随着全球知识经济的兴起和快速变化，竞争日益激烈的现代市场对制造业提出了更为苛刻的要求，即要求交货期短、质量高、成本低、服务优。同时，可持续发展战略也要求电子制造业对环境的负面影响最小。面对这种挑战，将电子信息技术全面应用于传统的制造领域并对其改造，是电子制造业发展的必由之路。虚拟制造正是在这种背景下产生的，并且已成为当今的研究和应用热点，是新型的制造技术之一。
一、虚拟制造的概念
制造技术发展到今天，尽管日趋成熟，但仍面临着许多新的需求，主要体现在：人的需求、社会环境、生产竞争及生产技术的快速多变令人无法预测。因此，电子制造业本身就处在一个湍流、混沌多变的环境中，要求以高的柔性与之相适应，发展以人为中心的组织模式，通过人—机高度集成来提高电子产品质量。制造活动对人类生存环境不可避免地会产生负面影响，从可持续发展战略出发，发展绿色清洁制造，以控制这些负面影响，是电子制造业发展的必然。
为了适应这些要求，自20世纪90年代以来，在制造领域产生了许多新概念、新思路、新理论，电子虚拟制造技术就是其中之一。许多学者从不同侧面对虚拟制造进行了探讨性研究，并提出了一系列相关定义。人们最初提出的虚拟制造的概念是：在相关理论和已积累的知识的基础上对制造知识进行系统化组织；在此基础上，对工程对象和制造活动进行全面建模；在建立真实制造系统前，采用计算机仿真来评估整个设计与制造活动；由评估来消除不合理结果；对模型进行日常维护来实现高质量的仿真。
人们给出虚拟制造的定义之一是：虚拟制造是这样一个概念，即与实际制造一样，只是在计算机上执行制造全过程，其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题的预测。
人们给出虚拟制造的另一定义是：虚拟制造是仿真、建模与分析技术及工具的综合应用，以增加各层次制造设计和生产决策与控制。
不难看出，虚拟制造技术可以理解为借助计算机及相关环境模拟产品的制造和装配过程。也就是说，虚拟制造就是把实际制造过程，通过建模、仿真及虚拟现实技术映射到以计算机为手段的虚拟制造空间，实现产品设计、工艺规划、生产计划与调度，加工制造、性能分析与评价、质量检验以及企业各级的管理与控制等涉及产品制造本质的全部过程，以确定产品设计及生产的合理性，增强实际制造时各级的决策和控制能力。
二、虚拟制造的特征
虚拟制造系统基本上不消耗实际物质资源和能量，也不产生实际产品，而是产品的设计开发及生产过程在计算机上的一种本质实现，因此与实际制造相比，有如下特征：
1.信息高度集成
基于计算机虚拟制造环境，进行产品设计、制造、测试，甚至设计人员和用户可进入虚拟制造环境，检验其设计、加工、装配和操作的正确合理性，而不依赖传统的原型样机的反复修改而获得，因而具有更高的信息和知识集成度。
2.敏捷灵活性更高
所有的工作都在计算机里进行，设计和加工的产品也在计算机里。因此，可以根据市场的变化和用户要求，进行快速改型设计，从而节省开发时间，使系统的灵活性更高。
3.分布合作
分布在不同地点、不同部门的人员在同一模型上同时工作，相互交流方便，信息共享程度高，减少了文档传递时间和误差。因此，开发周期短，响应速度快。
4.可视性强，修改方便
由于计算机提供的可视化环境，使计算机制造过程直观明了，并对仿真过程所反映出来的问题，可以方便地修改或变更，使之形成更好的结果。这些在虚拟制造环境中都非常容易实现，且不会造成过多的时间和费用上的浪费。
三、虚拟制造系统的分类
虚拟制造既涉及到与产品设计及制造有关的工程活动，又包含与企业经营有关的管理活动，因此，虚拟设计、生产和生产控制机制是虚拟制造的有机组成部分。按照这种思想虚拟制造可以分成三类，即以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。
1.以设计为中心的虚拟制造
把制造信息引入到设计过程，利用仿真技术来优化产品设计，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，包括加工过程工艺分析、铸造过程的热力学分析、运动部件的运动分析、数控加工的轨迹分析，以及加工时间、费用和加工精度分析等。它主要解决的是该产品的性能、质量、加工性以及经济怎样的问题。
2.以生产为中心的虚拟制造
它是在制造过程中融入仿真技术，以评估和优化生产过程，快速地对不同工艺方案、资源计划、生产计划及调度结果做出评价，其目标是产品的可生产性，主要解决“这样组织和实施生产是否合理”的问题。
3.以控制为中心的虚拟制造
它是将仿真加到控制模型和实际处理中，实现基于仿真的最优控制。其中，虚拟仪器是当前的热点问题之一，它就是利用计算机软硬件的强大功能，将传统的各种控制仪表、检测仪表的功能数字化，并可以灵活地进行各种功能的组合，形成不同的控制方案和模块，它主要解决“如何实现控制”的问题。
（作者单位：河南省开封市技师学院）
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