虛擬制造（V M ）是一種新的制造模式，是計算機網絡技術、圖形學、機電產品C A D / C A M技術、人工智能技術、計算機仿真技術、虛擬現實技術、計算機集成制造技術、并行工程技術、系統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現：目前尚缺乏在企業和企業之間的層次上開展對虛擬制造的系統研究，無法保證產品數據和信息的安全交流與共享以及企業間完全的協同工作，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e 化時代的到來，加之近兩年來以Internet和Web技術為中心的聯邦式產品合作開發環境為特征的技術的成熟發展，制造業面臨著一場全新的變革：客戶需要定制自己的產品；產品制造需要跨部門、跨企業共同協作，而這些部門和企業有著自己獨特的業務過程和信息系統；企業內部以及企業與企業之間需要臨時組合，松散聯盟急劇增加，同時虛擬企業開始出現。為了適應這種商務環境，企業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。產品協同商務（Collaborative Product Commerce，CPC ）技術就是為了滿足企業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網絡問題，以節省網絡建設和通信費用，虛擬專用網（Virtual Private Network，VPN）技術應運而生，它的基本點就是化公為私，使每個企業可以臨時從公用網中挖走一部分資源供自己專用。V P N 能夠充分利用現有網路資源，提供經濟、靈活的連網方式，為客戶節省設備、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 軟件作為廣義企業的信息和數據集成平臺，用VPN 硬件作為物理上的網絡支撐，用以解決虛擬制造中存在的平臺性和網絡安全性問題。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

    產品協同商務（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品生命周期中協同開發、制造和管理產品，而不管他們在產品商業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信息系統視圖中的信息，這一視圖對一組分散的異構產品開發資源進行操作。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來管理。其重要特點是數據和應用功能的松散耦合式集成：1 種并不依賴數據通用性來保證個體之間的相互協作的統一的數據模型。從而使企業應用軟件之間的集成變得很容易實現[4,5]。

    虛擬專用網絡（V P N ）是利用隧道技術，通過在公用網絡上建立邏輯隧道，網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，保證數據的完整性，避免被非法竊取，將遠程用戶，分支機構，業務合作伙伴等和公司的企業網連接起來，構成一個擴展的企業網[ 6 ]。

    利用CPC 和VPN 技術構建的虛擬制造系統就是在用VPN 作為物理上的網絡支撐，保證數據傳輸安全性的前提下，以CPC 作為廣義企業的信息和數據集成平臺，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）、制造規劃（Manufacturing Planning ）和產品建模（Product Modeling）等方案集成綜合應用，整個廣義企業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事態，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具有以下特點：

    （1）以產品為中心 通過自上而下、一體化的方式進行百分之百的以產品為中心的協同產品管理、將用戶、供應商、合作伙伴、產品知識和業務過程都能集中于產品創新上，使得企業內外價值鏈的創新能力最大化。

    （2）廣泛的協同 采用CPC 可以通過Internet把產品設計、工程、制造、采購、市場、銷售和客戶緊密地聯系到一起，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作。該虛擬制造系統的協同功能包括：①項目協同功能（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建、共享和管理項目信息；②需求協同功能（Requirements Collaboration）：使得價值鏈中有資格的參與者能夠創建、捕捉、共享和管理產品需求，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產品協同功能（Product Collaboration）：使得價值鏈上有資格的參與者能捕捉分散的產品信息，把他們轉化為產品知識，并在企業之間共享和管理；④設計協同功能（Design Collaboration）：提供了CAD 協同環境，使得整個價值鏈能夠利用行業中任何CAD 系統的產品設計數據來無縫的構造和裝配虛擬產品模型；⑤企業協同功能（Enterprise Collaboration）：使得由不同企業組成的開發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 本系統在產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，保證虛擬制造系統中數據訪問的安全性，數據傳輸的安全性以及數據的可靠性、真實性和唯一性。

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

    3 系統的基本結構框架

    由上所述，利用CPC 和VPN 技術構建的虛擬制造系統以CPC 作為廣義企業信息、過程和管理的集成平臺，以VPN 作為物理上的網絡支撐，通過Internet 技術，可以把產品設計、工程、采購、市場、銷售和客戶緊密地聯系在一起，形成一個全球的知識網絡，用以實現信息在企業，企業分支，合作伙伴，供應商，用戶等之間的安全共享，以及產品的異地，協同設計。其基本的結構框架如圖1 所示。

    從圖1 中可以看出，該虛擬制造系統中數據傳輸的安全性是由VPN 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 個方面解決網絡的安全問題。其中，保密性確保數據傳輸時外人無法看到或獲得數據；完整性確保數據不被修改，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 管理產品的工程數據不同，該虛擬制造系統利用CPC 管理產品整個生命周期的數據，包括概念設計、產品定義到采購、生產制造、服務、維護直至產品的報廢，還提供了將制造企業分散的數據源無縫的鏈接起來，以便產品隨著時間的推移而發展變化時，建立一種公用的產品表示。作為一個系統，它包含了許多應用于產品生命周期不同階段的各個小的、獨立的子系統。C P C 的體系結構分為3 層如圖2 所示。

    第1 層是基礎數據庫，包括所有與產品相關的信息和知識財富；中間層是通過互聯網和企業網之間的通訊，交換各種共享數據和實體模型，是協同工作的通道；第3 層是電子商務應用層，所產生的各種數據送給D B M S 統一管理。#p#分頁標題#e#

    4 系統的具體實施與應用

    為開發某種新產品，位于不同國家的A 、B 、C 3 個企業的設計小組作為合作伙伴組成一個開發小組，他們將用一周的時間，通過Internet 來協同設計并制造出該產品。其中，C P C 軟件采用PTC 公司的Windchill，用以保證在產品開發過程的所有階段，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，同時所有數據均組織在統一的數據庫環境下，用以確保在這3 個公司中生產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：公共數據庫是一個全局數據庫，所有有關產品的數據和信息全集中在公共數據庫中，每個人都從該數據庫中獲取數據，避免數據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據在網絡傳輸中的安全，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 環境下運行集成化的應用軟件，結果再送回到公共數據庫中，保證相關人員能夠及時獲取最新的數據和工作進度。

    5 結束語

    當今時代對制造業提出的新的要求是加快新產品開發、增強企業間合作、縮短產品上市時間、降低生產成本、平衡物料需求、改善庫存管理、掌握產品的可銷售量、滿足發貨計劃、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的虛擬制造系統。該系統用CPC 軟件和服務規范企業每個員工的行為；用數據庫管理每個數據形態；用網絡溝通每個部門信息；用圖形描述每個產品特征；用VPN 確保數據的安全；用定量文化代替定性管理。企業與客戶之間采用B2C，企業與企業之間采用B2B，企業的應用系統集成到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將成為21 世紀制造業發展的方向，并將帶動整個社會的進步，具有廣闊的應用前景。