虛擬制造技術在現代制造業發展中的地位研究

一、虛擬制造技術的產生的背景

隨著經濟的全球化和社會的信息化，市場競爭日益激烈，顧客需求日趨多樣化。由于制造業產品價值鏈上的產品設計開發和銷售服務環節變得相對重要，現代的制造企業產品的上市速度、產品質量、生產成本和售后服務成為決定企業經營成敗的關鍵，為此產生了許多新的制造技術和制造系統，如柔性制造系統(FMS)、計算機集成制造系統(CIMS)等。今天的制造業已經成為同時對物質、信息和知識進行處理的產業。然而，這些系統仍然存在著一些問題，如：系統投資較大、周期較長，系統的效益和風險有效的評估可操作性差；不能確實有效地協調設計與制造各階段的關系，以尋求企業整體全局最優效益。隨著計算機網絡和虛擬現實等先進技術的出現，虛擬制造技術應運而生，它的誕生是現代科學技術和生產技術發展的必然結果，是各種現代制造技術與系統發展的必然趨勢。

二、虛擬制造的內涵

1.虛擬制造的定義。虛擬制造是實際制造過程在計算機的本質實現，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，在計算機上實現產品開發、制造以及管理與控制等制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。也就是說虛擬制造是對實際制造進行抽象、分析、綜合、得到實際產品的全數字化模型，其最終目標是反作用于實際制造過程，用來指導生產實踐。

虛擬制造技術可以分為三大類：一是以設計為中心的虛擬制造技術；二是以生產為中心的虛擬制造技術；三是以控制為中心的虛擬制造技術。

2.虛擬制造的技術特征。虛擬制造與實際制造相比，它具有如下主要特征：

(1)高度集成。虛擬制造中產品設計與制造過程是在虛擬的產品數字化模型中進行產品設計、制造、測試等過程，并且在虛擬的制造環境中檢驗其設計、加工、裝配和操作。因此，易于綜合運用系統工程知識、并行工程和人—機工程等多學科先進技術，實現信息集成、知識集成、串并行交錯工作機制集成和人—機集成。

(2)敏捷靈活。開發的產品(部件)可存放在計算機里，既節省倉儲費用，利于產品再次快速改型設計，從而大幅度縮短了生產準備周期，降低了成本，提高了產品從設計、制造到銷售全過程的整體性和敏捷性。

(3)分布合作。虛擬制造通過Internet可使分布在不同地點、不同部門的不同專業人員在同一產品模型上同時工作，相互交流，實現資源共享，發揮各自特長，實現異地設計、制造，從而使產品開發以快捷、優質、低耗響應市場變化，將制造業信息化與知識化融為一體。

三、虛擬制造技術對發展我制造業的作用

1.減少資源浪費，實現綠色制造。綠色制造是一個綜合考慮環境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使產品在從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中，對環境的影響(負作用)最小，資源的使用效率最高。而虛擬制造技術的應用對整個制造工藝來說減少了廢棄物，這要比處理工廠已經排放的廢棄物大大節省開支，它將成為綠色制造的一部分。

2.規避生產要素缺乏、生產成本過高的局面。在實際生產前，在不消耗資源和能量的情況下驗證產品方案。在虛擬制造環境下，工程設計人員可以直接對設計出的產品進行各項實驗，檢查產品各方面的技術性能等，還可以對生產的組織和進度安排進行實驗，確立合理的進度表等。這樣就可大大降低生產成本，減少新產品開發的投資。

3.敏捷轉換產品生產，快速滿足市場需求。虛擬制造是“核心”企業按市場需求決定委托加工的任務單，將設計、生產、組裝的全部或部分任務外包給其他企業來完戎，而虛擬企業中的成員企業均擁有各自的優勢資源、核心技術，是專業程度很高的企業，容易對產品的某一零部件進行改進和創新，能敏捷地轉換不同類型產品的生產，從而快速滿足市場需求。

4.增強企業柔性和抗市場風險能力?！疤摂M制造”能按市場需求決定委托加工的任務單，當產品的市場需求減少時，可以迅速降低委托加工量，而不用承擔生產過剩的風險。顯然，這部分風險分散轉嫁給了委托加工企業。但由于受委托方往往是專業化的加工企業，對分散轉嫁的風險具有較強的應變能力，常能在短時間內改變生產加工產品內容。

5.突破中小企業的規模瓶頸。虛擬企業內部交易是一種“準市場交易”，它比純市場交易穩定，又比一體化企業內部交易靈活，集合了市場和企業的雙重優勢。企業通過虛擬制造有效避免或降低了在純市場、信息不對稱條件下尋求生產要素、進行交易的高成本，從而提升了產品在市場中的競爭力。企業突破傳統發展模式、擴大規模、跳躍發展成為可能。

6.通過分析設計的可制造性，虛擬制造可以提高產品設計質量、減少設計缺陷、優化產品性能。

四、結論

虛擬制造技術是虛擬現實技術和計算機仿真技術在制造領域的綜合發展及應用，它為制造業帶來全新的概念。它既是一項先進制造技術又是一種先進制造理念，這項新興的制造技術為制造業的發展指明了方向，減少了資源浪費，實現了綠色制造，使制造業達到了前所未有的高度集成化與優化，為先進制造技術的進一步發展提供了更廣闊的空間，是現代制造業信息化過程中不可逾越的階段。

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