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　　大連理工大學 陳曉川　張暴暴　馮辛安　劉曉冰

　　摘要　虛擬制造技術是近幾年出現的先進制造技術之

　　一，是企業以信息集成為基礎的一種新的制造哲理。本文結

　　合我國國情，通過分析虛擬制造技術的重大作用與其它先進

　　制造技術的關系，從多方面論述了我國發展虛擬制造技術的

　　策略及途徑，希望為我國制造業的發展做些有益的探索。

　　關鍵詞　虛擬制造技術　并行工程　工業工程　分布式

　　網絡化研究中心

　　1　虛擬制造技術

　　虛擬制造(Virtual　Manufacturing)又叫擬實制造，

　　它利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現實制造活動中

　　的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發現制造中

　　可能出現的問題，在產品實際生產前就采取預防措施，從而

　　達到產品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產品開發

　　周期，增強產品競爭力的目的。當然，虛擬制造也可以對想

　　象中的制造活動進行仿真，它不消耗現實資源和能量，所進

　　行的過程是虛擬過程，所生產的產品也是虛擬的。

　　目前，虛擬制造技術已經在國外有所應用，例如：美國

　　Boneing公司設計的一架VS—X虛擬飛機，可用頭盔顯示器和

　　數據手套進行觀察與控制，使飛機設計人員身臨其境地觀察

　　飛機設計的結果，并對其外觀、內部結構及使用性能進行考

　　察;日本Matsushita公司開發的虛擬廚房設備制造系統，允

　　許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環境中體驗不同設備

　　的功能，按自己的喜好評價、選擇和重組這些設備，他們的

　　選擇將被存儲，并通過網絡送至生產部門進行生產;美國

　　Coventry　School　of　Art　and　Design開發的虛擬原

　　型制作系統，設計者在設計的初始階段能夠在計算機中構造

　　虛擬原型并對此原型進行評價[7]。虛擬制造技術的應用將

　　會對未來制造業的發展產生深遠影響，它的重大作用主要表

　　現為：

　　(1)　運用軟件對制造系統中的五大要素(人、組織管

　　理、物流、信息流、能量流)進行全面仿真，使之達到了前

　　所未有的高度集成，為先進制造技術的進一步發展提供了更

　　廣大的空間，同時也推動了相關技術的不斷發展和進步。

　　(2)　可加深人們對生產過程和制造系統的認識和理

　　解，有利于對其進行理論升華，更好地指導實際生產，即對

　　生產過程、制造系統整體進行優化配置，推動生產力的巨大

　　躍升。

　　(3)　在虛擬制造與現實制造的相互影響和作用過程

　　中，可以全面改進企業的組織管理工作，而且對正確作出決

　　策有不可估量的影響。

　　(4)　虛擬制造技術的應用將加快企業人才的培養速

　　度。我們都知道模擬駕駛室對駕駛員、飛行員的培養起到了

　　良好作用，虛擬制造也會產生類似的作用。

　　虛擬制造技術的廣泛應用將從根本上改變現行的制造模

　　式，對相關行業也將產生巨大影響，可以說虛擬制造技術決

　　定著企業的未來，也決定著制造業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的

　　研究及發展策略的制定。

　　2　虛擬制造技術與其它先進制造技術的關系

　　(1)　精益生產(Lean　Production)與虛擬制造技

　　術：精益生產要求簡化生產過程，減少信息量，消除過分臃

　　腫的生產組織，使產品及其生產過程盡可能地簡化和標準

　　化。這樣做的結果對虛擬制造的建模仿真是十分有利的，即

　　現實生產過程越簡化則虛擬制造實現起來就越容易。精益生

　　產的核心是準時化生產和成組技術。實行精益生產為虛擬制

　　造的實現創造了有利條件，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：并行工程是集成地、并行地設計產品及其相關過

　　程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。它要求產品開

　　發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產

　　品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要

　　求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通

　　過它來實現不同部門人員的協同工作;為了達到產品的一次

　　設計成功，減少反復，它在許多部分應用了仿真技術;主模

　　型的建立、局部仿真的應用等都包含在虛擬制造技術中，可

　　以說并行工程的發展為虛擬制造技術的誕生創造了條件，虛

　　擬制造技術將是以并行工程為基礎的，并行工程的進一步發

　　展就是虛擬制造技術。

　　(3)　敏捷制造(Agile　Manufacturing)與虛擬制

　　造技術：敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者

　　組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體

　　競爭能力，對用戶需求作出快速反應，以滿足用戶的需要。

　　為了達到快速應變能力，虛擬企業的建立是關鍵技術，其核

　　心是虛擬制造技術，即敏捷制造是以虛擬制造技術為基礎

　　的。

　　(4)　綠色制造(Green　Manufacturing)與虛擬制

　　造技術：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，其目標是使得產品從設計、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。綠色制造的提出是人們

　　日益重視環境保護的必然選擇，發展不能以環境污染為代

　　價。國際制造業的實踐表明，通過改進整個制造工藝來減少

　　廢棄物，要比處理工廠處理已經排放的廢棄物大大節省開

　　支，因此，當綠色制造發展到一定階段時，在虛擬制造技術

　　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。

　　從以上的分析中我們可以看到：各種先進制造技術是相

　　互關聯、彼此交叉的，它們都離不開計算機網絡、工程數據

　　庫技術的支持，從以技術為中心向以人為中心轉變，使技術

　　的發展更加符合人類社會的需要是它們的共同特點。它們之

　　間的關系可以簡單地如圖1所示，精益生產是實現虛擬制造的

　　技術手段之一，屬于基礎性工作;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制造技術的關系

　　3　我國虛擬制造技術的發展策略

　　在市場競爭的推動下，先進制造技術發展十分迅速，新

　　思想、新概念層出不窮，通過對虛擬制造技術與其它先進制

　　造技術關系的分析，從純技術的角度上看，在制定我國虛擬

　　制造技術發展策略時，應該注重以人為本的思想，運用并行

　　工程的哲理，使各種先進制造技術相互銜接、協調發展，最

　　終實現虛擬制造技術在我國的廣泛應用。但是，虛擬制造技

　　術所包括的內容并不是純技術范圍內的事，它是對傳統制造

　　方式的全面變革，帶來了企業組織、企業管理及生產方式等

　　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用階段，其虛擬制

　　造研究方面也有試驗性系統投入使用，在這方面我們存在巨

　　大的差距，從大的方面看主要表現在：從研究工作方面看，

　　科研經費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應用，人

　　才流失嚴重;從企業方面看，企業的整體素質不高，管理工

　　作落后，科研能力薄弱，當面臨國際競爭時大多難以為繼，

　　很難在先進制造技術方面花費過多，而且受企業人員素質的

　　制約，一些先進的技術還不易取得立竿見影的實際效果，這

　　些都影響了企業應用先進制造技術的熱情;從國家政策方面

　　看，雖然國家對制造業十分重視，但是，由于我國當前正處

　　在改革過程中，多種機制同時運行，多方利益難以協調，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)　以企業需求為出發點，以“甩圖板”工程為契

　　機，大力普及CAD技術，幫助企業進行人員培訓，提高企業人

　　員的素質(其中包括技術水平、勞動態度、道德水平等)，

　　在CIMS成功示范企業中及時推廣精益生產、并行工程等思想

　　和技術，為虛擬制造技術的實現提供堅實的基礎，在個別企

　　業或部門首先實現虛擬制造。

　　(2)　在政府方面，應發揮政府的協調職能，組織企業

　　和科研部門進行多方面、多層次的合作，加強科研成果的應

　　用推廣，而且應組織多學科、跨地區的科研力量共同攻關;

　　從宏觀上加強對虛擬制造技術的指導，盡早制定符合我國國

　　情的發展計劃。

　　(3)　在技術的先進性方面，不要過度追求世界領先，

　　應該根據企業實際要求，解決實際問題，力爭盡快創造效

　　益，以此取得企業的支持并獲得資金上的幫助，以便形成良

　　性循環，促進研究工作的進一步開展。

　　(4)　從企業方面看，要注重工業工程的推廣應用，從

　　管理中要效益;在行業內部，應按具有一定通用性和行業特

　　色進行虛擬制造技術的研究，推動整個行業的發展;在整個

　　制造業中，應抓住共性對普遍采用的技術、人員組織和生產

　　管理等方面開展虛擬制造技術的研究，加強整個制造業的競

　　爭力。

　　(5)　針對我國科研力量分散的弱點，仿照分散網絡化

　　生產的思想，利用計算機網絡，開展合作研究，建立分布式

　　網絡化研究中心，協調一致進行科技攻關。所謂分布式網絡

　　化研究中心就是利用信息技術、網絡技術、計算機技術對現

　　實研究活動中的人、物、信息及研究過程進行全面的集成。

　　在一定時期內為了共同的目標以最佳的人員和單位組合來開

　　展科學研究工作，調動各方面的積極性通過協同工作達到研

　　究工作的廣泛開展和深入進行，縮短科研周期，增強科技成

　　果的競爭力，也可以說分布式網絡化研究中心是將現實的研

　　究機構的職能在網絡中的映射，是一種“虛擬”的工作模

　　式。

　　從單純的技術角度看，在一個企業要實現虛擬制造，應

　　分階段逐步進行，不能隨便超越階段，一般可以從以下幾個

　　階段開始：

　　(1)　建立企業網和工程數據庫，初步實現CAD、

　　CAPP、CAM的功能。

　　(2)　進行信息集成，推行PDM技術、特征建模技術，

　　形成一個CAD、CAPP、CAM的集成系統。

　　(3)　首先在設計、工藝、制造部門建立統一的產品模

　　型，初步實現并行工程;再進一步將企業管理方面的MIS、

　　MRPⅡ與CAD/CAM系統進行集成，實現全廠范圍內的信息集

　　成，全面實現并行工程。

　　(4)　在上述工作的基礎上，對企業內的生產、經營等

　　多方面的活動進行建模、仿真，實現虛擬制造。

　　綜上所述，發展我國的虛擬制造技術應該以企業的需求

　　為動力，通過政府的政策和計劃的協調，繼續深入開展成組

　　技術、準時化生產技術及并行工程的研究與應用，并利用工

　　業工程思想和分布式網絡化研究中心，組織各地區的科研力

　　量集中突破與虛擬制造技術密切相關的如媒體遠程通訊、網

　　絡技術、工程數據庫技術、靈境技術等，為虛擬制造功能的

　　實現提供有力支撐。就現在研究情況來看，虛擬制造技術在

　　國外發展很快，我們應適當吸收國外的成熟經驗，在研究中

　　大膽創新，在應用時要注意人與技術的協調，注重企業實

　　際，達到事半功倍的效果