隨著全球競爭的加劇，企業之間的競爭由過去的局部競爭演變成全球范圍內的競爭；同行業與跨行業之間的相互滲透、相互競爭也日益激烈。為了適應快速變化的市場需求，企業必須以最快的上市速度T(time)、最優品質Q(quality)、最低成本C(cost)和最佳服務S(service)來滿足不同顧客的需求。這給傳統的制造技術帶來嚴峻的挑戰。隨著計算機網絡和虛擬現實等先進技術的出現，在20世紀90年代產生了一種新的制造概念和理論—虛擬制造VM(virtual manufacturing)，其全新的制造體系和模式已成為現代制造技術與系統發展的必然趨勢。

    什么是VM，目前各國尚未形成統一的認識，籠統的理解是：在計算機內構造虛擬的生產系統模型，進行實際生產過程的模擬。現從信息變換等價性的觀點出發，分析VM系統與實際生產系統的相互對應關系，探討VM的基本概念，并介紹目前國際上VM研究的方法、手段，研究開發的動向及VM的廣闊應用前景。

    1 VMT的研究現狀、存在問題與發展展望

    盡管在較早的時候就提出了VMT，而且還一度得到迅猛發展，取得了很大的成功，但到目前為

    止還沒有完全實現產品設計全過程的VMT，這主要表現在：

    a)基于集成的數字化產品模型技術尚處于概念階段：VM要求基于集成的數字化產品模型開展研究工作，但是，在這方面的研究工作剛剛開始，很多有關的技術尚處于概念階段，有待于進一步研究，具體包括：1)目前的CAD模型中的產品信息含量太低。VM中的模型需要從CAD模型抽取相應的信息。可是目前CAD模型主要是從幾何實體的角度描述產品的，盡管一些CAD模型加人了形狀特征和材料及公差等信息，但還遠不能全面地描述產品，能夠共享的產品信息還是太少，尤其是非幾何的產品信息；2)現有的CAD模型無法支持產品的概念設計，只能支持產品的詳細設計；3)缺乏良好的產品信息重用機制。目前各應用軟件間的產品數據交換主要是通過專用的接口來實現的，而這種轉換必須是同一問題域(如幾何)數據的簡單映射，這勢必增加了虛擬產品開發系統的復雜度，而且無法實現模型間數據的自動轉換和衍生。事實上，由于各軟件系統所描述的信息所在問題域的不同，在數據轉換時有時要做適當的演繹推理，對所描述的數據對象做適當的轉換；

    b)產品創新支持工具尚不充分：目前產品創新支持技術有了一定的進展，有了部分支持工具，例如UGII的WAVE, Pro/Engineering的layout，但是離VM對產品創新支持技術的要求還有一定的距離，主要表現在：1)缺少創新設計支持系統。VM的環境為創新設計提供了很好的運行機制，但如何實現創新設計，還需要組織開發創新設計支持系統；2)缺乏將知識與VM結合的工具。如何將知識與VM的數字產品結合起來是一個巫待解決的難題；3)缺少交互式外型設計技術與VM的集成工具。如何將產品整體定位、外觀品質和以工業設計為核心的產品交互式外型設計技術引人VM并有機地集成起來尚待研究；4)缺少支持逆向(反求)設計的工具。目前逆向設計中仍然有大量未能克服的難題，如具有隨機測量誤差的測量數據處理技術、殘缺數據的修復技術等需要進一步改進與完善；

    c)產品數字化技術：1)產品數據管理與其它應用軟件的集成問題。在虛擬環境下，各專業、各部門人員于同一產品模型協同工作，必須解決產品數據管理與其它應用軟件系統如MRPII,CAD,WEB瀏覽器等的集成問題；2)虛擬產品開發的產品數據組織體系。虛擬產品開發方式生成的產品數字樣機的產品結構樹不僅要反映產品設計階段的構造層次結構，而且還要反映產品的裝配順序以及生產流程。所以研究適合虛擬產品開發的產品數據組織體系是切實必要的；3)與數字化產品模型相關數據的組織和管理。如何有效解決相關數據的組織和管理使之有效適合VM的需要是目前國際研究的熱點。

    d)制造過程仿真建模方法和技術：基于物理學模型的制造過程仿真技術盡管已經得到了廣泛的應用，但其建模方法及建模技術仍未有突破性的進展，主要表現在虛擬加工、虛擬裝配、虛擬測試幾個方面：

    1)虛擬加工分析工具尚不豐富。盡管目前已有不少商品化軟件可以進行可加工性評價，但VM還需研究開發大量的虛擬加工分析工具，如具有切削力分析功能的加工過程仿真系統，切削工藝對產品品質的影響(包括殘余應力、切削溫度場等)以及零件制造費用的估算方法；

    2)面向對象的集成化裝配建模的研究。國際上關于虛擬裝配的研究雖不少見，但在裝配建模方面，采用面向對象的裝配建模將是一種潮流，集成化是裝配建模的必然趨勢。

    3)裝配工藝規劃的進一步研究。裝配工藝規劃目前還處于研究階段，局限性主要表現在四個方面：組合爆炸或大量的交互問答，限制了目標產品的元件個數；僅考慮沿坐標軸方向的平移，裝配運動方式過于簡單；偏重于幾何計算，工程語義知識的利用有待加強；裝配順序的選擇標準不夠廣泛和統一；

    4)虛擬裝配的基礎理論研究。虛擬裝配中的公差分析與綜合技術還缺乏理論基礎，已有的公差分析和綜合的軟件在模型的生成以及對ISO公差標準的支持、對形位公差的支持方面還有很多問題，迫切需要進行研究；

    5)虛擬測試技術研究。虛擬測試是成功運用虛擬產品開發技術的關鍵環節，因為在現有的技術條件下對于單元模型不論是產品、工藝還是系統，測試和校驗環節是不可缺少的。測試和校驗環節還會對虛擬產品開發的效率產生重要影響。VMT是CAD/CAE/CAM技術發展的更高階段，也是計算機圖形技術、仿真技術發展的產物，對產品開發具有重要的研究和應用意義。由于目前商用VMT相關軟、硬件系統的功能還比較有限，且價格昂貴，因此，開發廉價而且功能較完善的虛擬制造系統應成為VMT發展的重要內容之一，開發的內容包括擬人化的用戶界面、基于事件的實時仿真引擎、虛擬外設的硬件接口、虛擬仿真語言、與傳統CAD軟件的數據通用轉換接口、各種數據庫和工具庫等。

    2目前VM的研究熱點

    盡管虛擬現實技術在制造業的應用取得了巨大成就

    但仍存在很多問題有待完善，當今社會的熱點有：

    a)各種資源的整合與協同，包括人力資源和現有的知識與技術資源的有效組織，使各方面專家利用現有條件、方法與工具有效地合作，進行VM在制造業的研究與開發；

    b)模型數據在虛擬產品設計、虛擬工藝設計、虛擬生產加工、虛擬裝配、虛擬企業與虛擬設備、原料和產品供應鏈等共享和繼承、可重用性問題；

    c)虛擬裝配中的碰撞和零件的碰撞變形以及力反饋問題。

    3結論

    VMT是信息化制造的重要技術之一，實現VM需要強有力的技術支撐。VMT的應用應結合我國制造業自身的特點。在吸收國外成熟經驗的基礎上大膽創新，形成特色發展。可以預言，隨著我國對VMT，研究的探人。其廣泛的應用已為期不遠，終將成為一個現代化、信息化制造企業的必由之路。