虛擬制造技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀及策略研究

[摘 要] 虛擬制造是指對(duì)制造過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一建模，形成一個(gè)可運(yùn)行的虛擬制造環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能分析、制造裝配、質(zhì)量檢驗(yàn)全過程。發(fā)展我國(guó)虛擬制造技術(shù)應(yīng)以企業(yè)的需求為動(dòng)力，通過政府的政策和計(jì)劃的協(xié)調(diào)，積極開展成組技術(shù)、準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)技術(shù)及并行工程的研究與應(yīng)用，為企業(yè)帶來更大效益。

[關(guān)鍵詞] 虛擬制造技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀 策略研究

虛擬制造（Virtual Manufacture) 出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代，是以計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為基礎(chǔ)的一種全新的制造體系和模式。作為一種先進(jìn)的制造模式，虛擬制造的應(yīng)用范圍必然會(huì)不斷擴(kuò)大，給更多的企業(yè)帶來更大的收益。

一、虛擬制造的基本原理

所謂“虛擬”，是相對(duì)于實(shí)物產(chǎn)品的實(shí)際制造系統(tǒng)而言，強(qiáng)調(diào)的是制造系統(tǒng)運(yùn)行過程的計(jì)算機(jī)化。虛擬制造涉及到多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是對(duì)制造過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配，乃至企業(yè)的生產(chǎn)組織管理與調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一建模，形成一個(gè)可運(yùn)行的虛擬制造環(huán)境。虛擬制造是數(shù)字化形式的廣義制造系統(tǒng)，不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工、裝配，還包含了對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的組織與控制，是對(duì)實(shí)際制造過程的動(dòng)態(tài)模擬，其企業(yè)管理模式基于Intranet或Internet，整個(gè)制造活動(dòng)具有高度的并行性。

虛擬制造可分為三類：以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造強(qiáng)調(diào)以統(tǒng)一的制造信息模型為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品模型進(jìn)行仿真與分析、優(yōu)化，以獲得對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)評(píng)估與性能預(yù)測(cè)結(jié)果；以生產(chǎn)為中心的虛擬制造是在企業(yè)資源的約束條件下，對(duì)不同的加工過程及組合進(jìn)行優(yōu)化，通過提供精確的生產(chǎn)成本信息對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度進(jìn)行合理化決策；以控制為中心的虛擬制造是將仿真技術(shù)引入控制模型，提供模擬實(shí)際生產(chǎn)過程的虛擬環(huán)境，使企業(yè)在考慮車間控制行為的基礎(chǔ)上對(duì)制造過程進(jìn)行優(yōu)化控制。

二、虛擬制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用，美國(guó)處于國(guó)際研究的前沿。1983年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局提出了“虛擬制造單元”的報(bào)告；1993年愛荷華大學(xué)的報(bào)告“制造技術(shù)的虛擬環(huán)境”中提出了建立支持虛擬制造的環(huán)境；1995年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的報(bào)告“國(guó)家先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)臺(tái)的概念設(shè)計(jì)計(jì)劃”，強(qiáng)調(diào)了分散的、多節(jié)點(diǎn)的分散虛擬制造（DVM），即虛擬企業(yè)的概念。美國(guó)已經(jīng)從虛擬制造的環(huán)境和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、信息系統(tǒng)、仿真和控制、虛擬企業(yè)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和開發(fā)，多數(shù)單元技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和完善的階段。

我國(guó)在虛擬制造技術(shù)方面的研究只是剛剛起步，其研究也多數(shù)是在原先的CAD／CAE／CAM和仿真技術(shù)等基礎(chǔ)上進(jìn)行的，目前主要集中在虛擬制造技術(shù)的理論研究和實(shí)施技術(shù)準(zhǔn)備階段，系統(tǒng)的研究尚處于國(guó)外虛擬制造技術(shù)的消化和與國(guó)內(nèi)環(huán)境的結(jié)合上。當(dāng)前我國(guó)虛擬制造應(yīng)用的重點(diǎn)研究方向是基于我國(guó)國(guó)情的產(chǎn)品三維虛擬設(shè)計(jì)、加工過程仿真和產(chǎn)品裝配仿真，主要是研究生成可信度高的虛擬樣機(jī)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段能夠以較高的置信度預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終性能和可制造性。我國(guó)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模技術(shù)、仿真技術(shù)、信息技術(shù)、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等單元技術(shù)等方面的研究都很活躍，但研究的進(jìn)展和研究的深度還屬于初期階段，與國(guó)際的研究水平尚有很大的差距，多集中于高等院校和少量的研究院所，沒有形成產(chǎn)業(yè)化。

三、虛擬制造技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展策略

1.制約我國(guó)虛擬制造技術(shù)發(fā)展的因素

在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的推動(dòng)下，先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展十分迅速，但是虛擬制造技術(shù)并非僅限于純技術(shù)范圍，它是對(duì)傳統(tǒng)制造方式的全面變革，會(huì)帶來企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、管理方式等多方面的變革。從我國(guó)目前的情況看，企業(yè)科研經(jīng)費(fèi)緊缺、科研力量分散、人才流失嚴(yán)重等都制約著我國(guó)虛擬制造業(yè)的發(fā)展。

2.虛擬制造技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展策略

基于當(dāng)前情況，我國(guó)應(yīng)以企業(yè)需求為出發(fā)點(diǎn)，大力推廣并行工程、敏捷制造等思想和技術(shù)，為虛擬制造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。政府方面，應(yīng)發(fā)揮政府的協(xié)調(diào)職能，組織企業(yè)和科研部門進(jìn)行多方面、多層次的合作，加強(qiáng)科研成果的應(yīng)用推廣，組織多學(xué)科、跨地區(qū)的科研力量共同攻關(guān)，從宏觀上加強(qiáng)對(duì)虛擬制造技術(shù)的指導(dǎo)，盡早制定出符合我國(guó)國(guó)情的發(fā)展計(jì)劃。企業(yè)方面，應(yīng)根據(jù)企業(yè)實(shí)際需求，解決實(shí)際問題，力爭(zhēng)盡快創(chuàng)造效益，以形成良性循環(huán)，促進(jìn)研究工作的進(jìn)一步開展。充分利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)研究活動(dòng)中的人、物、信息及研究過程進(jìn)行全面的集成，通過協(xié)同工作縮短科研周期，增強(qiáng)科技成果的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.虛擬制造技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用方法

企業(yè)要實(shí)現(xiàn)虛擬制造，應(yīng)分階段逐步進(jìn)行，而不能隨意超越。首先，要建立企業(yè)網(wǎng)和工程數(shù)據(jù)庫，初步實(shí)現(xiàn)CAD、CAPP、CAM功能；第二，進(jìn)行信息集成，推行PDM技術(shù)、特征建模技術(shù)，形成CAD、CAPP、CAM的集成系統(tǒng)；第三，在設(shè)計(jì)、工藝、制造部門建立統(tǒng)一的產(chǎn)品模型，初步實(shí)現(xiàn)并行工程，進(jìn)一步將MIS、MRPII與CAD/CAM系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)內(nèi)部的信息集成，全面實(shí)現(xiàn)并行工程；第四，在上述工作的基礎(chǔ)上，對(duì)企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)等多方面的活動(dòng)進(jìn)行建模、仿真，實(shí)現(xiàn)虛擬制造。

綜上所述，發(fā)展我國(guó)虛擬制造技術(shù)應(yīng)以企業(yè)的需求為動(dòng)力，通過政府協(xié)調(diào)，積極開展成組技術(shù)、準(zhǔn)時(shí)化生產(chǎn)技術(shù)及并行工程的研究與應(yīng)用，利用工業(yè)工程思想和分布式網(wǎng)絡(luò)化研究，組織各地區(qū)的科研力量集中突破與虛擬制造技術(shù)密切相關(guān)技術(shù)，為虛擬制造功能的實(shí)現(xiàn)提供有力支撐。

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