大连理工大学 陈晓川　张暴暴　冯辛安　刘晓冰

　　摘要　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。

　　关键词　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(Virtual　Manufacturing)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—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

　　Coventry　School　of　Art　and　Design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(Lean　Production)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(Concurrent　Engineering)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(Agile　Manufacturing)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(Green　Manufacturing)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，即绿色制造可以通过虚拟

　　制造中的仿真功能来实现。

　　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，精益生产是实现虚拟制造的

　　技术手段之一，属于基础性工作;绿色制造是虚拟制造的一

　　个子功能;在并行工程和敏捷制造之间虚拟制造处于承上启

　　下的核心地位。

　　图1　虚拟制造与其他先进制造技术的关系

　　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，从大的方面看主要表现在：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精益生产、并行工程等思想

　　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的功能。

　　(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;再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