[科普中国]-虚拟制造技术

虚拟制造技术是由多学科先进知识形成的综合系统技术，是以计算机仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的制造性，从而更有效、更经济地灵活地组织制造生产，使工厂和车间的资源得到合理配置，以达到产品的开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最高化之目的。1

简介虚拟制造技术是由多学科先进知识形成的综合系统技术，是以计算机仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的制造性，从而更有效、更经济地灵活地组织制造生产，使工厂和车间的资源得到合理配置，以达到产品的开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最高化之目的。

优点可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率最高化，从而形成企业的市场竞争优势。

举例如波音777，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，其开发周期从过去的8年缩短到5年；Chrycler公司与IBM合作开发在虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前，即发现其定位系统及其他许多设计有缺陷，从而缩短了研制周期。尽管虚拟制造技术的出现只有短短的几年时间，虚拟制造的应用将会对未来制造业的发展产生深远的影响。2

效益1.提供关键的设计和管理决策对生产成本、周期和能力的影响信息，以便正确处理产品性能与制造成本、生产进度和风险之间的平衡，作出正确的决策；

2.提高生产过程开发的效率，可以按照产品的特点优化生产系统的设计；

3.通过生产计划的仿真，优化资源的利用，缩短生产周期，实现柔性制造和敏捷制造；

4.可以根据用户的要求修改产品设计，及时作出报价和保证交货期。

关键技术在VMT的关键技术中，除了上述高性能计算机系统软硬件设备之外，还包括实时三维图形系统和虚拟现实交互技术。利用实时三维图形系统，可以生成有逼真感的图形，图像具有三维全彩色、明暗、纹理和阴影等特征。虚拟现实是一种交互式的先进的计算机显示技术，双向对话是它的一种重要工作方式。就虚拟现实交互技术而言，人是主动的，具有参与性，而不再是观众，有时甚至还充当主人的角色。

发展策略基于当前情况，我国应以企业需求为出发点，大力推广并行工程、敏捷制造等思想和技术，为虚拟制造技术的实现提供坚实基础。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，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，尽早制定出符合我国国情的发展计划。企业方面，应根据企业实际需求。解决实际问题，力争尽快创造效益，以形成良性循环，促进研究工作的进一步开展。充分利用信息技术、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，通过协同工作缩短科研周期，增强科技成果的竞争力。

应用**1．虚拟企业。**虚拟企业建立的一个重要原因是，各企业本身无法单独满足市场需求，迎接市场挑战。因此，为了快速响应市场的需求，围绕新产品开发，利用不同地域的现有资源、不同的企业或不同地点的工厂，重新组织一个新公司。该公司在运行之前，必须分析组合是否最优，能否协调运行，并对投产后的风险、利益分配等进行评估。这种联作公司称为虚拟公司，或者叫动态联盟，是一种虚拟企业，它是具有集成性和实效性两大特点的经济实体。

在面对多变的市场需求时，虚拟企业具有加快新产品开发速度、提高产品质量、降低生产成本、快速响应用户需求、缩短产品生产周期等优点。因此，虚拟企业是快速响应市场需求的部队，能在商战中为企业把握机遇。

**2．虚拟产品设计。**飞机、汽车的设计过程中，会遇到一系列问题，如：其形状是否符合空气动力学原理，内部结构布局是否合理，等等。在复杂管道系统设计中，采用虚拟技术，设计者可以“进入其中”进行管道布置，并可检查能否发生干涉。美国波音公司投资上亿美元研制波音喷气式客机，仅用一年多时间就完成了研制，一次试飞成功，投入运营。波音公司分散在世界各地的技术人员可以从客机数以万计的零部件中调出任何一种在计算机上观察、研究、讨论，所有零部件均是三维实体模型。可见虚拟产品设计给企业带来的效益。

**3．虚拟产品制造。**应用计算机仿真技术，对零件的加工方法、工序顺序、工装和工艺参数的选用以及加工工艺性、装配工艺性等均可建模仿真，可以提前发现加工缺陷，提前发现装配时出现的问题，从而能够优化制造过程，提高加工效率。

**4．虚拟生产过程。**产品生产过程的合理制定，人力资源、制造资源、物料库存、生产调度、生产系统的规划设计等，均可通过计算机仿真进行优化；同时还可对生产系统进行可靠性分析。对生产过程的资金和产品市场进行分析预测。从而对人力资源、制造资源进行合理配置，对缩短产品生产周期、降低成本意义重大。3

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学