2.1.2 虛擬制造技術

虛擬制造技術（Virtual Manufacturing Technology，VMT）是以虛擬現實和仿真技術為基礎，對產品的設計、生產過程統一建模，在計算機上實現產品全生命周期的模擬仿真，從設計、加工和裝配、檢驗、使用到回收，無需進行物理樣品的制造，從產品的設計階段開始就能夠模擬出產品性能和制造流程，通過該種方式來優化產品的設計質量和制造流程，優化生產管理和資源規劃，最小化產品的開發周期以及開發成本，最優化制造產品的設計質量，最高化企業的生產效率，從而形成企業強大的市場競爭力。比如波音777型飛機，在計算機上完成了整機設計、各類測試、整機裝配和不同環境下的試飛，成功地把開發周期從過去的8年縮短到5年；Chrysler公司與IBM公司合作新型車的研制也在虛擬制造環境中進行，在樣品車實際生產之前就發現了定位系統以及一些其他的設計缺陷，縮短了研制周期。

虛擬制造是實際制造過程在計算機上的本質實現，即采用計算機仿真與虛擬現實技術，在計算機上實現產品開發、制造管理與控制等制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造的特點有：

1）模型化：虛擬制造以模型為核心，本質上還是屬于仿真技術，離不開對模型的依賴，涉及的模型有產品模型、過程模型、活動模型和資源模型。

2）集成化：虛擬制造以模型信息集成為根本，虛擬制造對單項仿真技術的依賴決定了它所面臨的是眾多的適應各單項仿真技術的異構模型，如何合理地集成這些模型就成為虛擬制造成功的基礎。

3）擬實化：虛擬制造以擬實仿真為特色，主要指仿真結果的高可信度，以及人與這個虛擬制造環境交互的自然化。虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術是改善人機交互自然化的普遍認可的途徑。

根據虛擬制造所涉及的工程活動類型不同，虛擬制造分成三類，即以設計為核心的虛擬制造（Design-centered VM）、以生產為核心的虛擬制造（Production-centered VM）和以控制為核心的虛擬制造（Control-centered VM）。這種劃分結果也反映了虛擬制造的功能結構。

1）設計性虛擬制造：把制造信息引入到產品設計全過程，強調以統一制造信息模型為基礎，對數字化產品模型進行仿真、分析與優化，從而在設計階段就可以對所設計的零件甚至整機進行可制造性分析，包括加工工藝分析、鑄造熱力學分析、運動學分析、動力學分析、可裝配性分析等。為用戶提供全部制造過程所需要的設計信息和制造信息以及相應的修改功能，并向用戶提出產品設計修改建議。

2）生產性虛擬制造：在生產過程模型中融入仿真技術，是在企業資源（如設備、人力、原材料等）的約束條件下，實現制造方案的快速評價以及加工過程和生產過程的優化。它對產品的可生產性進行分析與評價，對制造資源和環境進行優化組合，通過提供精確的生產成本信息對生產計劃與調度進行合理化決策。它貫穿于產品制造的全過程，包括與產品有關的工藝、夾具、設備、計劃以及企業等。

3）控制性虛擬制造：為了實現虛擬制造的組織、調度與控制策略的優化以及人工現實環境下虛擬制造過程中的人機智能交互與協同，需要對全系統的控制模型及現實加工過程進行仿真，這就是以控制為中心的虛擬制造。

以上三種虛擬制造分別側重于產品設計、生產制造過程和系統控制三個不同方面。但它們都以計算機建模、仿真技術作為重要的實現手段，通過對產品和生產系統相關元素進行統一建模，用仿真支持設計過程、模擬制造過程，進行成本估算和生產調度。