虛擬制造技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)所要進(jìn)行的生產(chǎn)和制造活動(dòng)進(jìn)行全面的建模和仿真，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配、物流、資源計(jì)劃和調(diào)配、組織和管理等。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就實(shí)時(shí)地模擬出產(chǎn)品的形狀和工作狀況、制造過程、檢查產(chǎn)品的可制造性和設(shè)計(jì)合理性、預(yù)測其制造周期和使用性能，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)，更有效地靈活組織生產(chǎn)，縮短產(chǎn)品研制周期，獲得最佳的產(chǎn)品質(zhì)量和效益。
v^ d]r Sm "RVcA", 近幾年，工業(yè)發(fā)達(dá)國家均著力于虛擬制造的研究與應(yīng)用。在美國。NIST(National Institute of Standards and Technology)正在建立虛擬制造環(huán)境(稱之為國家先進(jìn)制造測試床National Advanced Manufacturing Testbed，NAMT)，波音公司與麥道公司聯(lián)手建立了MDA(Mechanical Design Automation)，在德國，Darmstatt技術(shù)大學(xué)Fraunhofer計(jì)算機(jī)圖形研究所，加拿大的Waterloo大學(xué)，比利時(shí)的虛擬現(xiàn)實(shí)協(xié)會(huì)等均先后成立了研究機(jī)構(gòu)，開展虛擬制造技術(shù)的研究。
;n\= R 5. r_EcMIuk 一、虛擬制造的定義
9dMrgz&' mAk{"6 5V 如前所述，“虛擬制造”是近幾年由美國首先提出的一種全新概念。什么是虛擬制造?它包括哪些內(nèi)容?這些至今仍然是人們討論的問題。很多人曾為虛擬制造進(jìn)行定義，比較有代表性有：
vIvVq:6_3 2 xw6 5z 佛羅里達(dá)大學(xué)Gloria J．Wiens的定義是：虛擬制造是這樣一個(gè)概念，即與實(shí)際一樣在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行制造過程。其中虛擬模型是在實(shí)際制造之前用于對(duì)產(chǎn)品的功能及可制造性的潛在問題進(jìn)行預(yù)測。(VM is a concept of executing manufacturing processes in computers as well as in the real world，where virtual models allow for prediction of potential problems for product functionality and manufacturability before real manufacturing occurs．)該定義強(qiáng)調(diào)VM“與實(shí)際一樣”“虛擬模型”和“預(yù)測”，即著眼于結(jié)果。
,ZblI O Wb jlFk@:y4 美國空軍Wright實(shí)驗(yàn)室的定義是“虛擬制造是仿真、建模和分析技術(shù)及工具的綜合應(yīng)用，以增強(qiáng)各層制造設(shè)計(jì)和生產(chǎn)決策與控制。(VM is the integrated application of simulation，modeling and analysis technologies and tools to enhance manufacturing design and production decisions and control at all process levels.)該定義著眼于手段。
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fP2 另一個(gè)有代表性的定義是由馬里蘭大學(xué)Edward Lin&etc給出的，“虛擬制造是一個(gè)用于增強(qiáng)各級(jí)決策與控制的一體化的、綜合性的制造環(huán)境。”(VM is an integrated，synthetic manufacturing environment exercised to enhance all levels of decision and control.)，則著眼于環(huán)境。
Ev!{n RtG}h[k/X 顯然，上述定義強(qiáng)調(diào)的方面是不同的，甚至也有人認(rèn)為沒有必要只有一種定義。但是為了討論和交流，普遍認(rèn)為，對(duì)VM進(jìn)行定義是有必要的。
?^:h\C^a" vpPl$ga5bY 綜合目前國際上有代表性的文獻(xiàn)，對(duì)虛擬制造給出如下定義：虛擬制造是實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)上的本質(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)上群組協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)，以及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強(qiáng)制造過程各級(jí)的決策與控制能力。
KYJjwXT28W g PC*b+ 可以看到，“虛擬制造”雖然不是實(shí)際的制造，但卻實(shí)現(xiàn)實(shí)際制造的本質(zhì)過程，是一種通過計(jì)算機(jī)虛擬模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題。提高人們的預(yù)測和決策水平，使得制造技術(shù)走出主要依賴于經(jīng)驗(yàn)的狹小天地，發(fā)展到了全方位預(yù)報(bào)的新階段。簡要表示了虛擬制造與實(shí)際制造的聯(lián)系與區(qū)別。
n;R#,!<P GRy-+#,b" 二、虛擬制造的內(nèi)涵
I ] ; M7 s] /tYJYl 如果將實(shí)際制造系統(tǒng)(RMS，Real Manufacturing Systerm)抽象成由實(shí)際物理系統(tǒng)(RPS)、實(shí)際信息系統(tǒng)(RIS)，實(shí)際控制系統(tǒng)(RCS)組成的，可以簡單標(biāo)識(shí)為：
U|G|l|Bl +h2eqN r RMS={RPS，RIS，RCS}RPS包括所有的制造物理實(shí)體，例如材料，
機(jī)床，機(jī)器人，
夾具，控制器等；RIS包括信息處理和決策，如調(diào)度、計(jì)劃、設(shè)計(jì)。RIS通過RCS與RPS交換信息。
k`". Gu=ST b 那么，可以將實(shí)際制造系統(tǒng)映射到基于虛擬制造技術(shù)的虛擬制造系統(tǒng)，虛擬制造系統(tǒng)可以表示為：VMS={VPS，VIS，VCS}，其中VPS是虛擬物理系統(tǒng)，VIS為虛擬信息系統(tǒng)，VCS是虛擬控制系統(tǒng)。
?j^=u:< M5T9JWbN 按照與生產(chǎn)各個(gè)階段的關(guān)系，有些文獻(xiàn)將虛擬制造分成三類，即以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造(Design-Centered VM)、以生產(chǎn)為核心的虛擬制造(Production-Centered VM)。
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"o& E2# 以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造把制造信息引人到整個(gè)的設(shè)計(jì)過程，利用仿真來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如DFX技術(shù)。通過“在計(jì)算機(jī)上制造”產(chǎn)生許多“軟”樣機(jī)；以生產(chǎn)為核心的虛擬制造是在生產(chǎn)過程模型中加入仿真技術(shù)，以此來評(píng)估和優(yōu)選生產(chǎn)過程，例如組織與重組織技術(shù)；以控制為中心的虛擬制造是將仿真加到控制模型和實(shí)際處理中，可“無縫”地仿真使得實(shí)際生產(chǎn)優(yōu)化。
,:+d g(\r N8KQz_]9I 虛擬制造從根本上講就是要利用計(jì)算機(jī)生產(chǎn)出“虛擬產(chǎn)品”，我們不難看出，虛擬制造技術(shù)是一個(gè)跨學(xué)科的綜合性技術(shù)，它涉及到仿真、可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)繼承、優(yōu)化等領(lǐng)域。然而，目前還缺乏從產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的高度開展對(duì)虛擬制造的系統(tǒng)研究。這表現(xiàn)在：
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`tNq :/ }AZc8o- ● 虛擬制造的基礎(chǔ)是產(chǎn)品、工藝規(guī)劃及生產(chǎn)系統(tǒng)的信息模型。盡管國際標(biāo)準(zhǔn)化組織花了很大精力去開發(fā)產(chǎn)品信息模型，但
CAD開發(fā)者尚未采用它們；盡管工藝規(guī)劃模型的研究已獲得了一些進(jìn)展和應(yīng)用，但仍然沒有一種綜合的，可以集成于虛擬制造平臺(tái)的工藝規(guī)劃模型；生產(chǎn)系統(tǒng)能力和性能模型，以及其動(dòng)態(tài)模型的研究和開發(fā)需要進(jìn)一步加強(qiáng)；
