我国虚拟制造技术发展策略浅析
内容提要：虚拟制造技术是近几年出现的先进制造技术之一，是企业以信息集成为基础的一种新的制造哲理，本文结合我国国情，通过分析虚拟制造技术的重大作用与其它先进制造技术的关系，从多方面论述了我国发展虚拟制造技术的策略及途径，希望为我国制造业的发展做些有益的探索。
主题词：虚拟制造技术，并行工程，工业工程，分布式网络化研究中心
1. 虚拟制造技术
虚拟制造（VirtualManufacturing）又叫拟实制造，它利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。当然，虚拟制造也可以对想象中的制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。
目前，虚拟制造技术已经在国外有所应用，例如：美国Boneing公司设计的一架VS?/FONT﹥X虚拟飞机，可用头盔显示器和数据手套进行观察与控制，使飞机设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外观、内部结构及使用性能进行考察；日本Matsushita公司开发的虚拟厨房设备制造系统，允许消费者在购买商品前，在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能，按自己的喜好评价、选择和重组这些设备，他们的选择将被存储并通过网络送至生产部门进行生产；美国CoventrySchoolofArtandDesign开发的虚拟原型制作系统，设计者在设计的初始阶段能够在计算机中构造虚拟原型并对此原型进行评价【7】。虚拟制造技术的应用将会对未来制造业的发展产生深远影响，它的重大作用主要表现为：
1. 运用软件对制造系统中的五大要素（人、组织管理、物流、信息流、能量流）进行全面仿真，使之达到了前所未有的高度集成，为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间，同时也推动了相关技术的不断发展和进步。
2. 可加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于对其进行理论升华，更好地指导实际生产，即对生产过程、制造系统整体进行优化配置，推动生产力的巨大跃升。
3. 在虚拟制造与现实制造的相互影响和作用过程中，可以全面改进企业的组织管理工作，而且对正确作出决策有不可估量的影响。
4. 虚拟制造技术的应用将加快企业人才的培养速度。我们都知道模拟驾驶室对驾驶员、飞行员的培养起到了良好作用，虚拟制造也会产生类似的作用。
虚拟制造技术的广泛应用将从根本上改变现行的制造模式，对相关行业也将产生巨大影响，可以说虚拟制造技术决定着企业的未来，也决定着制造业在竞争中能否立于不败之地。对此我们必须引起高度重视，加紧开展虚拟制造技术的研究及发展策略的制定。
2. 虚拟制造技术与其它先进制造技术的关系
（1）精益生产（LeanProduction）与虚拟制造技术：精益生产要求简化生产过程，减少信息量，消除过分臃肿的生产组织，使产品及其生产过程尽可能地简化和标准化。这样做的结果对虚拟制造的建模仿真是十分有利的，即现实生产过程越简化则虚拟制造实现起来就越容易。精益生产的核心是准时化生产和成组技术。实行精益生产为虚拟制造的实现创造了有利条件，长春一汽在这方面走在了前面。
（2）并行工程（ConcurrentEngineering）与虚拟制造技术：并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。
（3）敏捷制造（AgileManufacturing）与虚拟制造技术：敏捷制造是以竞争力和信誉度为基础，选择合作者组成虚拟公司，分工合作，为同一目标共同努力来增强整体竞争能力，对用户需求作出快速反应，以满足用户的需要。为了达到快速应变能力，虚拟企业的建立是关键技术，其核心是虚拟制造技术，即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。
（4）绿色制造与虚拟制造技术：绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源的使用效率最高。绿色制造的提出是人们日益重视环境保护的必然选择，发展不能以环境污染为代价，国际制造业的实践表明，通过改进整个制造工艺来减少废弃物，要比处理工厂处理已经排放的废弃物大大节省开支，因此，当绿色制造发展到一定阶段时，在虚拟制造技术中必定要集成绿色制造这一部分。
从以上的分析中我们可以看到：各种先进制造技术是相互关联、彼此交叉的，它们都离不开计算机网络、工程数据库技术的支持，从以技术为中心向以人为中心转变，使技术的发展更加符合人类社会的需要是它们的共同特点。它们之间的关系可以简单地如图1所示。
3. 我国虚拟制造技术的发展策略
在市场竞争的推动下，先进制造技术发展十分迅速，新思想、新概念层出不穷，通过对虚拟制造技术与其它先进制造技术关系的分析，从纯技术的角度上看，在制定我国虚拟制造技术发展策略时，应该注重以人为本的思想，运用并行工程的哲理，使各种先进制造技术相互衔接、协调发展，最终实现虚拟制造技术在我国的广泛应用。但是，虚拟制造技术所包括的内容并不是纯技术范围内的事，它是对传统制造方式的全面变革，带来了企业组织、企业管理及生产方式等多方面的变化，对此我们也要有足够的重视。
目前，在美国并行工程已到了推广应用阶段，其虚拟制造研究方面也有试验性系统投入使用，在这方面我们存在巨大的差距，主要表现在：从研究工作方面看，科研经费紧缺，科研力量分散，科研成果难以推广应用，人才流失严重；从企业方面看，企业的整体素质不高，管理工作落后，科研能力薄弱，当面临国际竞争时大多难以为继，很难在先进制造技术方面花费过多，而且受企业人员素质的制约，一些先进的技术还不易取得立竿见影的实际效果，这些都影响了企业应用先进制造技术的热情；从国家政策方面看，虽然国家对制造业十分重视，但是，由于我国当前正处在改革过程中，多种机制同时运行，多方利益难以协调，在资金使用上往往顾此失彼，而且国家财政困难，也难以使用重金支持虚拟制造技术的研究。针对上述实际情况，我们提出下列解决方案：
（1）以企业需求为出发点，以“甩图板”工程为契机，大力普及CAD技术，帮助企业进行人员培训，提高企业人员的素质（其中包括技术水平、劳动态度、道德水平等），在CIMS成功示范企业中及时推广并行工程、敏捷制造等思想和技术，为虚拟制造技术的实现提供坚实的基础，在个别企业或部门首先实现虚拟制造。
（2）在政府方面，应发挥政府的协调职能，组织企业和科研部门进行多方面、多层次的合作，加强科研成果的应用推广，而且应组织多学科、跨地区的科研力量共同攻关；从宏观上加强对虚拟制造技术的指导，尽早制定符合我国国情的发展计划。
（3）在技术的先进性方面，不要过度追求世界领先，应该根据企业实际要求，解决实际问题，力争尽快创造效益，以此取得企业的支持并获得资金上的帮助，以便形成良性循环，促进研究工作的进一步开展。
（4）从企业方面看，要注重工业工程的推广应用，从管理中要效益；在行业内部，应按具有一定通用性和行业特色进行虚拟制造技术的研究，推动整个行业的发展；在整个制造业中，应抓住共性对普遍采用的技术、人员组织和生产管理等方面开展虚拟制造技术的研究，加强整个制造业的竞争力。
（5）针对我国科研力量分散的弱点，仿照分散网络化生产的思想，利用计算机网络，开展合作研究，建立分布式网络化研究中心，协调一致进行科技攻关。所谓分布式网络化研究中心就是利用信息技术、网络技术、计算机技术对现实研究活动中的人、物、信息及研究过程进行全面的集成，在一定时期内为了共同的目标以最佳的人员和单位组合来开展科学研究工作，调动各方面的积极性通过协同工作达到研究工作的广泛开展和深入进行，缩短科研周期，增强科技成果的竞争力，也可以说分布式网络化研究中心是将现实的研究机构的职能在网络中的映射，是一种“虚拟”的工作模式。
从单纯的技术角度看，在一个企业要实现虚拟制造，应分阶段逐步进行，不能随便超越阶段，一般可以从以下几个阶段开始：
（1）建立企业网和工程数据库，初步实现CAD、CAPP、CAM功能。
（2）进行信息集成，推行PDM技术、特征建模技术，形成一个CAD、CAPP、CAM的集成系统。
（3）首先在设计、工艺、制造部门建立统一的产品模型，初步实现并行工程；进一步将企业管理方面的MIS、MRPII与CAD/CAM系统进行集成，实现全厂范围内的信息集成，全面实现并行工程。
（4）在上述工作的基础上，对企业内的生产、经营等多方面的活动进行建模、仿真，实现虚拟制造。
综上所述，发展我国的虚拟制造技术应该以企业的需求为动力，通过政府的政策和计划的协调，继续深入开展成组技术、准时化生产技术及并行工程的研究与应用，并利用工业工程思想和分布式网络化研究中心，组织各地区的科研力量集中突破与虚拟制造技术密切相关的如多媒体远程通讯、网络技术、工程数据库技术、灵境技术等，为虚拟制造功能的实现提供有力支撑。就现在研究情况来看，虚拟制造技术在国外发展很快，我们应适当吸收国外的成熟经验，在研究中大胆创新，在应用时要注意人与技术的协调，注重企业实际，达到事半功倍的效果。
主要参考文献
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5.张申生：拟实制造与现代仿真技术，系统仿真学报，1995,7（3）18～22
6.冯晓江译，虚拟制造综述，现代科技译丛，1998,17～8
7.王宏典、张友良，虚拟制造技术及其应用，1998,17（3）477～479
8.JoseMiguelSallesDias,RicardoGalli:mWorld:AMultiuser3DVirtualEnvironment.ComputerGraphicsandApplications.Vol.17,No.2Mar/April1997
ANALYSISOFTHESTRATEGYOFVIRTUALMANUFACTURINGTECHNOLOGYINCHINA
ChenXiao-Chuan,ZhangBao-Bao,FengXin-An,LiuXiao-Bing
(DalianUniversityofTechnology,CIMSCentre,Dalian,116023)
Abstract:VirtualManufacturingTechnology(VMT)isoneoftheAdvancedManufacturingTechnologies(AMTs)andisanewmanufacturingmethodologybasedoninformationintegrationinanenterprise.Inthispaper,weanalyzedVMT’sroleandtherelationbetweenVMTandtheotherAMTs.AccordingtoChineseconditions,weproposedsomestrategiesthatwillbebeneficialtoourmanufacturingsectorinordertodevelopVMTinChina.
Keywords:VirtualManufacturingTechnology,ConcurrentEngineering,IndustrialEngineering,DistributedNetworkedResearchCentre
