网络化设计和制造

快速响应全球化动态变化的市场，以最短时间开发和生产出用户接受的新产品，在竞争中求生存和发展己成为企业共同追求的目标。为了适应全球市场的动态变化，本世纪制造行业的竞争将是柔性和响应速度的竞争，所以敏捷制造被称为本世纪制造业的主要模式，而虚拟企业是实现敏捷制造的重要手段，也是本世纪企业的组织模式和现代企业合作的重要方式，而网络化的设计和制造则是虚拟企业的主要工作方式。   随着以Internet为代表的信息技术和网络技术的发展，世界经济正经历着一场深刻的革命，这场革命塑造着一种“新世界经济”，即“网络经济”。其特征是信息产业将在世界范围内大大发展.使世界经济全球化的进程大大加速，任何国家的市场变得过于狭小，企业跨国家和跨行业联合进一步发展，经济活动将按网络加以组织，参见右表。表  制造环境的变化

  传统经济时代网络经济时代

市场相对稳定动态、快速多变

消费者可选择性地区性全球性

生产需要物美价廉、满足基本的生活需要个性化，多样化

生产方式标准化，系列化、大批量单件、小批量、多品种

技术与资源相对集中全球分布

竞争要素性能与价格比柔性与响应速度

由表中可看出，应用互联网技术组建虚拟企业，进行虚拟设计和虚拟制造已是势在必行。充分利用计算机和飞速发展的网络技术，采用本世纪企业的主要组织模式—虚拟企业将是各个企业，尤其是中小型企业在市场快速、多变无法预测的网络经济时代提高竞争力、获得最佳经济效益的唯一途径。 1虚拟设计和应拟制造

虚拟设计(Virtualdesign) 虚拟设计的主要技术内容包括：工程分析、虚拟制样、网络化协同设计、虚拟装配及设计参数的交互式可视化等。虚拟现实技术，是基于自然方式的人机交互系统，利用计算机生成一个虚拟环境，并通过多种传感设备，使用户有身临其境的感觉.虚拟设计主要特点可概括为如下几点：

融入性。集三维动态显示、仿真、实际工况模拟等多媒体技术于一体，设计者能切身的融入虚拟环境中，身临其境地感受产品的设计过程和性能，从而成为虚拟环境的组成部分。

简便性。自然的人机交互方式，所见即所得，用逼真的临场感，支持不同的用户背景，支持并行工程，丰富设计理念，提供设计新方法和激发设计灵感。

多通道交流。设计者感受视觉、听觉、触觉和嗅觉等多种信息，发挥其多种潜能，增加设计的成功性。

多交互手段。摆脱传统的鼠标键盘输入方式.运用多种交互手段〔数据手套、声音命令等)支持更多的设计行为(建模、仿真、预测、评估等)。

实时性。实时的参与、交互和显示，把人在CAD环境下的活动提升到人机融为一体的积极参与的主动活动，构成融入性的智能化开发系统。

虚拟设计的应用 虚拟原型取代物理原型并且可视化，己经应用到许多要求高可靠性、高精度、物理模型造价高及实际工况不易模仿等设计领域。“融入式设计环境”即虚拟环境与设计互连。通过建立三维数字模型，设计者使用虚拟现实装备在虚拟环境中直接指导操纵模型，通过虚拟装配可以实时碰撞检测、零件穿透预防和装配件的三维公差评估等。

2 虚拟制造虚拟制造依靠数字建模、仿真技术和虚拟现实技术来在虚拟企业内部模拟工厂各层次的系统与加工过程，在计算机上将产品“制造”出来。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来制造过程，乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测.检测和评价产品的可制造性等。虚拟制造具有如下的特点：

集成性。集数字建模、可视化仿真、生产制造集成规划、企业资源规划、优化评价等多种相关技术于一体。

动态性。在三维、多视角、多信息通道的虚拟环境中。制造系统及过程的仿真可以反映出实际系统运作所具有的动态特性。有利于设计者和工艺师的设计及将来的操作者的培训等工作。

真实性。利用虚拟现实技术，实现现实制造到虚拟制造的映射，发挥人的主动能动性，使各个参与者都可在虚拟环境中从事并感受真实制造中的各种活动。

预见性。可以通过虚拟装配和虚拟运行等各种虚拟技术进行结构设计检验、实时碰撞检侧等工作，从而预测许多在将来实际工作中可能发生的问题。

3 Internet 万维网(World Wide Web或简称WWW)技术的日续成熟，使Internet己成为当前最为流行和方便的大众信息媒体，信息的发存和访问都很方便。此外，另一种企业内联网Intranet近年来也得到了迅猛发展。Intranet是采用了Internet(主要是WWW)技术的面向企业内部使用的私有网络及信息系统基础结构。而前面所述虚拟设计和虚拟制造的支撑信息系统的优与劣，是关系到整个虚拟系统能否高效和可靠运行的关键。采用跨平台的TCP/IP协议Internet技术会带来以下的优点：

跨平台技术利于各企业间及企业内部的整合。由于虚拟企业内部的各企业和各企业内部各部门的工作任务不同，因此其所用的各种型号的工作站和大量的微机都有自己独特的软、硬件系统，只有基于跨平台的TCP/IP协议的Internet/Intranet技术可以有效的整合整个系统。

系统的建立、营运及维护容易，成本低。基于Internet/Intranet的信息系统能够以极低的成本构建起系统的支持平台，技术上的投入费用小：并且网络的健壮性和可扩充性极佳。从而降低了组建虚拟企业的成本。

标准化程度高。统一的用户界面，统一的语言格式，统一的传输协议，使用和维护的操作非常简单，这些不仅利于虚拟企业内部提高工作效率，而且利于用户全程参与设计和制造过程，从而最大限度满足客户需要。

图1 基于网络的虚拟企业

图1表示了虚拟企业内部及其与客户之间的交互方式，我们可以清楚地看出Internet/Intranet在虚拟企业的工作过程中的支撑信息系统的作用。 4 应用社会经济环境中，利益驱动是引起市场竞争，导致社会分化组合的核心因素。企业间的关系从单纯竞争走向既竞争又联盟。当出现一个市场机遇时，某个企业经过自我分析和评价而确定不能或不必要全部承担这个订单时，它将作为虚拟企业联盟的盟主组建一个基于网络的虚拟企业，形成一个动态的合同网，达到动态和暂时的制造系统重组。虚拟企业形成后，各联盟企业将在客户全程参与和跟踪下，综合利用虚拟设计和虚拟制造技术，协同设计出客户的产品，充分利用各种先进制造技术和设备、敏捷化生产设备和生产过程，最快、最好地生产出该产品.从而最大限度地满足客户的需要。随着定单的完成，合同即告终止，这种暂时的系统组织—虚拟企业也就解体，当出现新的市场机遇时，这种重组过程又重新开始。图2则形象的表示出了整个虚拟企业的形成及工作过程，所以企业不再是孤立的个体，而是杜会化大系统中的一个成员，并作为动态的制造环境中一个个体资源，以企业集成的形式参与动态的制造系统重组。
图2 虚拟企业的形成及工作过程

5结束语全球化的经济，动态、快速多变的市场，产品需求的顾客化和短周期，使得竞争变得越来越激烈，竞争中求生存和发展己成为企业共同追求的目标。随着微电子技术的飞速发展，互联网通信技术将在本世纪得到更广泛的应用，并对制造领域产生极其深刻的影响。未来的制造业将建立在数字化和网络化的基础上，虚拟企业的模式将成为本世纪制造业的主要组织模式。随着数字技术的进步，制造系统建模理论和方法、计算机仿真技术、虚拟现实技术等理论和技术的发展，网络化设计和制造的内涵还将不断发展。