虛擬制造（V M ）是一種新的制造模式，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形學(xué)、機(jī)電產(chǎn)品C A D / C A M技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)、并行工程技術(shù)、系統(tǒng)工程等多學(xué)科先進(jìn)知識(shí)形成的綜合技術(shù)，其框架和體系結(jié)構(gòu)在其各單元技術(shù)的研究與應(yīng)用中起著提綱挈領(lǐng)的作用[1]。然而，通過本文作者的研究發(fā)現(xiàn)：目前尚缺乏在企業(yè)和企業(yè)之間的層次上開展對(duì)虛擬制造的系統(tǒng)研究，無法保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)和信息的安全交流與共享以及企業(yè)間完全的協(xié)同工作，限制了虛擬制造技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。

    隨著B2B 電子商務(wù)和企業(yè)e 化時(shí)代的到來，加之近兩年來以Internet和Web技術(shù)為中心的聯(lián)邦式產(chǎn)品合作開發(fā)環(huán)境為特征的技術(shù)的成熟發(fā)展，制造業(yè)面臨著一場(chǎng)全新的變革：客戶需要定制自己的產(chǎn)品；產(chǎn)品制造需要跨部門、跨企業(yè)共同協(xié)作，而這些部門和企業(yè)有著自己獨(dú)特的業(yè)務(wù)過程和信息系統(tǒng)；企業(yè)內(nèi)部以及企業(yè)與企業(yè)之間需要臨時(shí)組合，松散聯(lián)盟急劇增加，同時(shí)虛擬企業(yè)開始出現(xiàn)。為了適應(yīng)這種商務(wù)環(huán)境，企業(yè)就需要借助一種技術(shù)，使其能夠快速地獲得和處理各種知識(shí)和信息，有效地組合并利用世界上所有可利用的資源。產(chǎn)品協(xié)同商務(wù)（Collaborative Product Commerce，CPC ）技術(shù)就是為了滿足企業(yè)上述需求而提出的一種解決方案[2]。同時(shí)，這種通過Internet的全球性合作又面臨著如何構(gòu)筑安全可靠，方便快捷的廣義企業(yè)網(wǎng)絡(luò)問題，以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和通信費(fèi)用，虛擬專用網(wǎng)（Virtual Private Network，VPN）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它的基本點(diǎn)就是化公為私，使每個(gè)企業(yè)可以臨時(shí)從公用網(wǎng)中挖走一部分資源供自己專用。V P N 能夠充分利用現(xiàn)有網(wǎng)路資源，提供經(jīng)濟(jì)、靈活的連網(wǎng)方式，為客戶節(jié)省設(shè)備、人員和管理所需的投資，降低用戶的電信費(fèi)用，因而使其得到了迅速的應(yīng)用[3]。

    在這種時(shí)代背景下，作者首次提出了把C P C技術(shù)和V P N 技術(shù)應(yīng)用于虛擬制造中的理念，用C P C 軟件作為廣義企業(yè)的信息和數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，用VPN 硬件作為物理上的網(wǎng)絡(luò)支撐，用以解決虛擬制造中存在的平臺(tái)性和網(wǎng)絡(luò)安全性問題。本文首先對(duì)其進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)和基本框架的構(gòu)建，并結(jié)合具體項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)行了進(jìn)一步的探討。

    2 基本概念設(shè)計(jì)

    產(chǎn)品協(xié)同商務(wù)（CPC ）是20 世紀(jì)90 年代后期由Aberdeen、Gartner 等國(guó)際知名的IT 咨詢顧問公司提出的概念，是一類Internet技術(shù)的軟件和服務(wù)，它能讓個(gè)體在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中協(xié)同開發(fā)、制造和管理產(chǎn)品，而不管他們?cè)诋a(chǎn)品商業(yè)化過程中擔(dān)任什么角色，不管他們使用什么樣的工具，不管他們?cè)谑裁吹乩砩匣蚬?yīng)網(wǎng)中位于何處。

    被授權(quán)的CPC用戶可以使用任何一種標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器軟件查看廣義企業(yè)信息系統(tǒng)視圖中的信息，這一視圖對(duì)一組分散的異構(gòu)產(chǎn)品開發(fā)資源進(jìn)行操作。一般這些資源位于多個(gè)信息倉(cāng)庫(kù)中，并且由相互獨(dú)立的實(shí)施和維護(hù)系統(tǒng)來管理。其重要特點(diǎn)是數(shù)據(jù)和應(yīng)用功能的松散耦合式集成：1 種并不依賴數(shù)據(jù)通用性來保證個(gè)體之間的相互協(xié)作的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。從而使企業(yè)應(yīng)用軟件之間的集成變得很容易實(shí)現(xiàn)[4,5]。

    虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（V P N ）是利用隧道技術(shù)，通過在公用網(wǎng)絡(luò)上建立邏輯隧道，網(wǎng)絡(luò)層的加密以及采用口令保護(hù)，身份驗(yàn)證，權(quán)限設(shè)置，防火墻等設(shè)施，保證數(shù)據(jù)的完整性，避免被非法竊取，將遠(yuǎn)程用戶，分支機(jī)構(gòu)，業(yè)務(wù)合作伙伴等和公司的企業(yè)網(wǎng)連接起來，構(gòu)成一個(gè)擴(kuò)展的企業(yè)網(wǎng)[ 6 ]。

    利用CPC 和VPN 技術(shù)構(gòu)建的虛擬制造系統(tǒng)就是在用VPN 作為物理上的網(wǎng)絡(luò)支撐，保證數(shù)據(jù)傳輸安全性的前提下，以CPC 作為廣義企業(yè)的信息和數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，將C A x 、P D M 、S C M 、E R P 、C R M 、部件與供應(yīng)商管理（C o m p o n e n t a n d Supplier Management，CSM）、維護(hù)維修與運(yùn)行（Maintenance，Repair，and Operation，MRO）、可視化（Visualization）、制造規(guī)劃（Manufacturing Planning ）和產(chǎn)品建模（Product Modeling）等方案集成綜合應(yīng)用，整個(gè)廣義企業(yè)的運(yùn)作都可以在連接到Internet的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行符合真實(shí)的虛擬運(yùn)行，不需要大量的物理原形，不需要反復(fù)的試制。不需要盲目決策，不需要喪失業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)，不需要做不嫌錢的買賣，不需要漫長(zhǎng)的等待，不需要窮于應(yīng)付突發(fā)事態(tài)，不需要大量的實(shí)際投入。僅僅使用鼠標(biāo)選取、拖拽和點(diǎn)擊，就可以完成。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

    利用CPC 和VPN 技術(shù)構(gòu)建的虛擬制造系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

    （1）以產(chǎn)品為中心 通過自上而下、一體化的方式進(jìn)行百分之百的以產(chǎn)品為中心的協(xié)同產(chǎn)品管理、將用戶、供應(yīng)商、合作伙伴、產(chǎn)品知識(shí)和業(yè)務(wù)過程都能集中于產(chǎn)品創(chuàng)新上，使得企業(yè)內(nèi)外價(jià)值鏈的創(chuàng)新能力最大化。

    （2）廣泛的協(xié)同 采用CPC 可以通過Internet把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程、制造、采購(gòu)、市場(chǎng)、銷售和客戶緊密地聯(lián)系到一起，所有授權(quán)用戶，只要提供有效的用戶識(shí)別代碼都可以隨時(shí)隨地的一起協(xié)作。該虛擬制造系統(tǒng)的協(xié)同功能包括：①項(xiàng)目協(xié)同功能（Project Collaboration）：建立一個(gè)實(shí)時(shí)的工作空間，在價(jià)值鏈上分散的參與者都能創(chuàng)建、共享和管理項(xiàng)目信息；②需求協(xié)同功能（Requirements Collaboration）：使得價(jià)值鏈中有資格的參與者能夠創(chuàng)建、捕捉、共享和管理產(chǎn)品需求，包括配置管理、預(yù)算分析、報(bào)告或文件生成、驗(yàn)證試驗(yàn)和決策支持的功能；③產(chǎn)品協(xié)同功能（Product Collaboration）：使得價(jià)值鏈上有資格的參與者能捕捉分散的產(chǎn)品信息，把他們轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品知識(shí)，并在企業(yè)之間共享和管理；④設(shè)計(jì)協(xié)同功能（Design Collaboration）：提供了CAD 協(xié)同環(huán)境，使得整個(gè)價(jià)值鏈能夠利用行業(yè)中任何CAD 系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來無縫的構(gòu)造和裝配虛擬產(chǎn)品模型；⑤企業(yè)協(xié)同功能（Enterprise Collaboration）：使得由不同企業(yè)組成的開發(fā)團(tuán)隊(duì)能清楚地理解工程更改和替換所造成的影響，以便做出最好的決策。

    （3）安全性 本系統(tǒng)在產(chǎn)品信息傳輸過程中采用VPN 的加解密技術(shù)和使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù)，保證虛擬制造系統(tǒng)中數(shù)據(jù)訪問的安全性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸约皵?shù)據(jù)的可靠性、真實(shí)性和唯一性。

    （4）適應(yīng)于未來的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 采用CPC 和VPN構(gòu)建的虛擬制造系統(tǒng)是以標(biāo)準(zhǔn)的純W e b （W e b -native）技術(shù)和J2EE 標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)框架為基礎(chǔ)，開放的體系結(jié)構(gòu)，完全用網(wǎng)絡(luò)來管理產(chǎn)品的全生命期，網(wǎng)絡(luò)具有可擴(kuò)展性。

    3 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)框架

    由上所述，利用CPC 和VPN 技術(shù)構(gòu)建的虛擬制造系統(tǒng)以CPC 作為廣義企業(yè)信息、過程和管理的集成平臺(tái)，以VPN 作為物理上的網(wǎng)絡(luò)支撐，通過Internet 技術(shù)，可以把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程、采購(gòu)、市場(chǎng)、銷售和客戶緊密地聯(lián)系在一起，形成一個(gè)全球的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，用以實(shí)現(xiàn)信息在企業(yè)，企業(yè)分支，合作伙伴，供應(yīng)商，用戶等之間的安全共享，以及產(chǎn)品的異地，協(xié)同設(shè)計(jì)。其基本的結(jié)構(gòu)框架如圖1 所示。

    從圖1 中可以看出，該虛擬制造系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩允怯蒝PN 保證的，它充分利用VPN 成本低、便于管理、開銷少、靈活度高、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，從保密性（P r i v a c y ）、完整性（Integrity）及可靠性（Authenticity）這3 個(gè)方面解決網(wǎng)絡(luò)的安全問題。其中，保密性確保數(shù)據(jù)傳輸時(shí)外人無法看到或獲得數(shù)據(jù)；完整性確保數(shù)據(jù)不被修改，能夠原樣到達(dá)目的地；可靠性確保通信方的身份正確無誤。

    同時(shí)，與以往用P D M 管理產(chǎn)品的工程數(shù)據(jù)不同，該虛擬制造系統(tǒng)利用CPC 管理產(chǎn)品整個(gè)生命周期的數(shù)據(jù)，包括概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品定義到采購(gòu)、生產(chǎn)制造、服務(wù)、維護(hù)直至產(chǎn)品的報(bào)廢，還提供了將制造企業(yè)分散的數(shù)據(jù)源無縫的鏈接起來，以便產(chǎn)品隨著時(shí)間的推移而發(fā)展變化時(shí)，建立一種公用的產(chǎn)品表示。作為一個(gè)系統(tǒng)，它包含了許多應(yīng)用于產(chǎn)品生命周期不同階段的各個(gè)小的、獨(dú)立的子系統(tǒng)。C P C 的體系結(jié)構(gòu)分為3 層如圖2 所示。

    第1 層是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和知識(shí)財(cái)富；中間層是通過互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)之間的通訊，交換各種共享數(shù)據(jù)和實(shí)體模型，是協(xié)同工作的通道；第3 層是電子商務(wù)應(yīng)用層，所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)送給D B M S 統(tǒng)一管理。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

    4 系統(tǒng)的具體實(shí)施與應(yīng)用

    為開發(fā)某種新產(chǎn)品，位于不同國(guó)家的A 、B 、C 3 個(gè)企業(yè)的設(shè)計(jì)小組作為合作伙伴組成一個(gè)開發(fā)小組，他們將用一周的時(shí)間，通過Internet 來協(xié)同設(shè)計(jì)并制造出該產(chǎn)品。其中，C P C 軟件采用PTC 公司的Windchill，用以保證在產(chǎn)品開發(fā)過程的所有階段，3 個(gè)設(shè)計(jì)小組均能共享和訪問到信息；VPN 采用LinkTrust CyberwallTM 系列的防火墻技術(shù)，同時(shí)所有數(shù)據(jù)均組織在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境下，用以確保在這3 個(gè)公司中生產(chǎn)的不同部件配合的天衣無縫。具體實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

    從圖中可以看出：公共數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)，所有有關(guān)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和信息全集中在公共數(shù)據(jù)庫(kù)中，每個(gè)人都從該數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)的多重性和不一致性；通過CPC 的核心技術(shù)和VPN 的身份認(rèn)證確定每個(gè)人的使用權(quán)限，不同的人根據(jù)自己權(quán)限的不同獲取不同的信息，并利用VPN 的加解密技術(shù)確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸中的安全，確保在正確的時(shí)間把正確的信息按照正確的方式傳達(dá)到正確的人手中；每個(gè)人獲取信息后直接在CPC 環(huán)境下運(yùn)行集成化的應(yīng)用軟件，結(jié)果再送回到公共數(shù)據(jù)庫(kù)中，保證相關(guān)人員能夠及時(shí)獲取最新的數(shù)據(jù)和工作進(jìn)度。

    5 結(jié)束語

    當(dāng)今時(shí)代對(duì)制造業(yè)提出的新的要求是加快新產(chǎn)品開發(fā)、增強(qiáng)企業(yè)間合作、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、降低生產(chǎn)成本、平衡物料需求、改善庫(kù)存管理、掌握產(chǎn)品的可銷售量、滿足發(fā)貨計(jì)劃、提供及時(shí)的管理信息、從容處理緊急情況和贏得更多的客戶和滿足銷售目標(biāo)，從而獲取更大的利潤(rùn)。正是為了滿足這種要求，作者提出了采用CPC 和VPN 等前沿技術(shù)構(gòu)建廣義企業(yè)的虛擬制造系統(tǒng)。該系統(tǒng)用CPC 軟件和服務(wù)規(guī)范企業(yè)每個(gè)員工的行為；用數(shù)據(jù)庫(kù)管理每個(gè)數(shù)據(jù)形態(tài)；用網(wǎng)絡(luò)溝通每個(gè)部門信息；用圖形描述每個(gè)產(chǎn)品特征；用VPN 確保數(shù)據(jù)的安全；用定量文化代替定性管理。企業(yè)與客戶之間采用B2C，企業(yè)與企業(yè)之間采用B2B，企業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)集成到Web 客戶器上，因此這種利用CPC 和VPN 技術(shù)構(gòu)建的虛擬制造系統(tǒng)將成為21 世紀(jì)制造業(yè)發(fā)展的方向，并將帶動(dòng)整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步，具有廣闊的應(yīng)用前景。