虛擬制造技術(shù)地位

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一、虛擬制造技術(shù)的產(chǎn)生的背景

隨著經(jīng)濟(jì)的全球化和社會(huì)的信息化，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，顧客需求日趨多樣化。由于制造業(yè)產(chǎn)品價(jià)值鏈上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售服務(wù)環(huán)節(jié)變得相對(duì)重要，現(xiàn)代的制造企業(yè)產(chǎn)品的上市速度、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本和售后服務(wù)成為決定企業(yè)經(jīng)營(yíng)成敗的關(guān)鍵，為此產(chǎn)生了許多新的制造技術(shù)和制造系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等。今天的制造業(yè)已經(jīng)成為同時(shí)對(duì)物質(zhì)、信息和知識(shí)進(jìn)行處理的產(chǎn)業(yè)。然而，這些系統(tǒng)仍然存在著一些問(wèn)題，如：系統(tǒng)投資較大、周期較長(zhǎng)，系統(tǒng)的效益和風(fēng)險(xiǎn)有效的評(píng)估可操作性差；不能確實(shí)有效地協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)與制造各階段的關(guān)系，以尋求企業(yè)整體全局最優(yōu)效益。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，虛擬制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它的誕生是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是各種現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

二、虛擬制造的內(nèi)涵

1.虛擬制造的定義。虛擬制造是實(shí)際制造過(guò)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(kāi)發(fā)、制造以及管理與控制等制造的本質(zhì)過(guò)程，以增強(qiáng)制造過(guò)程各級(jí)的決策與控制能力。也就是說(shuō)虛擬制造是對(duì)實(shí)際制造進(jìn)行抽象、分析、綜合、得到實(shí)際產(chǎn)品的全數(shù)字化模型，其最終目標(biāo)是反作用于實(shí)際制造過(guò)程，用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

虛擬制造技術(shù)可以分為三大類(lèi)：一是以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造技術(shù)；二是以生產(chǎn)為中心的虛擬制造技術(shù)；三是以控制為中心的虛擬制造技術(shù)。

2.虛擬制造的技術(shù)特征。虛擬制造與實(shí)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(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程是在虛擬的產(chǎn)品數(shù)字化模型中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試等過(guò)程，并且在虛擬的制造環(huán)境中檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)、加工、裝配和操作。因此，易于綜合運(yùn)用系統(tǒng)工程知識(shí)、并行工程和人—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(shí)集成、串并行交錯(cuò)工作機(jī)制集成和人—機(jī)集成。

(2)敏捷靈活。開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品(部件)可存放在計(jì)算機(jī)里，既節(jié)省倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)用，利于產(chǎn)品再次快速改型設(shè)計(jì)，從而大幅度縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低了成本，提高了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到銷(xiāo)售全過(guò)程的整體性和敏捷性。

(3)分布合作。虛擬制造通過(guò)Internet可使分布在不同地點(diǎn)、不同部門(mén)的不同專(zhuān)業(yè)人員在同一產(chǎn)品模型上同時(shí)工作，相互交流，實(shí)現(xiàn)資源共享，發(fā)揮各自特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、制造，從而使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場(chǎng)變化，將制造業(yè)信息化與知識(shí)化融為一體。

三、虛擬制造技術(shù)對(duì)發(fā)展我制造業(yè)的作用

1.減少資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)綠色制造。綠色制造是一個(gè)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)是使產(chǎn)品在從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的影響(負(fù)作用)最小，資源的使用效率最高。而虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用對(duì)整個(gè)制造工藝來(lái)說(shuō)減少了廢棄物，這要比處理工廠已經(jīng)排放的廢棄物大大節(jié)省開(kāi)支，它將成為綠色制造的一部分。

2.規(guī)避生產(chǎn)要素缺乏、生產(chǎn)成本過(guò)高的局面。在實(shí)際生產(chǎn)前，在不消耗資源和能量的情況下驗(yàn)證產(chǎn)品方案。在虛擬制造環(huán)境下，工程設(shè)計(jì)人員可以直接對(duì)設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，檢查產(chǎn)品各方面的技術(shù)性能等，還可以對(duì)生產(chǎn)的組織和進(jìn)度安排進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確立合理的進(jìn)度表等。這樣就可大大降低生產(chǎn)成本，減少新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的投資。

3.敏捷轉(zhuǎn)換產(chǎn)品生產(chǎn)，快速滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。虛擬制造是“核心”企業(yè)按市場(chǎng)需求決定委托加工的任務(wù)單，將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組裝的全部或部分任務(wù)外包給其他企業(yè)來(lái)完戎，而虛擬企業(yè)中的成員企業(yè)均擁有各自的優(yōu)勢(shì)資源、核心技術(shù)，是專(zhuān)業(yè)程度很高的企業(yè)，容易對(duì)產(chǎn)品的某一零部件進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，能敏捷地轉(zhuǎn)換不同類(lèi)型產(chǎn)品的生產(chǎn)，從而快速滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

4.增強(qiáng)企業(yè)柔性和抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)能力?！疤摂M制造”能按市場(chǎng)需求決定委托加工的任務(wù)單，當(dāng)產(chǎn)品的市場(chǎng)需求減少時(shí)，可以迅速降低委托加工量，而不用承擔(dān)生產(chǎn)過(guò)剩的風(fēng)險(xiǎn)。顯然，這部分風(fēng)險(xiǎn)分散轉(zhuǎn)嫁給了委托加工企業(yè)。但由于受委托方往往是專(zhuān)業(yè)化的加工企業(yè)，對(duì)分散轉(zhuǎn)嫁的風(fēng)險(xiǎn)具有較強(qiáng)的應(yīng)變能力，常能在短時(shí)間內(nèi)改變生產(chǎn)加工產(chǎn)品內(nèi)容。5.突破中小企業(yè)的規(guī)模瓶頸。虛擬企業(yè)內(nèi)部交易是一種“準(zhǔn)市場(chǎng)交易”，它比純市場(chǎng)交易穩(wěn)定，又比一體化企業(yè)內(nèi)部交易靈活，集合了市場(chǎng)和企業(yè)的雙重優(yōu)勢(shì)。企業(yè)通過(guò)虛擬制造有效避免或降低了在純市場(chǎng)、信息不對(duì)稱(chēng)條件下尋求生產(chǎn)要素、進(jìn)行交易的高成本，從而提升了產(chǎn)品在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。企業(yè)突破傳統(tǒng)發(fā)展模式、擴(kuò)大規(guī)模、跳躍發(fā)展成為可能。

6.通過(guò)分析設(shè)計(jì)的可制造性，虛擬制造可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)缺陷、優(yōu)化產(chǎn)品性能。

四、結(jié)論

虛擬制造技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造領(lǐng)域的綜合發(fā)展及應(yīng)用，它為制造業(yè)帶來(lái)全新的概念。它既是一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)又是一種先進(jìn)制造理念，這項(xiàng)新興的制造技術(shù)為制造業(yè)的發(fā)展指明了方向，減少了資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了綠色制造，使制造業(yè)達(dá)到了前所未有的高度集成化與優(yōu)化，為先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣闊的空間，是現(xiàn)代制造業(yè)信息化過(guò)程中不可逾越的階段。

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