由于國內(nèi)外市場競爭加劇，科學技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快及人們對產(chǎn)品多樣化的需求增加，使得機械制造業(yè)向多品種小批量生產(chǎn)方式發(fā)展。因此，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期成為決定制造業(yè)競爭力的首先因素。并行工程、智能制造、敏捷制造、虛擬制造等多種有關(guān)先進制造技術(shù)的新思想、新概念相繼誕生。而其中基于計算機和信息技術(shù)的虛擬制造技術(shù)被認為是加速新產(chǎn)品開發(fā)的有效手段，它能很好地解決制造業(yè)的TQCS難題，即以最快的上市速度(T,Time to Market)、最好的質(zhì)量(Q,Quality)、最低的成本(C,Cost)、最優(yōu)的服務(wù)(S,Service)來提高制造業(yè)的競爭力，虛擬制造技術(shù)對制造業(yè)又將是一次新的革命。

　　1.我國制造業(yè)的現(xiàn)狀

　　制造業(yè)是所有與制造有關(guān)的企業(yè)機構(gòu)的總體，是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，它一方面創(chuàng)造價值，生產(chǎn)物質(zhì)財富和新的知識，另一方面為國民經(jīng)濟各個部門包括國防和科學技術(shù)的進步與發(fā)展提供先進的手段和裝備。在我國的經(jīng)濟騰飛中，制造業(yè)功不可沒。

　　但是，隨著計劃經(jīng)濟體制向市場經(jīng)濟體制轉(zhuǎn)變，我國制造企業(yè)的弊端日益顯露出來。我國制造業(yè)目前存在的五大難題：①產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，產(chǎn)品水平低，主要機械產(chǎn)品中達到當代世界先進水平的不到5%；②生產(chǎn)集中度低，分散重復嚴重；③科技基礎(chǔ)薄弱，自主開發(fā)能力差；④企業(yè)裝備陳舊，生產(chǎn)工藝落后，精密、高效、數(shù)控設(shè)備不足5%；⑤基礎(chǔ)管理薄弱，由于企業(yè)沒有現(xiàn)代管理意識，在市場經(jīng)濟新形勢下顯得很被動。

　　2.虛擬制造

　　(1)虛擬制造(VM)

　　虛擬制造(VM)是以計算機仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)為支持，對產(chǎn)品設(shè)計、制造等過程進行統(tǒng)一建模，在產(chǎn)品設(shè)計階段實時地、并行地模擬產(chǎn)品未來制造全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計的影響，預(yù)測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的成本等，從而更有效地、柔性靈活地組織生產(chǎn)，并使新產(chǎn)品開發(fā)一次獲得成功。虛擬制造的目的是盡量降低產(chǎn)品的成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命。

　　為了更細致地了解虛擬制造的含義，美國的勞倫斯協(xié)會把VM分成三種類型：①以設(shè)計為中心的虛擬制造(Design Centered VM)，為設(shè)計者提供各種工具以便設(shè)計出符合設(shè)計準則的產(chǎn)品模型；②以生產(chǎn)為中心的虛擬制造(ProductionCentered VM)，研究開發(fā)產(chǎn)品制造過程模型和環(huán)境模型，分析各種可行的生產(chǎn)計劃和工藝規(guī)劃；③以控制為中心的虛擬制造(Control Centered VM)，能評估產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃和控制策略及措施，以便通過對過程的仿真，反復地改進所有這些工作。

　　(2)虛擬制造技術(shù)與其它先進制造技術(shù)之間的關(guān)系

　?、倜艚葜圃?Agile Manufacturing, AM)與VM:敏捷制造的基本思想是通過將高素質(zhì)的員工、動態(tài)靈活的組織機構(gòu)、企業(yè)內(nèi)及企業(yè)間的靈活管理以及柔性的先進生產(chǎn)技術(shù)進行全面的集成，使企業(yè)能夠?qū)Τ掷m(xù)變化、不可預(yù)測的市場要求作出快速反應(yīng)，由此獲得長期的經(jīng)濟效益?？梢姡艚葜圃鞆娬{(diào)人、組織、管理和技術(shù)的高度集成，強調(diào)企業(yè)面向市場的敏捷性。VM是敏捷制造的一種實現(xiàn)手段，是制造企業(yè)增強產(chǎn)品開發(fā)敏捷性，快速滿足市場多元化需求的有效途徑。

　　②并行工程(Concurrent Engineering, CE)與VM：并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及相關(guān)的各種過程(包括制造過程和支持過程)的系統(tǒng)方法。這種方法要求產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計開始就考慮在產(chǎn)品的整個生命周期中，從概念形成到產(chǎn)品報廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進度計劃、用戶要求等。為達到并行的目的，應(yīng)建立高度集成的主模型，在許多部分應(yīng)用仿真技術(shù)，而仿真技術(shù)是VM的核心技術(shù)，所以CE的發(fā)展為VM的誕生創(chuàng)造了條件，而VM的發(fā)展又促進了CE的實時化、可視化。

　　③精益生產(chǎn)(Lean Production, LP)與VM：精益生產(chǎn)的目的是簡化生產(chǎn)過程，減少信息量，消除過分臃腫的生產(chǎn)組織，使產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程盡量簡化和標準化。實行精益生產(chǎn)為虛擬制造的實施創(chuàng)造了條件。

　?、芫G色制造(Green Manufacturing)與VM：綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響(負作用)最小，資源效率最高。由于VM基本上不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)實際產(chǎn)品，產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)和實現(xiàn)過程都是在計算機上完成的，顯然VM為綠色制造提供了一種實現(xiàn)手段。

從以上分析可以看到，VM及其各種先進制造技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，AM、LP和CE都是現(xiàn)實生產(chǎn)的先進制造技術(shù)，它們既為VM創(chuàng)造了條件，又同時受到VM的影響。同時它們都離不開網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支持。

　　3.實施虛擬制造的利益及面臨的難題

　　(1)實施虛擬制造的利益

　?、偬摂M制造作為一種哲理、一種制造策略為制造業(yè)的發(fā)展指明了方向。它可以全面改進企業(yè)的組織管理工作，提高企業(yè)整體運作及全面最優(yōu)決策的效能和市場競爭力。

　?、诳梢源蚱苽鹘y(tǒng)的地域、時域的限制，通過Internet/Intranet實現(xiàn)資源共享，變分散為集中，可實現(xiàn)異地設(shè)計、異地制造，從而使產(chǎn)品開發(fā)能以快速、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。

　　③通過分析設(shè)計的可制造性，利用有效的工具和加工方法來支持生產(chǎn)，虛擬制造可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和質(zhì)量的穩(wěn)定性。

　　④由于采用了虛擬生產(chǎn)，使企業(yè)不再需要投入大量的設(shè)備和儀器，從而避免了不必要的設(shè)備閑置，可充分利用其它企業(yè)的先進設(shè)備和儀器進行生產(chǎn)，能很好地解決一些中小企業(yè)資金短缺的難題。

　　(2)實施虛擬制造面臨的難題

　　①從國家政策方向看，雖然國家對制造業(yè)十分重視，但由于我國當前正處于改革過程中，多種機制同時運行，在資金使用時較難協(xié)調(diào)，國家難以投入重金支持虛擬制造技術(shù)研究。

　　②從研究工作方面看，我國有虛擬制造研究方面存在科研經(jīng)費短缺，力量分散，科研成果難以推廣應(yīng)用，人才流失嚴重等問題。

　　③從企業(yè)方面看，由于企業(yè)的整體素質(zhì)不高，而先進的技術(shù)往往不易取得立竿見影的效果，是一項長期而艱苦的工作，這影響了企業(yè)應(yīng)用先進制造技術(shù)的熱情。另外，企業(yè)人員的素質(zhì)不高也制約了先進制造技術(shù)的應(yīng)用。

　　4.實施虛擬制造應(yīng)采取的措施

　　(1)高度重視和全面規(guī)劃

　　虛擬制造技術(shù)與其它的先進制造技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，其涉及面廣、技術(shù)難度大，研究及推廣應(yīng)用需要投入大量人力、物力及資金，政府部門應(yīng)從宏觀上加強對虛擬制造技術(shù)的指導，同時要使虛擬制造技術(shù)與各種先進制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展，盡早制訂符合我國國情的發(fā)展計劃，最終實現(xiàn)虛擬制造技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用。

　　(2)加強人才培養(yǎng)和培訓工作

　　人是先進制造的主體，沒有高素質(zhì)的人的參與，再好的技術(shù)也發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。因此，企業(yè)應(yīng)樹立以人為本的思想，采用人—機一體的技術(shù)路線。企業(yè)在培養(yǎng)和引進高層次、高質(zhì)量研究型、管理型和開發(fā)應(yīng)用型人才的同時，還應(yīng)在企業(yè)中大力普及CAD技術(shù)，及時推行精益生產(chǎn)、并行工程等思想和技術(shù)，全面提高企業(yè)人員的素質(zhì)。

　　(3)加強關(guān)鍵技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用

　　虛擬制造技術(shù)包括軟件技術(shù)和硬件技術(shù)，其中建模技術(shù)、計算機仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等是實施虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)。針對我國科研力量分散的特點，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心，以企業(yè)為主體，產(chǎn)學研相結(jié)合，重點投資與自身發(fā)展有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的研究，開發(fā)和推廣應(yīng)用。

　　(4)從企業(yè)實際出發(fā)，分階段實施

　　企業(yè)要實現(xiàn)虛擬制造，應(yīng)分階段逐步實行，不能隨便超越階段，要做好全面扎實的基礎(chǔ)工作，應(yīng)加強CAD、CAPP、CAM、NC、FMC、CAE技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，在全面實施并行工程的基礎(chǔ)上實施虛擬制造。

　　總之，虛擬制造技術(shù)的發(fā)展應(yīng)結(jié)合我國制造業(yè)自身的特點，在吸收國外成熟經(jīng)驗的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，形成特色發(fā)展?？梢灶A(yù)言，隨著我國對虛擬制造技術(shù)研究的深入，其應(yīng)用已為期不遠。