發(fā)展策略時，應(yīng)該注重以人為本的思想，運用并行

　　工程的哲理，使各種先進(jìn)制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展，最

　　終實現(xiàn)虛擬制造技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用。但是，虛擬制造技

　　術(shù)所包括的內(nèi)容并不是純技術(shù)范圍內(nèi)的事，它是對傳統(tǒng)制造

　　方式的全面變革，帶來了企業(yè)組織、企業(yè)管理及生產(chǎn)方式等

　　多方面的變化，對此我們也要有足夠的重視。

　　目前，在美國并行工程已到了推廣應(yīng)用階段，其虛擬制

　　造研究方面也有試驗性系統(tǒng)投入使用，在這方面我們存在巨

　　大的差距，從大的方面看主要表現(xiàn)在：從研究工作方面看，

　　科研經(jīng)費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應(yīng)用，人

　　才流失嚴(yán)重;從企業(yè)方面看，企業(yè)的整體素質(zhì)不高，管理工

　　作落后，科研能力薄弱，當(dāng)面臨國際競爭時大多難以為繼，

　　很難在先進(jìn)制造技術(shù)方面花費過多，而且受企業(yè)人員素質(zhì)的

　　制約，一些先進(jìn)的技術(shù)還不易取得立竿見影的實際效果，這

　　些都影響了企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)的熱情;從國家政策方面

　　看，雖然國家對制造業(yè)十分重視，但是，由于我國當(dāng)前正處

　　在改革過程中，多種機(jī)制同時運行，多方利益難以協(xié)調(diào)，在

　　資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用

　　重金支持虛擬制造技術(shù)的研究。針對上述實際情況，我們提

　　出下列解決方案：

　　(1)　以企業(yè)需求為出發(fā)點，以“甩圖板”工程為契

　　機(jī)，大力普及CAD技術(shù)，幫助企業(yè)進(jìn)行人員培訓(xùn)，提高企業(yè)人

　　員的素質(zhì)(其中包括技術(shù)水平、勞動態(tài)度、道德水平等)，

　　在CIMS成功示范企業(yè)中及時推廣精益生產(chǎn)、并行工程等思想

　　和技術(shù)，為虛擬制造技術(shù)的實現(xiàn)提供堅實的基礎(chǔ)，在個別企

　　業(yè)或部門首先實現(xiàn)虛擬制造。

　　(2)　在政府方面，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(jìn)行多方面、多層次的合作，加強(qiáng)科研成果的應(yīng)

　　用推廣，而且應(yīng)組織多學(xué)科、跨地區(qū)的科研力量共同攻關(guān);

　　從宏觀上加強(qiáng)對虛擬制造技術(shù)的指導(dǎo)，盡早制定符合我國國

　　情的發(fā)展計劃。

　　(3)　在技術(shù)的先進(jìn)性方面，不要過度追求世界領(lǐng)先，

　　應(yīng)該根據(jù)企業(yè)實際要求，解決實際問題，力爭盡快創(chuàng)造效

　　益，以此取得企業(yè)的支持并獲得資金上的幫助，以便形成良

　　性循環(huán)，促進(jìn)研究工作的進(jìn)一步開展。

　　(4)　從企業(yè)方面看，要注重工業(yè)工程的推廣應(yīng)用，從

　　管理中要效益;在行業(yè)內(nèi)部，應(yīng)按具有一定通用性和行業(yè)特

　　色進(jìn)行虛擬制造技術(shù)的研究，推動整個行業(yè)的發(fā)展;在整個

　　制造業(yè)中，應(yīng)抓住共性對普遍采用的技術(shù)、人員組織和生產(chǎn)

　　管理等方面開展虛擬制造技術(shù)的研究，加強(qiáng)整個制造業(yè)的競

　　爭力。

　　(5)　針對我國科研力量分散的弱點，仿照分散網(wǎng)絡(luò)化

　　生產(chǎn)的思想，利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，開展合作研究，建立分布式

　　網(wǎng)絡(luò)化研究中心，協(xié)調(diào)一致進(jìn)行科技攻關(guān)。所謂分布式網(wǎng)絡(luò)

　　化研究中心就是利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)

　　實研究活動中的人、物、信息及研究過程進(jìn)行全面的集成。

　　在一定時期內(nèi)為了共同的目標(biāo)以最佳的人員和單位組合來開

　　展科學(xué)研究工作，調(diào)動各方面的積極性通過協(xié)同工作達(dá)到研

　　究工作的廣泛開展和深入進(jìn)行，縮短科研周期，增強(qiáng)科技成

　　果的競爭力，也可以說分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心是將現(xiàn)實的研

　　究機(jī)構(gòu)的職能在網(wǎng)絡(luò)中的映射，是一種“虛擬”的工作模

　　式。

　　從單純的技術(shù)角度看，在一個企業(yè)要實現(xiàn)虛擬制造，應(yīng)

　　分階段逐步進(jìn)行，不能隨便超越階段，一般可以從以下幾個

　　階段開始：

　　(1)　建立企業(yè)網(wǎng)和工程數(shù)據(jù)庫，初步實現(xiàn)CAD、

　　CAPP、CAM的功能。

　　(2)　進(jìn)行信息集成，推行PDM技術(shù)、特征建模技術(shù)，

　　形成一個CAD、CAPP、CAM的集成系統(tǒng)。

　　(3)　首先在設(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;再進(jìn)一步將企業(yè)管理方面的MIS、

　　MRPⅡ與CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行集成，實現(xiàn)全廠范圍內(nèi)的信息集

　　成，全面實現(xiàn)并行工程。

　　(4)　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(jìn)行建模、仿真，實現(xiàn)虛擬制造。

　　綜上所述，發(fā)展我國的虛擬制造技術(shù)應(yīng)該以企業(yè)的需求

　　為動力，通過政府的政策和計劃的協(xié)調(diào)，繼續(xù)深入開展成組

　　技術(shù)、準(zhǔn)時化生產(chǎn)技術(shù)及并行工程的研究與應(yīng)用，并利用工

　　業(yè)工程思想和分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心，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)的如媒體遠(yuǎn)程通訊、網(wǎng)

　　絡(luò)技術(shù)、工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)、靈境技術(shù)等，為虛擬制造功能的

　　實現(xiàn)提供有力支撐。就現(xiàn)在研究情況來看，虛擬制造技術(shù)在

　　國外發(fā)展很快，我們應(yīng)適當(dāng)吸收國外的成熟經(jīng)驗，在研究中

　　大膽創(chuàng)新，在應(yīng)用時要注意人與技術(shù)的協(xié)調(diào)，注重企業(yè)實

　　際，達(dá)到事半功倍的效果