虛擬制造技術(shù)正是在強(qiáng)調(diào)柔性和快速的前提下于世紀(jì)年代提出的概念。并在世紀(jì)年代得到重視和發(fā)展。它是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ).對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)一建模.在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)直至整個(gè)生命周期的模擬和仿真。這里所說(shuō)的制造過(guò)程，包括產(chǎn)品級(jí)的制造和企業(yè)級(jí)的生產(chǎn)管理。國(guó)際上稱之為”大制造”一。目前國(guó)際上對(duì)虛擬制造并沒(méi)有統(tǒng)一的定義.年月在美國(guó)俄亥俄州舉辦的虛擬制造用戶專題討論會(huì)上.人們根據(jù)制造過(guò)程的側(cè)重點(diǎn)不同將虛擬制造分為類。提出了”個(gè)中心”的分類方法.即”以產(chǎn)品為中心的虛擬制造”、”以生產(chǎn)為中心的虛擬制造”和”以控制為中心的虛擬制造”.獲得國(guó)際學(xué)術(shù)界的認(rèn)同。

　　“以產(chǎn)品為中心的虛擬制造”是將制造信息加入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中.在計(jì)算機(jī)中生成制造過(guò)程原型.對(duì)多種制造方案進(jìn)行仿真，對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品模型的性能、可制造性、可裝配性、成本等進(jìn)行分析。優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì).以期盡早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝過(guò)程存在的問(wèn)題。

　　“以生產(chǎn)為中心的虛擬制造”是將仿真信息加入到生產(chǎn)計(jì)劃模型中，以便快速便捷的評(píng)價(jià)多種生產(chǎn)計(jì)劃.優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃和制造環(huán)境的配置。主要是根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有資源對(duì)不同的加工過(guò)程進(jìn)行評(píng)估優(yōu)化，決定合理的生產(chǎn)組織方式。

　　“以控制為中心的虛擬制造”是將仿真能力加人到設(shè)備控制模型中.提供實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的虛擬環(huán)境.使企業(yè)在考慮車問(wèn)控制行為的基礎(chǔ)上對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制。　　

　　虛擬制造是實(shí)際制造在計(jì)算機(jī)中的映射與本質(zhì)體現(xiàn)。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程是實(shí)際的物質(zhì)流、信息流在控制流的協(xié)調(diào)作用下.實(shí)現(xiàn)投入到產(chǎn)出的過(guò)程.而虛擬制造過(guò)程則是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)在虛擬環(huán)境下的映射。實(shí)際制造系統(tǒng)和虛擬制造系統(tǒng)可用下式表示：

　　RMS={RPS，RIS，RCS};

　　VMS={VPS，VIS，VCS};

　　其中，RMS和VMS分別表示實(shí)際制造系統(tǒng)和虛擬制造系統(tǒng)，RPS，RIS，RCS分別是實(shí)際物質(zhì)流、實(shí)際信息流、實(shí)際控制流;VPS，VIS，VCS分別是虛擬物質(zhì)流、虛擬信息流、虛擬控制流。

　　可見(jiàn)，由于虛擬制造可以在制造過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)之前預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能和制造過(guò)程的細(xì)節(jié).并通過(guò)及時(shí)的信息反饋來(lái)修改產(chǎn)品模型以達(dá)到整體最優(yōu)，從而可以降低企業(yè)成本.增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。具體說(shuō)來(lái)實(shí)施虛擬制造有以下個(gè)方面的收益：

　　(1)縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。傳統(tǒng)制造遵循設(shè)計(jì)一試制—修改設(shè)計(jì)一規(guī)模化大生產(chǎn)的串行式結(jié)構(gòu).只有在試制出樣品后才進(jìn)行產(chǎn)品信息反饋，決定是否要修改設(shè)計(jì)。而在虛擬制造中，可以隨時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中檢驗(yàn)可制造性和可裝配性。方便的修改模型，信息反饋更為及時(shí)。

　　(2)提高產(chǎn)品質(zhì)量。虛擬制造過(guò)程通過(guò)對(duì)多種制造方案進(jìn)行仿真。優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì).彌補(bǔ)了傳統(tǒng)制造業(yè)靠經(jīng)驗(yàn)決定加工方案的不足，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

　　(3)降低資源消耗。由于虛擬制造在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，并不消耗實(shí)際生產(chǎn)所需的物理材料.減少了材料浪費(fèi)和刀具磨損。

　　(4)提高企業(yè)柔性生產(chǎn)能力，增強(qiáng)企業(yè)決策準(zhǔn)確性。決策者可以在虛擬制造中了解產(chǎn)品性能、制造成本、生產(chǎn)進(jìn)度等信息.有助于決策者把握利潤(rùn)與風(fēng)險(xiǎn)之間的平衡.

　　虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)

　　虛擬制造涉及的技術(shù)領(lǐng)域十分廣泛.從其軟件實(shí)現(xiàn)和人機(jī)接口而言.虛擬制造的實(shí)現(xiàn)在很大程度上取決于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，這其中包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、傳感器技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等。從制造技術(shù)的角度講可將虛擬制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)分為以下3大主體技術(shù)群。即建模技術(shù)群、仿真技術(shù)群、控制技術(shù)群.虛擬制造技術(shù)研討會(huì)上將其進(jìn)一步細(xì)化為13個(gè)技術(shù)領(lǐng)域和44項(xiàng)技術(shù)。

　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

　　“虛擬現(xiàn)實(shí)”(VR)，的概念是20世紀(jì)80年代初美國(guó)公司的創(chuàng)建人之一提出來(lái)的，他認(rèn)為。虛擬現(xiàn)實(shí)意味著”用電子計(jì)算機(jī)合成的人工世界。“虛擬現(xiàn)實(shí)強(qiáng)調(diào)”身臨其境”的感覺(jué)。人們可以在虛擬環(huán)境中看、聽(tīng)、觸摸、操作物體，如同在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中一樣，希望以一種“自然”的方式與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互.虛擬現(xiàn)實(shí)覆蓋人類感知世界的多重信息通道，通過(guò)計(jì)算機(jī)把視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)等多種信息合成并提示給人的感覺(jué)器官.從而把人、現(xiàn)實(shí)世界和虛擬空間結(jié)合起來(lái)。融為一體相互間進(jìn)行信息的交流與反饋，各種VR裝置是人們與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互的媒介。

　　好的VR裝置可以使用戶體驗(yàn)到很高的“沉浸度”.

　　裝置的發(fā)展離不開(kāi)傳感器技術(shù)，視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)，觸覺(jué)等都可以通過(guò)傳感器進(jìn)行模擬。虛擬現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常用到的裝置有數(shù)據(jù)手套、頭盔、六自由度鼠標(biāo)、力反饋器、空間位置傳感器等。

　　一個(gè)VR裝置上通常會(huì)有多個(gè)至數(shù)十個(gè)傳感器.以數(shù)據(jù)手套為例，它可以完成對(duì)手指關(guān)節(jié)彎曲度和手指開(kāi)合情況的測(cè)量.將手的姿態(tài)和動(dòng)作傳遞給計(jì)算機(jī)，讓計(jì)算機(jī)做出正確的反應(yīng)。并通過(guò)手套上的力學(xué)反饋裝置與手產(chǎn)生真實(shí)的接觸和受力感覺(jué).使用戶在抓取、松開(kāi)物體以及操縱虛擬機(jī)器等時(shí)有真實(shí)的感受。

　　建模技術(shù)

　　根據(jù)虛擬制造模型的層次不同，可將模型分為產(chǎn)品級(jí)、車問(wèn)級(jí)和企業(yè)級(jí)。產(chǎn)品級(jí)模型指制造過(guò)程中各類實(shí)體對(duì)象模型的集合，包括產(chǎn)品模型和工藝模型等。產(chǎn)品模型中除了包含必備的幾何、形狀、公差等靜態(tài)信息以外，還必須能夠通過(guò)映射、抽象等方法提取出制造過(guò)程中所需的動(dòng)態(tài)信息。

　　(1)模型是將工藝參數(shù)與影響制造功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬性聯(lián)系起來(lái).以反應(yīng)生產(chǎn)模型與產(chǎn)品模型間的交互作用。工藝模型必須包括以下功能物理和數(shù)學(xué)模型、統(tǒng)計(jì)模型、計(jì)算機(jī)工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表和制造規(guī)則。

　　(2)車間級(jí)模型車間模型包括設(shè)備模型、車問(wèn)布局模型、生產(chǎn)調(diào)度模型、制造過(guò)程模型、過(guò)程監(jiān)控模型等。車間級(jí)模型中包括虛擬制造到實(shí)際制造之間的映射關(guān)系。

　　(3)企業(yè)級(jí)模型包括經(jīng)營(yíng)決策、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品決策，以及決策評(píng)價(jià)、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、成本分析、效益風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。

　　仿真技術(shù)

　　仿真過(guò)程是實(shí)際的物理過(guò)程在計(jì)算機(jī)中的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)虛擬制造的著重點(diǎn)不同.可將仿真分為產(chǎn)品性能仿真，生產(chǎn)規(guī)劃仿真、實(shí)際制造過(guò)程仿真等。產(chǎn)品性能仿真包括運(yùn)用各種軟件對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械性能、動(dòng)力學(xué)性能、熱力學(xué)性能等進(jìn)行模擬。生產(chǎn)規(guī)劃仿真可以對(duì)車問(wèn)不同的生產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)行仿真。實(shí)際制造過(guò)程仿真包括數(shù)控機(jī)床的NC代碼仿真.沖壓過(guò)程、澆注過(guò)程、焊接過(guò)程、切削過(guò)程等的仿真。仿真結(jié)果可以用生產(chǎn)規(guī)劃、檢驗(yàn)產(chǎn)品可制造性。

　　控制技術(shù)

　　控制技術(shù)指建模過(guò)程、仿真過(guò)程所用到的各種管理、組織與控制的技術(shù)和方法。包括模型部件的組織、調(diào)度策略及交換技術(shù).仿真過(guò)程的工作流程與信息流程控制成本估計(jì)技術(shù)，動(dòng)態(tài)分布式協(xié)作模型的集成技術(shù)沖突求解及基于仿真的推理技術(shù)模型及仿真結(jié)果的驗(yàn)證和確認(rèn)技術(shù)。面向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的組織與管理等問(wèn)題的研究等。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　虛擬制造技術(shù)是信息化制造的重要技術(shù)之一.實(shí)現(xiàn)虛擬制造需要強(qiáng)有力的技術(shù)支撐.虛擬制造技術(shù)的應(yīng)廂應(yīng)結(jié)合我國(guó)制造業(yè)自身的特點(diǎn).在吸收國(guó)外成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新.形成特色發(fā)展。可以預(yù)言.隨著我國(guó)對(duì)虛擬制造技術(shù)研究的深入，其廣泛的應(yīng)用已為期不遠(yuǎn).終將成為一個(gè)現(xiàn)代化信息化制造企業(yè)的必由之路。