由于國內外市場競爭加劇，科學技術發(fā)展迅速，產品更新換代速度加快及人們對產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方式發(fā)展。因此，縮短產品開發(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先進制造技術的新思想、新概念相繼誕生。而其中基于計算機和信息技術的虛擬制造技術被認為是加速新產品開發(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)、最好的質量(Q,Quality)、最低的成本(C,Cost)、最優(yōu)的服務(S,Service)來提高制造業(yè)的競爭力，虛擬制造技術對制造業(yè)又將是一次新的革命。

　　1.我國制造業(yè)的現狀

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

　　但是，隨著計劃經濟體制向市場經濟體制轉變，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產品質量不穩(wěn)定，產品水平低，主要機械產品中達到當代世界先進水平的不到5%；②生產集中度低，分散重復嚴重；③科技基礎薄弱，自主開發(fā)能力差；④企業(yè)裝備陳舊，生產工藝落后，精密、高效、數控設備不足5%；⑤基礎管理薄弱，由于企業(yè)沒有現代管理意識，在市場經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實技術為支持，對產品設計、制造等過程進行統一建模，在產品設計階段實時地、并行地模擬產品未來制造全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品的可制造性、產品的成本等，從而更有效地、柔性靈活地組織生產，并使新產品開發(fā)一次獲得成功。虛擬制造的目的是盡量降低產品的成本，縮短產品的開發(fā)周期，提高產品的質量和壽命。

　　為了更細致地了解虛擬制造的含義，美國的勞倫斯協會把VM分成三種類型：①以設計為中心的虛擬制造(Design Centered VM)，為設計者提供各種工具以便設計出符合設計準則的產品模型；②以生產為中心的虛擬制造(ProductionCentered VM)，研究開發(fā)產品制造過程模型和環(huán)境模型，分析各種可行的生產計劃和工藝規(guī)劃；③以控制為中心的虛擬制造(Control Centered VM)，能評估產品設計、生產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)虛擬制造技術與其它先進制造技術之間的關系

　　①敏捷制造(Agile Manufacturing, AM)與VM:敏捷制造的基本思想是通過將高素質的員工、動態(tài)靈活的組織機構、企業(yè)內及企業(yè)間的靈活管理以及柔性的先進生產技術進行全面的集成，使企業(yè)能夠對持續(xù)變化、不可預測的市場要求作出快速反應，由此獲得長期的經濟效益。可見，敏捷制造強調人、組織、管理和技術的高度集成，強調企業(yè)面向市場的敏捷性。VM是敏捷制造的一種實現手段，是制造企業(yè)增強產品開發(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、并行地設計產品及相關的各種過程(包括制造過程和支持過程)的系統方法。這種方法要求產品開發(fā)人員在設計開始就考慮在產品的整個生命周期中，從概念形成到產品報廢處理的所有因素，包括質量、成本、進度計劃、用戶要求等。為達到并行的目的，應建立高度集成的主模型，在許多部分應用仿真技術，而仿真技術是VM的核心技術，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(Lean Production, LP)與VM：精益生產的目的是簡化生產過程，減少信息量，消除過分臃腫的生產組織，使產品及其生產過程盡量簡化和標準化。實行精益生產為虛擬制造的實施創(chuàng)造了條件。

　　④綠色制造(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代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期中，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，也不生產實際產品，產品的設計、開發(fā)和實現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手段。

從以上分析可以看到，VM及其各種先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，AM、LP和CE都是現實生產的先進制造技術，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絡和數據庫的支持。

　　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

　　①虛擬制造作為一種哲理、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。

　　②可以打破傳統的地域、時域的限制，通過Internet/Intranet實現資源共享，變分散為集中，可實現異地設計、異地制造，從而使產品開發(fā)能以快速、優(yōu)質、低耗響應市場變化。

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

　　④由于采用了虛擬生產，使企業(yè)不再需要投入大量的設備和儀器，從而避免了不必要的設備閑置，可充分利用其它企業(yè)的先進設備和儀器進行生產，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調，國家難以投入重金支持虛擬制造技術研究。

　　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費短缺，力量分散，科研成果難以推廣應用，人才流失嚴重等問題。

　　③從企業(yè)方面看，由于企業(yè)的整體素質不高，而先進的技術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)應用先進制造技術的熱情。另外，企業(yè)人員的素質不高也制約了先進制造技術的應用。

　　4.實施虛擬制造應采取的措施

　　(1)高度重視和全面規(guī)劃

　　虛擬制造技術與其它的先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，其涉及面廣、技術難度大，研究及推廣應用需要投入大量人力、物力及資金，政府部門應從宏觀上加強對虛擬制造技術的指導，同時要使虛擬制造技術與各種先進制造技術相互銜接、協調發(fā)展，盡早制訂符合我國國情的發(fā)展計劃，最終實現虛擬制造技術在我國的廣泛應用。

　　(2)加強人才培養(yǎng)和培訓工作

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

　　(3)加強關鍵技術的研究、開發(fā)和應用

　　虛擬制造技術包括軟件技術和硬件技術，其中建模技術、計算機仿真技術和虛擬現實技術等是實施虛擬制造的關鍵技術。針對我國科研力量分散的特點，建立分布式網絡化研究中心，以企業(yè)為主體，產學研相結合，重點投資與自身發(fā)展有關的關鍵技術的研究，開發(fā)和推廣應用。

　　(4)從企業(yè)實際出發(fā)，分階段實施

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

　　總之，虛擬制造技術的發(fā)展應結合我國制造業(yè)自身的特點，在吸收國外成熟經驗的基礎上大膽創(chuàng)新，形成特色發(fā)展。可以預言，隨著我國對虛擬制造技術研究的深入，其應用已為期不遠。