2.1.2 虚拟制造技术

虚拟制造技术（Virtual Manufacturing Technology，VMT）是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品全生命周期的模拟仿真，从设计、加工和装配、检验、使用到回收，无需进行物理样品的制造，从产品的设计阶段开始就能够模拟出产品性能和制造流程，通过该种方式来优化产品的设计质量和制造流程，优化生产管理和资源规划，最小化产品的开发周期以及开发成本，最优化制造产品的设计质量，最高化企业的生产效率，从而形成企业强大的市场竞争力。比如波音777型飞机，在计算机上完成了整机设计、各类测试、整机装配和不同环境下的试飞，成功地把开发周期从过去的8年缩短到5年；Chrysler公司与IBM公司合作新型车的研制也在虚拟制造环境中进行，在样品车实际生产之前就发现了定位系统以及一些其他的设计缺陷，缩短了研制周期。

虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品开发、制造管理与控制等制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造的特点有：

1）模型化：虚拟制造以模型为核心，本质上还是属于仿真技术，离不开对模型的依赖，涉及的模型有产品模型、过程模型、活动模型和资源模型。

2）集成化：虚拟制造以模型信息集成为根本，虚拟制造对单项仿真技术的依赖决定了它所面临的是众多的适应各单项仿真技术的异构模型，如何合理地集成这些模型就成为虚拟制造成功的基础。

3）拟实化：虚拟制造以拟实仿真为特色，主要指仿真结果的高可信度，以及人与这个虚拟制造环境交互的自然化。虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术是改善人机交互自然化的普遍认可的途径。

根据虚拟制造所涉及的工程活动类型不同，虚拟制造分成三类，即以设计为核心的虚拟制造（Design-centered VM）、以生产为核心的虚拟制造（Production-centered VM）和以控制为核心的虚拟制造（Control-centered VM）。这种划分结果也反映了虚拟制造的功能结构。

1）设计性虚拟制造：把制造信息引入到产品设计全过程，强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真、分析与优化，从而在设计阶段就可以对所设计的零件甚至整机进行可制造性分析，包括加工工艺分析、铸造热力学分析、运动学分析、动力学分析、可装配性分析等。为用户提供全部制造过程所需要的设计信息和制造信息以及相应的修改功能，并向用户提出产品设计修改建议。

2）生产性虚拟制造：在生产过程模型中融入仿真技术，是在企业资源（如设备、人力、原材料等）的约束条件下，实现制造方案的快速评价以及加工过程和生产过程的优化。它对产品的可生产性进行分析与评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。它贯穿于产品制造的全过程，包括与产品有关的工艺、夹具、设备、计划以及企业等。

3）控制性虚拟制造：为了实现虚拟制造的组织、调度与控制策略的优化以及人工现实环境下虚拟制造过程中的人机智能交互与协同，需要对全系统的控制模型及现实加工过程进行仿真，这就是以控制为中心的虚拟制造。

以上三种虚拟制造分别侧重于产品设计、生产制造过程和系统控制三个不同方面。但它们都以计算机建模、仿真技术作为重要的实现手段，通过对产品和生产系统相关元素进行统一建模，用仿真支持设计过程、模拟制造过程，进行成本估算和生产调度。