1、虚拟制造的定义

    在Lawrence Associates的Virtual Manufacturing User Workshop报告中，VM被定义为：它是一个集成的、综合的可运行制造环境，用来提高各个层次的决策和控制。各部分的语义说明如下：

·综合 指真实的和仿真的对象、活动和过程的混合状态。
·环境 通过协同地提供分析工具、仿真工具、应用工具、控制工具、模型（产品、过程和资源）、设备以及组织方法的集合，用以支持构造和使用分布式制造仿真。
·运行 用环境来构造和操作特定的制造仿真。
·提高 增加它的精度和可靠性。
·层次 是指从产品的概念设计到回收利用、从车间到执行位置、从物质的转换到信息的传递等各个方面。
·决策 是指改变（可视化、组织、定义和选择）后的影响。
·控制 预测效果的真实性。

    上述关于VM的定义没有充分强调VM在预测过程、成本和质量方面的能力，而且它没有说明VM预测的可靠性和精度，因此它还存在下面的缺点：

·该定义限制了它处理的范围，并且提高了工程和制造之间的交互性。

·虽然它的最理想的定义达到了对VM最全面的描述，但是,根据不同用户的对象、技术背景和水平,VM应该有不同的定义。

·VM的定义应与特定用户的经验基础相联系，这里的制造应该是广义的、企业范围的“大”制造。因为在车间之外的重要活动也包含在建模、数据和仿真中。

    VM的定义必须与特定用户的经验和要求相联系，因此，VM不可能只有一种定义，对于每一个人来说，VM并不是完全相同的，所以应了解它与其他相关概念的区别。给出一个象VM这样覆盖面广的定义，是非常困难的。VM的定义不可能包含它的每一个方面。因此，为了更好地解释VM，下面对VM的内涵进行说明：

·通过基于建模的途径和利用仿真，VM主要是为了提高加工过程的质量。

·VM最重要的作用是为实施IPPD(Integrated Product Process Development)提供一个工具，特别是用于预测产品成本和控制功能。

·VM的基本目的是基于计算机模拟产品的开发环境，使得设计者在真正的加工之前就能够模拟地制造产品。这里的“产品开发”包括了与产品相关的所有活动，不仅包括技术上的和商业上的，而且包含了产品的设计和生产。但是，VM并不仿真所有的这些方面。例如，VM不仿真设计过程，但它支持设计过程。VM不模拟可靠性或质量工程，但是在许多情况下VM的仿真需要有到设计、可靠性、质量和其他信息的接口。

·VM是基于模型的制造，使用的工具反过来影响这些模型。最初始的工具是仿真，利用仿真可以降低制造成本，而且可以检查真实空间和虚拟空间的许多参数。

·从全局的观点来讲，在一个IPPD环境下，通过在计算机中完成“制造”，VM提供了对部分或全部设计过程的评价方法。

·VM并不是单个的解决方案、结构或数据库，它是许多小的、相对独立的工具集合，这些工具都利用了建模和仿真技术。

 2、VM的流派

    VM的研究都与特定的应用环境和对象相联系，在VM的研究过程中，由于应用的不同要求，各有不同的侧重点，因此出现了三个不同的流派，它们是以设计为中心的VM、以生产为中心的VM和以控制为中心的VM。

 2.1 以设计为中心的VM

    以设计为中心的VM是通过加制造信息到IPPD的过程和在计算机中进行“制造”,仿真多种制造方案和产生许多“软”
的模型。因此它的短期目标是：为了达到特殊的制造目的(例如为了装配进行设计、精良操作或柔性等)，VM用以制造为基础的仿真来优化产品的设计和生产过程。它的长期目标为：VM在不同的层次上用仿真过程来评估生产情况，并且反馈给设计和生产控制。

 2.2 以生产为中心的VM

    以生产为中心的VM是通过加仿真能力到生产过程模型，达到方便和快捷地评价多种加工过程的目的。它的短期目标是：VM是基于生产的IPPD的转换，用以优化制造过程和物理层。它的长期目标是：为了实现新工艺和流程的更高的可信度，VM是增加生产仿真到其它集成和分析技术。

 2.3 以控制为中心的VM

    以控制为中心的VM是通过增加仿真到控制模型和实际的生产过程，来实现优化的真实仿真。

 2.4 三类VM之间的关系

    虽然三种VM的定义不相同，但是它们都涉及到虚拟产品生命周期中不同的方面，因此，它们具有下面的特点：

    以设计为中心的VM为设计者提供了一个设计产品和评估可制造性的环境,它的结果包括产品建模、成本预测等，所以，在设计中的潜在问题能够被发现，同时它的一些指标(例如成本等)也能被预测。

    为了生产出合格的产品而不做实际的样品，以生产为中心的VM为工艺计划和生产计划的生成、工艺资源的要求以及对这些计划的评价提供了一个环境，它能够更精确地提供成本信息和产品的供给计划。

    通过提供仿真实际生产的能力，以控制为中心的VM为设计者提供了一个环境，用以评估新产品或改进的设计以及与车间生产相关的活动，它为优化制造过程和提高制造系统提供了信息。

 3、VM与其它相关技术之间的区别

当前在先进制造技术的研究过程中，产生了许多新的概念，如IPPD、虚拟企业VE（Virtual Enterprise）、建模与仿真M&S(Modeling and Simulation)等。因此，为了更详细说明VM的内涵，需要了解VM与其它相关概念之间的关系。

 3.1 VM与IPPD

    IPPD是一种交错功能协调机理，它使得与设计和制造相关的信息可以在产品设计过程的各模块间流动。VM仿真制造、生产和装配过程，因此它必须有与上面信息的接口，但是VM并不是各模块的集合，也不能使信息在模块间流动。它们的关系如图1所示。
             
                       图1: 产品开发过程

     按照IPPD的观点，VM增加了IPPD的过程，它提供了一种方法将制造知识综合到产品开发的早期阶段。因此，它在IPPD中的作用是重要的。首先它允许IPPD直接通过模拟加工过程来设计、分析和制造产品，而不用关心实际的加工。其次，它允许IPPD在原型系统中任意层次上增加过程。IPPD的优势并不在于过程中模块的多少，因为几个最好的单个模型组合到一起并不是最好的。利用VM，IPPD可以逆向分析加工过程，而不用重构加工过程。按照并行工程CE(Concurrent Engineering)的观点，VM增加了上面提到的能力外，它共享的基础结构比CE所需要的更可靠。

 3.2 VM与M&S(Modeling and Simulation)

    VM依靠M&S技术模拟制造、生产和装配过程，使设计者可以在计算机中“制造”产品。M&S是VM的基础。VM是M&S的应用，但是它扩展了传统的M&S技术。在传统上，M&S建模的目的仅仅是为了仿真和相关的分析。而在VM中，使用主要部分已存在的模型，而不是优化的仿真。因为在VM中，由于其他的原因，模型是动态的，随着仿真环境的改变，它是变化的。

 3.3 VM与VE(Virtual Enterprise)

    虚拟企业是敏捷制造的基本的动态组织形态，是指为了赢得某一机遇性市场竞争，围绕某种新产品开发，通过选用不同组织或公司的优势资源，综合成单一的靠网络通讯联系的阶段性经营实体。动态联盟具有集成性和时效性两大特点。它实质上是不同组织或企业间的动态集成，随市场机遇的存亡而聚散。在具体表现上，结盟的可以是同一个大公司的不同组织部门，也可以是不同国家的不同公司。在VE中伙伴能够共享生产、工艺和产品的信息，这些信息以数据的形式表示，能够分布到不同的计算环境中。VE与VM没有很强的相互依靠关系。在信息的集成和共享领域，VE主要强调网络，而VM主要强调产品的设计，而且在设计阶段VM的重点是仿真产品的生命周期中的各个活动。

 3.4 VM与VP(Virtual Prototyping)

    虚拟原型(Virtual Prototype)是相对物理原型，具有一定功能的基于计算机的仿真系统。它主要用于测试和评价多种设计的指定特性。VP是使用虚拟原型的过程。目前，它主要用于缩短产品的开发时间和降低成本。在VP中，计算机辅助设计信息直接被传送到产品模型，而不用构造物理原型来检验设计的有效性和进行优化设计。如果虚拟原型是通过模拟工艺计划来构造的，那么VP就是用VM来产生的，在大部分情况下，VP比物理原型具有更大的优点，在虚拟产品周期中，VP是一个必需的组成部分。所以，VP的发展将增强VM的能力，反过来，VM为VP提供了一个应用环境。

 3.5 VM与AM(Agile Manufacturing)

    敏捷制造作为一个新概念，其基本思想是通过将高素质的员工、动态灵活的组织机构、企业内及企业间的灵活管理以及柔性的先进生产技术进行全面集成，使企业能够对持续变化、不可预测的市场要求作出快速反应，由此获得长期的经济效益。由此可见，敏捷制造强调人、组织、管理和技术的高度集成，强调企业面向市场的敏捷性(Agility)。在一个企业的组织管理中，它的敏捷性可以用四个主要变量表示，即通讯连同性(Communication Connectedness)、跨组织参与性(Interorganization Participation)、生产的灵活性(Production Flexibility)和雇员的使能性(Employee Empowerment)。VM是敏捷制造的一种实现手段,是制造企业增强产品开发敏捷性、快速满足市场多元化需求的有效途径。