我国虚拟制造技术发展策略浅析

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欢迎访问e展厅 展厅 8 CAD硬件/先进制造技术展厅 图形工作站, 绘图仪/大幅面打印机, 3D控制器/3D鼠标, ... 20世纪90年代中有许多新概念、新观点应运而生，虚拟制造（Virtual Manufacture）就是其中之一，它代表了一种全新的制造体系和模式。 随着经济的全球化和社会的信息化，市场竞争日益激烈，顾客需求日趋多样化。制造企业为了在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，必须解决TQCS难题，即以最快的上市速度T（Time to market）、最好的质Q量（Quantity）、最低的成本C（Cost）和最优的服务S（Service），来满足不同顾客的需求。面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性，企业应当能够对市场需求的变化做出快速敏捷的反应，并及时地对自身的生产做出合理的调整与重新规划。基于这些因素，20世纪90年代中有许多新概念、新观点应运而生，虚拟制造（Virtual Manufacture）就是其中之一，它代表了一种全新的制造体系和模式。 1、虚拟制造技术的定义 目前，对虚拟制造技术的研究还处于不断的深入、细化之中，国际上尚没有对其做出一个统一的公共定义。有很多人曾为虚拟制造技术进行定义，本文综合目前国际上有代表性的文献，比较权威的虚拟制造技术定义如下：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射，即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，在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，以增强制造过程各级的决策与控制能力。由此可见，虚拟制造通过计算机虚拟制造环境来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，从而提高了人们的预测和决策水平，它为工程师们提供了从产品概论的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段。 2、发展虚拟制造技术的意义 虚拟制造可以对实际的制造活动以及想象中的制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品是数字产品。虚拟制造技术的应用将会对未来制造业的发展产生深远影响，它的重大作用表现为： (1)运用软件对制造系统中的五大要素（人、组织管理、物流、信息流、能量流）进行全面仿真，使之达到了前所未有的高度集成，为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间，同时也推动了相关技术的不断发展和进步。 (2)可加深人们对生产过程的制造系统的认识和理解，有利于对其进行理论升华，更好地指导实际生产。 (3)在虚拟制造与现实制造的相互影响和作用过程中，可以全面改进企业的组织管理工作，而且对正确做出决策有不可估量的影响。 (4)虚拟制造技术的应用将加快企业人才的培养速度。我们都知道， 模拟驾驶对驾驶员、飞行员的培养起到了良好的作用，虚拟制造也会产生类似的作用。 (5)虚拟制造技术的应用将极大的增强企业的创新能力，它能够在虚拟状态下设计、制造、测试和分析产品，有效地解决那些在时间、成本、质量等方面存在的问题。 (6)通过互联网、广域网、局域网和企业内部网，可以实现分散网络化制造，即对在世界上任一国家和地区的用户均可实现网上定货、异地设计和异地制造。 (7)可实现绿色制造。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源的使用效率最高。 总之，虚拟制造技术的广泛应用将从根本上改变现行的制造模式，对相关行业也将产生巨大影响，可以说，虚拟制造技术决定着企业的未来，也决定着制造业在竞争中能否立于不败之地。 3、我国虚拟制造技术发展策略 由于虚拟制造技术具有诱人的应用前景，各国（特别是发达工业国家）都给予了很高的重视，并对其进行了深入研究。在这方面我国存在巨大的差距，从大的方面看主要表现在：从研究工作方面看，科研经费紧缺，科研力量分散，科研成果难以推广应用，人才流失严重；从企业方面看，企业的整体素质不高，管理工作落后，科研能力薄弱，很难在先进制造技术方面花费过多，而且受企业人员素质的制约，一些先进的技术还不易取得立竿见影的实际效果，这些都是影响了企业应用先进制造技术的热情；从国家政策方面看，虽然国家对制造业十分重视，但是由于我国当前正处在改革过程中，多种机制同时运行，在资金使用时较难协调，而且国家财政困难，难以使用重金支持虚拟制造技术研究。针对上述实际情况，我们提出下列解决方案： (1)实施和完善基础工程。虚拟制造技术的发展不是一个孤立的过程，它对基础制造技术和工程有非常严格的要求，因此发展虚拟制造技术的战略基础和前提条件就是实施和完善基础工程。主要包括：1)精益生产。精益生产要求简化生产过程，减少信息量，消除过分臃肿的生产组织，使产品及其生产过程尽可能的简化和标准化。这样做的结果对虚拟制造是十分有利的，即现实生产过程越简化则虚拟制造实现起来就越容易。2)并行工程。并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。它要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求等。为了达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了使产品设计一次成功，减少反复，它在许多部分用了仿真技术；主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可以说，并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，并行工程的进一步发展就是虚拟制造技术。 (2)以市场需求为出发点，以“甩图板”工程为契机，大力普及CAD技术，帮助企业进行人员培训，提高企业人员的素质（包括技术水平、道德水平等），在CIMS成功示范企业中及时推广精益生产、并行工程等思想和技术，为虚拟制造技术的实现提供坚实的基础。在个别企业或部门首先实现虚拟制造。 (3)在技术的先进性方面，不要过度追求世界领先，应该根据企业实际要求，解决实际问题，力争尽快创造效益，以此取得企业的支持并获得资金的帮助，以便形成良性循环，促进研究工作的进一步开展。从单纯的技术角度看，在一个企业要实现虚拟制造，应该分阶段逐步进行，不能随便超越阶段，一般可以从以下几个阶段开始：1)建立企业网和工程数据库，初步实现CAD、CAPP、CAM功能；2)进行信息集成，推行PDM技术和特征建模技术，形成一个CAD、CAPP、CAM的集成系统；3)首先在设计、工艺、制造部门建立统一的产品模型，初步实现并行工程，进一步将企业管理方面的MIS、MRPⅡ与CAD/CAM系统进行集成，实现全厂范围内的信息集成，全面实现并行工程；4)在上述工作的基础上，对企业内的生产、经营等多方面的活动进行建模、仿真，实现虚拟制造。 (4)从企业方面看，要注重工业工程的推广应用，从管理中要效益；在行业内部，应按具有一定通用性和行业特色进行虚拟制造技术的研究，推动整个行业的发展；在整个制造业中，应抓住共性对普遍采用的技术、人员组织和生产管理等方面开展虚拟制造技术的研究，加强整个制造业的竞争力 (5)在政府方面，应充分发挥政府的协调职能，组织企业和高等院校、科研机构进行多方面、多层次的合作，加快科技成果的转化。应从宏观上加强对虚拟制造技术的指导和尽早制定符合我国国情的发展计划。此外，政府还应加大对虚拟制造技术的投资力度。早在1993年，美国政府就批准将“先进制造技术计划”列为1994年预算重点扶持的唯一科技领域，投入14亿美元巨资支持其发展。 (6)针对我国科研力量分散的弱点，仿照分散网络化生产的思想，利用计算机网络开展合作研究，建立分布式网络化研究中心，协调一致进行科技攻关。 综上所述，发展我国的虚拟制造技术应该以企业的需求为动力，通过政府的政策和计划的协调，继续深入开展成组技术、准时化生产技术及并行工程的研究与应用，并利用工业工程思想和分布式网络化研究中心，组织各地区的科研力量集中突破与虚拟制造技术密切相关的技术，如媒体远程通信技术、网络技术、数据库技术和环境技术等，为虚拟制造功能的实现提供有力的支撑。就现在情况来看，虚拟制造技术在国外发展很快，我们应适当吸收国外的成熟经验，在研究中大胆创新，在应用时要注意人与技术的协调，注重企业实际，达到事半功倍的效果。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/23/2005)