虚拟制造是20世纪80年代提出的概念，但是“虚拟制造”一词在90年代才第一次突显出来，其部分原因来自美国国防部发起的虚拟制造项目。

  在理解什么是虚拟制造之前，我们有必要先了解一下虚拟制造到底是一个怎样的存在。

  比如：1994-2013，连续18年从未发生过造成人员死亡的事故，可以飞越大半个地球的客机

  但是我们还必须了解到，波音777同时还是有史以来第一架完全在电脑虚拟现实中设计制造的飞机。

  什么意思呢？原来所有飞机在生产前都会按照设计先做一个一模一样的样机，然后里面各个零部件不断的优化，保证强度、契合、安装空间等等。

  说到这，有必要通过一些数据说一下这个意味着什么，300万零部件、用了2200台电脑参与虚拟制造，从90年10月启动到95年4月出厂，只用了5年，而之前飞机的研发生产周期大约是八年。

  试飞前，波音公司的总裁非常热情的邀请IBM的技术主管去参加试飞，可那位主管却说道：“啊，非常荣幸，可惜那天是我妻子的生日，So......”

  当然，我想IBM那些搞IT的人不会那么怂。那么，虚拟制造是怎么和真实制造发生交联和作用的呢？

  我们很清楚，制造的源头是订单和产品的定义，我们叫做生产输入；而制造的过程则受空间环境、制造工艺、制造流程、人财物的约束，我们统称生产约束。

  我们有了生产输入和约束后，就能安排生产了，从排程到过程控制、检测，而其中的很多环节，比如用什么刀具、如何进刀、铸造脱模斜度是否合适，这些都和个人会使用的物理设备，包括模具、刀具、机床有关系。

  我们可以先在计算机里三维建模，然后用运动模型驱动它活动路径，最后就能知道刀具是否合适、进刀角度怎么样才可以合适，进刀量是否合适等等。如果没有虚拟制造，这些都要求我们在真实世界里用刀具去试，这样的一个过程就会产生废料、会需要比较长时间的试验。而现在有很多计算机软件帮助快速建模，模拟上述过程，这样可能几分钟就能够获得我们大家都希望得到的结果。

  通常我们把虚拟制造的成果称之为数字产品，对应物理世界的实际产品。这样的产品有更广泛的定义，并不全是具体制造的那个东西，更多的是制作的完整过程和设备的设计、环境的定义、控制量的设定等等。比如，我们大家可以用专用软件去设计一个流水线和厂房，满足工艺流程设定，又能提前验证有效性与高效性。咱们不可以真的建了再修改，费时费力。这就是虚拟制造的作用，用虚拟世界里模拟出真实的东西去验证想法。

  我画了一张图，从上面能够正常的看到，灰色的两块“计算机仿真”和“虚拟现实”技术是虚拟制造的两大技术版块。其实，很多情况下，虚拟现实技术也是作为“计算机仿真”技术的其中一部分出现的，所以，我们理解虚拟制造就是，利用计算机仿真技术满足制作的完整过程所需的物理呈现方面的虚拟化。

  模型解算过程把结果数据发送到虚拟现实版块，必要时真实制作的完整过程也会把生产的全部过程数据发给虚拟现实版块，虚拟现实版块把这一些数据形成可视的图形，也就是三维模型。

  你们可能会好奇，这一些数据都是些什么数据呢？总共有三类，图形数据、位置数据还有控制数据。图形数据就是三维模型的长宽高，专业点就是点数据、面片栅格数据、体数据等等；位置数据就是三维模型在虚拟场的定位；控制数据则包括观察对象的位移和转动角度、观察人员的视角切换、沉浸角色的漫游路径、以及众多的预设性动作，比如爆炸、切割、溶解、颜色变化等等。总之一句话，虚拟现实是根据仿真结果去呈现可感知的虚拟世界。

  我们回到制造本身，一个产品从厂里构思到制造上货架，全过程是：概念设计、原理样机验证、定型、选材开模、工艺设定、厂区规划、流水线设计、设备工具选型加工、原材料加工、部件存取检测、装配包装、仓储物流。

  这些都属于制造范畴，而我们所知道的虚拟制造，在其中很多环节都已得到了应用。而且达到明显的效果，包括：加快产品设计和确定保证产品性能；优化制造流程；检验和优化制造设备设计/验证工艺设定以保证加工能力。

  还是飞机设计的，世界顶尖的飞机短舱设计企业赛峰短舱有一个虚拟虚拟现实室，里面配备了两块4米×2.5米的屏幕。其中一块屏幕水平置于地板，使工程师、技术人员和操作员能够更近距离地观看投射到屏幕上的虚拟现实。使用者通过佩戴3D眼镜，能够准确的通过其所在位置对图像进行动态调整，从而观看借助集团内部使用计算机辅助三维交互应用软件（CATIA）CAD所设计的所有零部件的同比例版本。

  在生产线设计过程中，每天都用它来验证他们的工装。它的投入使用使技术审核的时间缩短了一半，各类工装预算降低了10％。

  除此之外还有我们熟知的虚拟热成形、虚拟装配、虚拟流体性能分析、仓储物流、甚至于生产线运营还有工厂布局规划，都是虚拟制造的典型应用范畴。

  从上述例子能够准确的看出，与实际制造相比较，虚拟制造存在两个关键特点，一个是虚拟模型，虚拟模型很容易理解，虚拟制造出来的数字产品，都是计算机视觉产物；

  另一个是协同工作。协同工作则需要解释一下，通过将研究和生产对象虚拟化后，很多人就可以坐在电脑前通过快速分享和修改进行协同工作，不用都跑到原理样机前才可以协同工作。比如每个人只负责一部分的设计，自动集成到一起形成最终设计。还有就是，一个人操作的结果能快速呈现给协同方进行检验、修改，共同完成一项工作。

  那么，我们把具体的工作再抽象一下，虚拟制造的目标可以很清晰的分为三个版块：

  以设计为中心，目标是优化产品设计过程和结果，虚拟化的对象是产品和设备的参数本身，比如尺寸、材料、形状、质感等；

  以生产为中心，目标是优化生产过程，虚拟化的对象是工艺、资源排列、流程系统，比如生产计划、加工过程、物流过程等；

  以控制为中心，目标是优化测试过程，虚拟化的对象是过程数据，比如半成品尺寸、刀具磨损、产品重量等。

  可以用来比对验证、可以用作装配试错，可以辅助外观改善，可以结构优化，可以厂区规划等等。

  比如这个高级排程，就是结合了人/设备/原料供给等多种制约生产的因素，可以帮助快速决策生产计划和决定采购周期；

  比如这个工厂物流仿真，可以帮助决策者快速选择合理的物流方式，比如车辆、传送带，还可以得到具体的时间窗口评估。

  以控制为中心，其实就是把生产过程中涉及到临时控制所需要决策的数据抽象出来，做成可感知的声图数形式，帮助生产管控人员快速进行决策。

  比如这个管道仿真，一旦把现场流量阀数据同步到这个仿真系统里，我们就能够迅速知悉现场情况，可以做故障分析和排除。

  比如这个典型的石油化工流程仿真示意，每个探测器数据呈现在故障模型解算帮助下，能够在一定程度上帮助生产管理者快速确立系统的健康运行状态，而执行器工作结果也是对最终生产任务的直接指标，我们能获得精确的生产进度。

  比如这个生产监控白板，可以实时体现生产各个关键环节，并以图形化手段呈现运作时的状态结果，这些都将是生产计划控制的依据。如果输入的数据是虚拟的，那么这个就会很好的体现模拟生产的效率。

  南戈特旗下“南戈特智能”、“南戈特机电”、“南戈特（北京）”和“南戈特智慧”，最早成立于2002年，致力于提供超一流的工程数字化集成服务和教育信息化服务。 作为智能制造人才教育培训整体解决方案提供商，南戈特与包括阿里云、西门子、ABB、GE、艾默生、施耐德、博世力士乐、欧姆龙、台达、汇川、徐工等头部企业建立了战略合作伙伴关系，为高校提供实验室建设、师资培训、校园信息化、实习就业推荐等全方位校企合作服务，为政府提供公共实训基地、产教融合基地的建设咨询/建设/运营服务和面向社会的专业技能培训。