【文章內(nèi)容簡介】 的三維可視化；虛擬環(huán)境下系統(tǒng)全局最優(yōu)決策理論和技術(shù)；虛擬制造系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)；虛擬產(chǎn)品的裝配仿真；虛擬環(huán)境中及虛擬制造過程中的人機(jī)協(xié)同作業(yè)等。 根據(jù)各種相關(guān)技術(shù)在虛擬制造中的地位，可以把這些技術(shù)劃分成三個(gè)級(jí)別：核心技術(shù)級(jí)，突破技術(shù)級(jí)和一般技術(shù)級(jí)。核心技術(shù)是虛擬制造的基礎(chǔ)和關(guān)鍵的技術(shù)，從本質(zhì)上講，核心技術(shù)定義了虛擬制造能夠做什么；突破技術(shù)是指：如果沒有這些技術(shù)，虛擬制造系統(tǒng)就不可能建立，而一般技術(shù)則是廣泛使用的技術(shù)，在其它領(lǐng)域可能是必須的，但對(duì)虛擬制造是重要的，也許是關(guān)鍵的。下表給出了該三個(gè)級(jí)別的各種技術(shù)： （1） 核心技術(shù) 過程特征的虛擬制造方法學(xué) 裝配仿真技術(shù) 產(chǎn)品和工藝的說明性表達(dá) 虛擬制造Meta模型的自然語言 費(fèi)用數(shù)據(jù)庫及集成 VM用戶界面 VM校驗(yàn)與致效方法、算法和工具 工藝模型與仿真致效 使用VM系統(tǒng)的方法學(xué) VM框架（指南，集成標(biāo)準(zhǔn)等） 設(shè)計(jì)抽象的方法學(xué) 支持概念設(shè)計(jì)工具 基于制造特征的工藝及費(fèi)用估計(jì)的工具 制造工程自動(dòng)化 仿真體系結(jié)構(gòu) 達(dá)到“最好設(shè)計(jì)”的沖突解決 STEP技術(shù) 工作流工具 決策效果的自動(dòng)評(píng)價(jià)的決策支持工具 面向?qū)ο蟮?、?dòng)態(tài)的、函數(shù)化語言和基于事件建模 （2） 突破技術(shù) 制造過程的計(jì)算機(jī)特征化 體素，子模型，顧客的數(shù)據(jù)交換及聯(lián)接 安全性，密碼技術(shù) 綜合可視化技術(shù) （3） 一般技術(shù) 分布式并行處理與智能協(xié)同求解 知識(shí)表示方法學(xué)、協(xié)議、語法 大型集成數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫 機(jī)器智能 基于知識(shí)的系統(tǒng)，基于規(guī)則的系統(tǒng) 人工智能，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，模糊理論 軟件模塊化與可重構(gòu)性 餛沌理論 自治代理 計(jì)算機(jī)硬件性能，高性能計(jì)算 聯(lián)網(wǎng)/通訊 五、虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用 目前，虛擬制造技術(shù)應(yīng)用效果比較明顯的10個(gè)方面如下： 例如，傳統(tǒng)汽車外形造型設(shè)計(jì)多采用塑料制作外形模型，要通過多次評(píng)測(cè)和修改，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。采用虛擬技術(shù)的外形設(shè)計(jì)，可隨時(shí)修改、評(píng)測(cè)，方案確定后的建模數(shù)據(jù)可直接用于沖壓模具設(shè)計(jì)、仿真和加工，甚至用于廣告和宣傳。在其它產(chǎn)品(如飛機(jī)、建筑和裝修、家用電器、化妝品包裝等)的外形設(shè)計(jì)中同樣有極大的優(yōu)勢(shì)。 在復(fù)雜產(chǎn)品的布局設(shè)計(jì)中，通過虛擬技術(shù)可以直觀地進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免可能出現(xiàn)的干涉和其它不合理問題。例如，工廠和車間設(shè)計(jì)中的機(jī)器布置、管道鋪設(shè)、物流系統(tǒng)等都需要該技術(shù)的支持。在復(fù)雜的管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用虛擬技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以進(jìn)入其中進(jìn)行管道布置，并檢查可能的干涉等問題。 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就能展示出產(chǎn)品的行為，動(dòng)態(tài)表現(xiàn)產(chǎn)品的性能，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須解決運(yùn)動(dòng)構(gòu)件工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系、運(yùn)動(dòng)范圍設(shè)計(jì)、可能的運(yùn)動(dòng)干涉檢查、產(chǎn)品動(dòng)力學(xué)性能、強(qiáng)度、剛度等。例如，生產(chǎn)線上各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)作協(xié)調(diào)和配合是比較復(fù)雜的，采用仿真技術(shù)，可以直觀地進(jìn)行配置和設(shè)計(jì)，保證工作的協(xié)調(diào)。 針對(duì)金屬材料熱成形過程的技術(shù)難點(diǎn)(高溫、動(dòng)態(tài)、瞬時(shí)、難以控制質(zhì)量)，從材料成形理論分析入手，通過數(shù)值模擬和物理模擬方法，使得基礎(chǔ)理論能直接定量地指導(dǎo)金屬材料熱成形過程，并對(duì)材料成形過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，預(yù)測(cè)不同條件下成形后材料的組織、性能及質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱成形件的質(zhì)量與性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大限度地發(fā)揮材料的性能潛力，為關(guān)鍵的重大裝備一次制造成功提供技術(shù)支持。 產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性、可加工性、加工方法、機(jī)床和工藝參數(shù)的選用，以及加工過程中可能出現(xiàn)的加工缺陷等，這些問題需要經(jīng)過仿真、分析與處理。 機(jī)械產(chǎn)品的配合性和可裝配性是設(shè)計(jì)人員常易出現(xiàn)錯(cuò)誤的地方，以往要到產(chǎn)品最后裝配時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致零件的報(bào)廢和工期的延誤，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和信譽(yù)損失。采用虛擬裝配技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)的正確性，避免損失。 首先是進(jìn)行產(chǎn)品的立體建模，然后將這個(gè)模型置于虛擬環(huán)境中控制、仿真和分析，可以在設(shè)計(jì)階段就對(duì)設(shè)計(jì)的方案、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行仿真，解決大多數(shù)問題，提高一次試驗(yàn)成功率。采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，還可以方便、直觀地進(jìn)行工作性能檢查。 用虛擬現(xiàn)實(shí)或三維動(dòng)畫技術(shù)制作的產(chǎn)品廣告具有逼真的效果，不僅可顯示產(chǎn)品的外形，還可顯示產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、裝配和維修過程、使用方法、工作過程、工作性能等，尤其是利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的產(chǎn)品介紹，生動(dòng)、直觀，廣告效果很好。網(wǎng)上漫游技術(shù)使人們能在城市、工廠、車間、機(jī)器內(nèi)部乃至圖樣和零部件之間進(jìn)行漫游，直觀方便地獲取信息。 產(chǎn)品生產(chǎn)過程的合理制定、工廠人力資源、制造資源的合理配置，對(duì)縮短生產(chǎn)周期和降低成本有重大影響。 10. 虛擬企業(yè)的可合作性仿真與優(yōu)化 虛擬制造系統(tǒng)可以為虛擬企業(yè)提供可合作性的分析支持，為合作伙伴提供協(xié)同工作環(huán)境和虛擬企業(yè)動(dòng)態(tài)組合及運(yùn)行支持環(huán)境。虛擬制造系統(tǒng)可以將異地的、各具優(yōu)勢(shì)的研究開發(fā)力量，通過網(wǎng)絡(luò)和視像系統(tǒng)聯(lián)系起來，進(jìn)行異地開發(fā)，網(wǎng)上討論。從用戶訂貨、產(chǎn)品的創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、零部件生產(chǎn)、總成裝配、銷售以至售后服務(wù)這一全過程中各個(gè)環(huán)節(jié)都可以進(jìn)行仿真，為虛擬企業(yè)動(dòng)態(tài)組合提供支持。 六、虛擬制造技術(shù)國內(nèi)外研究概況 （一）國外研究概況 由于虛擬制造技術(shù)具有誘人的應(yīng)用前景，促使發(fā)達(dá)國家對(duì)其進(jìn)行深入研究，并已出現(xiàn)許多成功的應(yīng)用范例。國外以美國為首的西方工業(yè)國家成立了相應(yīng)的虛擬制造研究機(jī)構(gòu)，在95年前已基本完成應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)的研究，建立了虛擬制造技術(shù)體系，正向?qū)嶋H應(yīng)用全面過渡。 ( 北美 在美國已形成了由政府、產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)組成的多層次、多方位的綜合研究開發(fā)力量。主要研究機(jī)構(gòu)有： (1)美國國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)局（NIST）制造工程實(shí)驗(yàn)室 該實(shí)驗(yàn)室專門設(shè)有制造系統(tǒng)集成部（Manufacturing Systems Integration Division, MSID）。該部由多個(gè)不同研究小組組成，分別負(fù)責(zé)研究和開發(fā)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助集成制造系統(tǒng)所需要的各種標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。它提供諸如分布式虛擬制造、柔性計(jì)算機(jī)集成制造和并行工程等領(lǐng)域的框架技術(shù)知識(shí)。它在這一領(lǐng)域的研究中比較著名的是提供了開放式虛擬現(xiàn)實(shí)測(cè)試床（OVRT）和國家先進(jìn)制造測(cè)試床（NAMT）。 (2)美國波音麥道飛機(jī)制造公司 該公司不斷提出新的制造理念和嘗試新的制造技術(shù)。在繼成功應(yīng)用并行工程技術(shù)后，又采用虛擬制造技術(shù)成功地將整機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期大大縮短。波音麥道公司在虛擬制造方面的研究主要在應(yīng)用領(lǐng)域。 (3)美國Maryland大學(xué)系統(tǒng)研究學(xué)院 CIM實(shí)驗(yàn)室 該實(shí)驗(yàn)室主要以CIM領(lǐng)域的最新技術(shù)為研究主題，范圍覆蓋工廠層和