虚拟制造(VM)

　　（VMf Virtual Man，facturing)，笼统的理解是：在计算机内构造虚拟的生产系统模型，进行实际生产过程的模拟。   

　　实际生产系统具有对“物质”、“信息”、“能源”进行转换的功能，即投入原材料、生产、信息电力等能源，制造出所需要的产品及与产品相关的信息，并排放出作为副产品的余热等能源。通常把在生产系统内进行的上述转换活动称为制造。VM可以理解为将实际生产中的“物质”和“能源”信息化，针对实际生产系统中的信息及被信息化的“物质”和  “能源”实现与实际生产在信息上的等价转换，这样的转换形式称为虚拟制造，即VM过程虽然没有制造出实际产品，但却生成了有关产品的信息及制造产品所需的信息。   

　　(l)虚拟制造系统   

　　基于信息变换等价性的实际生产系统和虚拟制造系统，在概念上也可进一步被看成是由“物理系统”和“信息系统”组成的，即生产系统内部存在着设备原材料、产品等物理实体和生产计划、任务书、产品性能要求等信息实体。普通车床由物理实体构成的部分称为“物理系统”（physical system）；普通车床由信息实体构成的部分称为“信息系统”。普通车床生产系统由实施制造的物理系统和对物理系统进行管理（包括计划、控制）的信息系统构成。工厂的生产车间可被看作物理系统，而生产管理部门则可被认为是信息系统的一部分。   

　　物理系统和信息系统叉可分为真实物理系统( Real Physical System，RPS)、虚拟物理系统（Virtual Physical System,  VPS）和真实信息系统（Real Information System，RIS）、拟实信息系统（Vutualinformat/on System, WS）。普通车床若假定虚拟的物理和信息系统存在，刚有：

　　•真实物理系统(RPS)+真实信息系统( RIS)：现实的生产系统。   

　　•真实物理系统(RPs)+虚拟信息系统( VIS)：生产计划、管理的部分为虚拟的生产系统。例如，用计算机对已建成的工厂进行动转试验。

　　•虚拟物理系统(VPs)+真实信息系统(IUS)：实施生产的部分为虚拟系统的生产系统，可以对新工厂的建议方案进行事先评价。   

　　•虚拟物理系统(VPs)+虚拟信息系统( VLS)：在计算机内建立物理系统和信息系统的模型，基于模型通过仿真实现的生产系统。   

　　•虚拟制造系统必须是在上述组合系统中，至少有一个是虚拟系统。   

　　（2）虚拟制造系统的形式   

　　从虚拟制造系统的形式看，可分为以下两种形式。

　　1)计算机仿真

　　构造有关生产的计算机内部模型，通过仿真实现虚拟制造。生产设备、工厂组织、产品均是虚拟的。 

　　2)遥控制造 

　　由计算机网络将载域上分散的生产设备结合起来，进行集成管理和运行。普通车床生产设备和产品是实际存的，而工厂组织是假想（虚拟）的。 

　　从研究的方法手段来看，主要有以下六种形式：

　　1)产品建模

　　以产品模型设备模型为核心“进行产品设计、工艺设计、生产调度、设备布局、控制等的仿真。

　　2)生产过程仿真 

　　对切削装配等生产过程进行仿真。 

　　3)设备仿真 

　　杌器人等生产设备离线仿真、动态特性分析和模拟。 

　　4)物流仿真 

　　物流规划、ACV(自动搬运车)仿真等。 

　　5)机器控制

　　遥控操作，虚拟制造设备（Virtual Manufacturing Device，VMD）开放式系统控制器 ( Open System Controller)等。 

　　6)人工虚拟现实 

　　用计算机图形( cc)及虚拟现实技术，使操作者身临虚拟制造系统，以进行操作训练。 

　　(3)虚拟制造系统的应用领域 

　　VM的实现将会对制造业中日益自动化、复杂化、大规模化的制造系统进行更为详细的设计、仿真及评价，并能够实现在信息空间里对大规模、复杂，随时间变化的生产系统给予明确的“规定”、“推定”、“预测”，其主要应用领域有以下几方面。 

　　1)设计、生产规划 

　　通过VM的应用，实现生产系统（包括系统组成、功能、动作）的更为详细的、多方位、整个生命周期下的设计和计划。 

　　2)工厂运转 

　　未来的工厂将是一个信息化的工厂，VM系统可很方便地接受、处理工厂中的各种信息，并可做出适当的解释以及实现对工厂状态监测及异常诊断。 

　　3)生产预测 

　　VM系统可以在实际生产之前实现对生产过程的预测，包括交货期、生产产量、质量、设备状态等。 

　　4)生产教育

　　实现对工厂生产人员的操作训练，异常工艺时的应急处理训练等，另外，对于不具备大规模生产设备的大学，可以进行生产系统的谩计、运转等练习。

　　虚拟制造系统将使设计、生产、管理、信息处理及其各自相关的领域更加紧密地结合起来，所要实现的制造系统将更具有柔性、更富有效率，同时也将会进一步促进通信、网络、数据库、人工智能等关联技术的发展，最终实现提高制造业国际竞争力的目标。

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