一個(gè)產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到投放市場，即產(chǎn)品的生產(chǎn)周期按時(shí)間順序可分為概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、加工制造、測試和培訓(xùn)／維護(hù)，vm技術(shù)可以在產(chǎn)品的全部生產(chǎn)周期中各個(gè)階段發(fā)揮重要的作用。vm技術(shù)（virtual
manufacturing technology）首先在飛機(jī)、汽車等領(lǐng)域獲得成功的應(yīng)用。目前vm技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面。
1、虛擬企業(yè)
虛擬企業(yè)建立，其中有一條最重要的原因是因?yàn)楦髌髽I(yè)本身無法單獨(dú)滿足市場需求，迎接市場挑戰(zhàn)。因此，為了快速響應(yīng)市場的需求，圍繞新產(chǎn)品開發(fā)，利用不同地域的現(xiàn)有資源、不同的企業(yè)或不同地點(diǎn)的工廠，重新組織一個(gè)新公司。該公司在運(yùn)行之前，必須分析組合是否最優(yōu)，能否協(xié)調(diào)運(yùn)行，并對投產(chǎn)后的風(fēng)險(xiǎn)、利益分配等進(jìn)行評估。這種協(xié)作公司稱為虛擬公司，或者叫動態(tài)聯(lián)盟，是一種虛擬企業(yè)，它具有集成性和實(shí)效性兩大特點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。
虛擬企業(yè)的特征是：①企業(yè)地域分散化。虛擬企業(yè)從用戶訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、零部件制造，以及總成裝配、銷售、經(jīng)營管理都可以分別由處在不同地域的企業(yè)，按契約互惠互利協(xié)作，進(jìn)行異地設(shè)計(jì)、異地制造、異地經(jīng)營管理。②企業(yè)組織臨時(shí)化。虛擬企業(yè)是市場多變的產(chǎn)物。為了適應(yīng)市場環(huán)境的變化，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)也要及時(shí)反映市場動態(tài)，虛擬企業(yè)注重短期利益。當(dāng)產(chǎn)品方向更換、聯(lián)盟伙伴之間利益改變或企業(yè)追求目標(biāo)變更時(shí)，企業(yè)要調(diào)整組織結(jié)構(gòu)，或者立即解散，重新再組織新的虛擬企業(yè)。③企業(yè)功能不完整化。一個(gè)完整的企業(yè)，應(yīng)具有從企業(yè)管理、設(shè)計(jì)、制造一直到市場銷售、售后服務(wù)等完整的全部功能。但在虛擬企業(yè)不需要機(jī)構(gòu)功能完整，它以各種方式借用外部力量來進(jìn)行組合和集成。因?yàn)樘摂M企業(yè)是動態(tài)聯(lián)盟形式，突破企業(yè)的有形界限，利用外部資源加速實(shí)現(xiàn)企業(yè)的市場目標(biāo)。傳統(tǒng)的外協(xié)加工是一種原始的虛擬企業(yè)行為。④企業(yè)信息共享化。構(gòu)成虛擬企業(yè)的基本條件之一，就是組成企業(yè)伙伴之間的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)具體情況，可以是國際互聯(lián)網(wǎng)，局域網(wǎng)或企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)，及時(shí)的溝通信息，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷售、管理等信息，這些信息是以數(shù)據(jù)形式表示，能夠分布到不同的計(jì)算機(jī)環(huán)境中，以實(shí)現(xiàn)信息資源共享，保證虛擬企業(yè)各部門步調(diào)高度協(xié)調(diào)，在市場波動條件下，確保企業(yè)最大整體利益。
虛擬企業(yè)的主要基礎(chǔ)是：建立在先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)上的企業(yè)柔性化；在計(jì)算機(jī)上制造數(shù)字化產(chǎn)品，從概念設(shè)計(jì)到最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整個(gè)過程的虛擬制造；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。上述3項(xiàng)內(nèi)容是構(gòu)成虛擬企業(yè)不可缺少的必要條件。
虛擬企業(yè)這種先進(jìn)制造模式，在先進(jìn)國家的部分企業(yè)已經(jīng)運(yùn)行。例如美國ultra
comm公司是生產(chǎn)電子產(chǎn)品的虛擬企業(yè)，在美國各地有60多家，數(shù)以千計(jì)的雇員組成的虛擬電子集團(tuán)，公司本身只有幾名雇員，該公司采用分散設(shè)計(jì)和制造方式，不同的產(chǎn)品選用不同企業(yè)，依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，實(shí)現(xiàn)市場目標(biāo)。又如總部設(shè)在香港的鑫港公司，是一家國際化企業(yè)，以制造銷售電話機(jī)為主的電訊產(chǎn)品，總部從事新產(chǎn)品開發(fā)、研制、銷售和管理等，在國內(nèi)廈門經(jīng)濟(jì)特區(qū)宏泰科學(xué)工業(yè)園制造。
在面對多變的市場需求下，虛擬企業(yè)具有加快新產(chǎn)品開發(fā)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，快速響應(yīng)用戶的需求，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期等優(yōu)點(diǎn)。因此虛擬企業(yè)是快速響應(yīng)市場需求的部隊(duì)，能在商戰(zhàn)中為企業(yè)把握機(jī)遇和帶來優(yōu)勢。
2. 基于vm技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)
vm的沉浸性和交互性特性使得它成為用來設(shè)計(jì)新產(chǎn)品和開發(fā)相應(yīng)生產(chǎn)線的得力工具。首先考慮一下設(shè)計(jì)并構(gòu)造一個(gè)新產(chǎn)品原型所需要的時(shí)間。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師要考慮到產(chǎn)品的各個(gè)方面，以滿足一定的安全性、人機(jī)工程學(xué)、易維護(hù)性和裝配標(biāo)準(zhǔn)。因此，設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格地受到生產(chǎn)、時(shí)間和費(fèi)用的限制。vm能完成比cad更多的功能，cad通常只考慮產(chǎn)品各個(gè)子部件的幾何特征和相互間的幾何約束。而在vm中，可以將以上提到的多種所需滿足的條件集成到設(shè)計(jì)過程中一并考慮，我們還能適當(dāng)減少子部件數(shù)目，甚至可以按比例放縮部件尺寸，這大大降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用和原型構(gòu)造時(shí)間，更進(jìn)一步的達(dá)到產(chǎn)品用戶化的目標(biāo)。
例如，在飛機(jī)制造業(yè)中，為評測某飛機(jī)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，要建立一系列與真實(shí)產(chǎn)品同尺寸的物理模型，并在模型上進(jìn)行反復(fù)修改，這要花去大量時(shí)間和費(fèi)用，而在過去是不可避免的。如今美國波音公司在飛機(jī)設(shè)計(jì)中運(yùn)用vm技術(shù)完全改變了這種設(shè)計(jì)方法。波音公司為設(shè)計(jì)波音777飛機(jī)，研制了一個(gè)名為“先進(jìn)計(jì)算機(jī)圖形交互應(yīng)用系統(tǒng)”的虛擬環(huán)境，用vm技術(shù)在此環(huán)境中建立一駕飛機(jī)的三維模型。這樣設(shè)計(jì)師戴上頭盔顯示器就可以在這駕虛擬飛機(jī)中遨游，檢查“飛機(jī)”的各項(xiàng)性能，同時(shí)，還可以檢查設(shè)備的安裝位置是否符合安裝要求等等。最終的實(shí)際飛機(jī)與設(shè)計(jì)方案相比，偏差小于千分之一寸，機(jī)翼和機(jī)身的接合一次成功，縮短了數(shù)千小時(shí)的設(shè)計(jì)工作量。
同樣，其它大型、復(fù)雜的產(chǎn)品如船舶、潛艇設(shè)計(jì)等都可以運(yùn)用vm技術(shù)達(dá)到節(jié)約設(shè)計(jì)費(fèi)用和時(shí)間提高設(shè)計(jì)成功率的目標(biāo)。
采用vm技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品還有以下優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品用戶化的一個(gè)不利效應(yīng)是增加了模型的變量數(shù)目，也就相應(yīng)地增加了生產(chǎn)的復(fù)雜度。vm可在要加工的部位加上紋理和圖形信息，這對機(jī)械制造起到很好的向?qū)ё饔谩Ｍ瑯拥倪^程可輔助訓(xùn)練和指導(dǎo)生產(chǎn)者，使他們能很快勝任新工作。虛擬環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化可對某一項(xiàng)目合作組的成員進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)訓(xùn)練。這些合作組的成員可以在同一個(gè)或不同工廠里，甚至是來自院校的專家和國外顧問。
3、虛擬產(chǎn)品制造
應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對零件的加工方法、工序順序、工裝的選用、工藝參數(shù)的選用，加工工藝性、裝配工藝性、配合件之間的配合性、連接件之間的連接性、運(yùn)動構(gòu)件的運(yùn)動性等均可建模仿真，可以提前發(fā)現(xiàn)加工缺陷，提前發(fā)現(xiàn)裝配時(shí)出現(xiàn)的問題，從而能夠優(yōu)化制造過程，提高加工效率。
4. vm技術(shù)在制造車間設(shè)計(jì)中的作用
目前眾多的制造系統(tǒng)可按遞階控制層次分為四層：工廠層、車間層、制造單元層、設(shè)備層，其中車間層的設(shè)計(jì)與車間中設(shè)備的利用率、產(chǎn)品的生產(chǎn)效率等密切相關(guān)，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會造成設(shè)備利用率低、車間產(chǎn)量不能滿足用戶需求、操作人員的空閑時(shí)間多。所以，如何合理地設(shè)計(jì)制造車間，保證它的高效運(yùn)行是一個(gè)非常重要的問題。采用vm技術(shù)能提高設(shè)計(jì)的可行性、有效性。車間設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是把生產(chǎn)設(shè)備、刀具、夾具、工件、生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度單等生產(chǎn)要素有機(jī)地組織起來。
在車間設(shè)計(jì)的初步階段，設(shè)計(jì)者根據(jù)用戶需求，確定車間的功能需求、車間的模式、主要加工設(shè)備、刀具和夾具的類型和數(shù)量，提出一組候選設(shè)計(jì)方案。vm的作用就是幫助設(shè)計(jì)者評測、修改設(shè)計(jì)方案，得到最佳結(jié)果。
在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者完成對各個(gè)組成單元的完整描述，運(yùn)用vm造型技術(shù)生成各個(gè)組成單元的虛擬表示，并進(jìn)而用這些虛擬單元布置整個(gè)車間，其中還可加上自動導(dǎo)引小車、機(jī)器人、倉庫等車間常用設(shè)備。設(shè)計(jì)者戴上頭盔顯示器就可穿行于虛擬車間之中，他可以開啟其中的任何設(shè)備，觀測運(yùn)行情況，凡是他能想到的檢測條件都立即能看到檢測結(jié)果。他還可以在視察時(shí)交互式地修改設(shè)計(jì)方案，比如移動設(shè)備的位置，增加／刪除設(shè)備的個(gè)數(shù)，這種“所想即所見”的設(shè)計(jì)方式極大地提高了設(shè)計(jì)的成功率。
5. vm技術(shù)在生產(chǎn)計(jì)劃安排上的應(yīng)用
生產(chǎn)計(jì)劃安排的可視化對于制造決策是極其有用的，但目前它還未能完全實(shí)現(xiàn)。使用vm技術(shù)，可將成百上千件產(chǎn)品、成千上萬個(gè)零部件和許多其他生產(chǎn)要素可視化，輔助計(jì)劃者更好地評價(jià)、選擇生產(chǎn)計(jì)劃。
計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像可將計(jì)劃者的大腦負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到他們的感官系統(tǒng)，這就加快了工作進(jìn)程。生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)據(jù)變成立體的或多維的圖形，可表達(dá)復(fù)雜的內(nèi)部關(guān)系。
但問題并不是那么簡單，不能只簡單地用某種圖形來表示每種數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，否則只會生成一幅雜亂無章的圖像。在繪制之前，要先進(jìn)行視覺抽象，在2維平面上用一種形體代表一種數(shù)據(jù)，這種形體要滿足：
⑴ 支持視覺感知；
⑵ 構(gòu)造有效的視覺表示以便于各種層次的解釋；
⑶ 保證結(jié)果圖像要便于商業(yè)經(jīng)理理解和使用。
綜上所述，虛擬制造技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用可以帶來很多效益。虛擬企業(yè)可以增強(qiáng)企業(yè)柔性，滿足客戶的特殊要求，形成企業(yè)的市場競爭優(yōu)勢。虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、優(yōu)化產(chǎn)品性能，縮短設(shè)計(jì)周期。虛擬產(chǎn)品制造可以提高制造質(zhì)量，優(yōu)化工藝過程，縮短制造周期。虛擬生產(chǎn)過程可以優(yōu)化資源配置、物流管理、縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。