虛擬制造（V M ）是一種新的制造模式，是計算機網(wǎng)絡技術、圖形學、機電產(chǎn)品C A D / C A M技術、人工智能技術、計算機仿真技術、虛擬現(xiàn)實技術、計算機集成制造技術、并行工程技術、系統(tǒng)工程等多學科先進知識形成的綜合技術，其框架和體系結構在其各單元技術的研究與應用中起著提綱挈領的作用[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的進一步應用。

    隨著B2B 電子商務和企業(yè)e 化時代的到來，加之近兩年來以Internet和Web技術為中心的聯(lián)邦式產(chǎn)品合作開發(fā)環(huán)境為特征的技術的成熟發(fā)展，制造業(yè)面臨著一場全新的變革：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)有著自己獨特的業(yè)務過程和信息系統(tǒng)；企業(yè)內部以及企業(yè)與企業(yè)之間需要臨時組合，松散聯(lián)盟急劇增加，同時虛擬企業(yè)開始出現(xiàn)。為了適應這種商務環(huán)境，企業(yè)就需要借助一種技術，使其能夠快速地獲得和處理各種知識和信息，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（Collaborative Product Commerce，CPC ）技術就是為了滿足企業(yè)上述需求而提出的一種解決方案[2]。同時，這種通過Internet的全球性合作又面臨著如何構筑安全可靠，方便快捷的廣義企業(yè)網(wǎng)絡問題，以節(jié)省網(wǎng)絡建設和通信費用，虛擬專用網(wǎng)（Virtual Private Network，VPN）技術應運而生，它的基本點就是化公為私，使每個企業(yè)可以臨時從公用網(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、靈活的連網(wǎng)方式，為客戶節(jié)省設備、人員和管理所需的投資，降低用戶的電信費用，因而使其得到了迅速的應用[3]。

    在這種時代背景下，作者首次提出了把C P C技術和V P N 技術應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，用VPN 硬件作為物理上的網(wǎng)絡支撐，用以解決虛擬制造中存在的平臺性和網(wǎng)絡安全性問題。本文首先對其進行了概念設計和基本框架的構建，并結合具體項目的實施進行了進一步的探討。

    2 基本概念設計

    產(chǎn)品協(xié)同商務（CPC ）是20 世紀90 年代后期由Aberdeen、Gartner 等國際知名的IT 咨詢顧問公司提出的概念，是一類Internet技術的軟件和服務，它能讓個體在整個產(chǎn)品生命周期中協(xié)同開發(fā)、制造和管理產(chǎn)品，而不管他們在產(chǎn)品商業(yè)化過程中擔任什么角色，不管他們使用什么樣的工具，不管他們在什么地理上或供應網(wǎng)中位于何處。

    被授權的CPC用戶可以使用任何一種標準的瀏覽器軟件查看廣義企業(yè)信息系統(tǒng)視圖中的信息，這一視圖對一組分散的異構產(chǎn)品開發(fā)資源進行操作。一般這些資源位于多個信息倉庫中，并且由相互獨立的實施和維護系統(tǒng)來管理。其重要特點是數(shù)據(jù)和應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)應用軟件之間的集成變得很容易實現(xiàn)[4,5]。

    虛擬專用網(wǎng)絡（V P N ）是利用隧道技術，通過在公用網(wǎng)絡上建立邏輯隧道，網(wǎng)絡層的加密以及采用口令保護，身份驗證，權限設置，防火墻等設施，保證數(shù)據(jù)的完整性，避免被非法竊取，將遠程用戶，分支機構，業(yè)務合作伙伴等和公司的企業(yè)網(wǎng)連接起來，構成一個擴展的企業(yè)網(wǎng)[ 6 ]。

    利用CPC 和VPN 技術構建的虛擬制造系統(tǒng)就是在用VPN 作為物理上的網(wǎng)絡支撐，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，將C A x 、P D M 、S C M 、E R P 、C R M 、部件與供應商管理（C o m p o n e n t a n d Supplier Management，CSM）、維護維修與運行（Maintenance，Repair，and Operation，MRO）、可視化（Visualization）、制造規(guī)劃（Manufacturing Planning ）和產(chǎn)品建模（Product Modeling）等方案集成綜合應用，整個廣義企業(yè)的運作都可以在連接到Internet的計算機上進行符合真實的虛擬運行，不需要大量的物理原形，不需要反復的試制。不需要盲目決策，不需要喪失業(yè)務機會，不需要做不嫌錢的買賣，不需要漫長的等待，不需要窮于應付突發(fā)事態(tài)，不需要大量的實際投入。僅僅使用鼠標選取、拖拽和點擊，就可以完成。#p#分頁標題#e#

    利用CPC 和VPN 技術構建的虛擬制造系統(tǒng)具有以下特點：

    （1）以產(chǎn)品為中心 通過自上而下、一體化的方式進行百分之百的以產(chǎn)品為中心的協(xié)同產(chǎn)品管理、將用戶、供應商、合作伙伴、產(chǎn)品知識和業(yè)務過程都能集中于產(chǎn)品創(chuàng)新上，使得企業(yè)內外價值鏈的創(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)品設計、工程、制造、采購、市場、銷售和客戶緊密地聯(lián)系到一起，所有授權用戶，只要提供有效的用戶識別代碼都可以隨時隨地的一起協(xié)作。該虛擬制造系統(tǒng)的協(xié)同功能包括：①項目協(xié)同功能（Project Collaboration）：建立一個實時的工作空間，在價值鏈上分散的參與者都能創(chuàng)建、共享和管理項目信息；②需求協(xié)同功能（Requirements Collaboration）：使得價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、預算分析、報告或文件生成、驗證試驗和決策支持的功能；③產(chǎn)品協(xié)同功能（Product Collaboration）：使得價值鏈上有資格的參與者能捕捉分散的產(chǎn)品信息，把他們轉化為產(chǎn)品知識，并在企業(yè)之間共享和管理；④設計協(xié)同功能（Design Collaboration）：提供了CAD 協(xié)同環(huán)境，使得整個價值鏈能夠利用行業(yè)中任何CAD 系統(tǒng)的產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)來無縫的構造和裝配虛擬產(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)團隊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 的加解密技術和使用者與設備身份認證技術，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、真實性和唯一性。

    （4）適應于未來的網(wǎng)絡技術 采用CPC 和VPN構建的虛擬制造系統(tǒng)是以標準的純W e b （W e b -native）技術和J2EE 標準互聯(lián)網(wǎng)電子商務框架為基礎，開放的體系結構，完全用網(wǎng)絡來管理產(chǎn)品的全生命期，網(wǎng)絡具有可擴展性。

    3 系統(tǒng)的基本結構框架

    由上所述，利用CPC 和VPN 技術構建的虛擬制造系統(tǒng)以CPC 作為廣義企業(yè)信息、過程和管理的集成平臺，以VPN 作為物理上的網(wǎng)絡支撐，通過Internet 技術，可以把產(chǎn)品設計、工程、采購、市場、銷售和客戶緊密地聯(lián)系在一起，形成一個全球的知識網(wǎng)絡，用以實現(xiàn)信息在企業(yè)，企業(yè)分支，合作伙伴，供應商，用戶等之間的安全共享，以及產(chǎn)品的異地，協(xié)同設計。其基本的結構框架如圖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，從保密性（P r i v a c y ）、完整性（Integrity）及可靠性（Authenticity）這3 個方面解決網(wǎng)絡的安全問題。其中，保密性確保數(shù)據(jù)傳輸時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，能夠原樣到達目的地；可靠性確保通信方的身份正確無誤。

    同時，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)品整個生命周期的數(shù)據(jù)，包括概念設計、產(chǎn)品定義到采購、生產(chǎn)制造、服務、維護直至產(chǎn)品的報廢，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)品隨著時間的推移而發(fā)展變化時，建立一種公用的產(chǎn)品表示。作為一個系統(tǒng)，它包含了許多應用于產(chǎn)品生命周期不同階段的各個小的、獨立的子系統(tǒng)。C P C 的體系結構分為3 層如圖2 所示。

    第1 層是基礎數(shù)據(jù)庫，包括所有與產(chǎn)品相關的信息和知識財富；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)和實體模型，是協(xié)同工作的通道；第3 層是電子商務應用層，所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)送給D B M S 統(tǒng)一管理。#p#分頁標題#e#

    4 系統(tǒng)的具體實施與應用

    為開發(fā)某種新產(chǎn)品，位于不同國家的A 、B 、C 3 個企業(yè)的設計小組作為合作伙伴組成一個開發(fā)小組，他們將用一周的時間，通過Internet 來協(xié)同設計并制造出該產(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 個設計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，同時所有數(shù)據(jù)均組織在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫環(huán)境下，用以確保在這3 個公司中生產(chǎn)的不同部件配合的天衣無縫。具體實施方案的結構如圖3 所示。

    從圖中可以看出：公共數(shù)據(jù)庫是一個全局數(shù)據(jù)庫，所有有關產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和信息全集中在公共數(shù)據(jù)庫中，每個人都從該數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)的多重性和不一致性；通過CPC 的核心技術和VPN 的身份認證確定每個人的使用權限，不同的人根據(jù)自己權限的不同獲取不同的信息，并利用VPN 的加解密技術確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳輸中的安全，確保在正確的時間把正確的信息按照正確的方式傳達到正確的人手中；每個人獲取信息后直接在CPC 環(huán)境下運行集成化的應用軟件，結果再送回到公共數(shù)據(jù)庫中，保證相關人員能夠及時獲取最新的數(shù)據(jù)和工作進度。

    5 結束語

    當今時代對制造業(yè)提出的新的要求是加快新產(chǎn)品開發(fā)、增強企業(yè)間合作、縮短產(chǎn)品上市時間、降低生產(chǎn)成本、平衡物料需求、改善庫存管理、掌握產(chǎn)品的可銷售量、滿足發(fā)貨計劃、提供及時的管理信息、從容處理緊急情況和贏得更多的客戶和滿足銷售目標，從而獲取更大的利潤。正是為了滿足這種要求，作者提出了采用CPC 和VPN 等前沿技術構建廣義企業(yè)的虛擬制造系統(tǒng)。該系統(tǒng)用CPC 軟件和服務規(guī)范企業(yè)每個員工的行為；用數(shù)據(jù)庫管理每個數(shù)據(jù)形態(tài)；用網(wǎng)絡溝通每個部門信息；用圖形描述每個產(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)的應用系統(tǒng)集成到Web 客戶器上，因此這種利用CPC 和VPN 技術構建的虛擬制造系統(tǒng)將成為21 世紀制造業(yè)發(fā)展的方向，并將帶動整個社會的進步，具有廣闊的應用前景。