虚拟制造技术

6.5.1　虚拟制造技术

6.5.1.1　虚拟制造技术的内涵

虚拟制造技术是指利用计算机建立产品模型并进行仿真来实现产品设计和制造的技术。它以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持，在产品设计和制造系统物理实现前，就能预测或感受到未来产品形态、行为和性能或者制造系统的状态，从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。简言之，这是一种在计算机中实现的制造技术，它从根本上改变设计、试制、修改设计、规模生产的循环反复、串行式的传统制造模式。

虚拟制造与许多计算机技术用语一样，只有几种解释而没有一个明确的定义，集众多说法，虚拟制造的内涵可认为是：采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，以计算机上群组协同工作，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程。

虚拟制造是利用仿真技术来模拟设计、加工、装配、制造过程，使设计人员、管理人员可以在计算机中“制造”出产品。它可使仿真的过程在计算机的虚拟场景中实时动态地显示出来，使人有身临其境的感受，并能即时对仿真结果进行评判和决策。仿真是虚拟制造的技术基础，虚拟制造是仿真的扩展。

通过仿真能全面分析企业制造过程中的企业资源配置、工艺流程、物资配套、计划安排、场地布置、资金运作、劳动力负荷等指标，并对上述数据进行优化，获得制造过程的优化方案，使企业能以较少的投入，获得较大的产出。这些仿真优化的过程可以利用虚拟技术在计算机中建立场地、设备、工艺流程等虚拟企业环境和数字化产品模型，以实时可视化方式显示出来。通过对虚拟制造过程的直观观察，获得正确的决策方案。

由于仿真是在计算机中进行，不需要消耗其他企业资源，成本低，非常经济。产品制造工作流程模型仿真运行时间短、效率高，可辅助企业领导决策。

6.5.1.2　虚拟制造系统结构

合理的虚拟制造系统结构，不仅应把虚拟产品开发过程中的设计、制造及装配、生产调度、质量管理等环节有机地集成起来，实现产品开发全过程的信息、功能和过程集成，实施产品开发活动的并行运作，还要充分体现人在生产活动中的能动性，达到人、组织、管理和技术的协同工作。同时，也要支持生产经营活动和生产资源的分布式特性，应能提供一个开放性强的技术框架，并能理顺其单元技术的关联机理。该系统结构应具有层次化的控制方法和“即插即用”的开放式结构，同时，支持异地分布式制造环境下产品开发活动的动态并行运作。图6.5－1是虚拟制造系统VMS（Virtual Manufacturing System）结构图，由界面层、控制层、应用层、活动层、数据层等五个层次组成。

图6.5－1　虚拟制造系统（VMS）结构图

虚拟制造技术在国外发达国家制造业的“数字化工厂”建立中获得大量应用。虚拟制造技术是一种对船舶产品开发设计和企业资源配置十分有用的工具，该技术是正在发展中的数字化技术，因此，在应用该技术时应注意要用其己较为成熟的技术，以减少不必要的风险和投资。