自80 年代开始，工业企业就从事有效的缩短产品开发时间的工作。特别是在汽车工业中，试制成功一个新的车型所需费用很高，需要花几年时间才能收回成本。例如，BMW8 系列汽车的开发共耗时8 年，导致这个车型的生产永远是赤字。这就意味着必须缩短样机设计时间，从而降低开发成本，使新型汽车快速地进入市场。在加快开发工作的同时不但不能降低产品质量，还应在满足更高要求的条件下来缩短时间。

将CAD与生产连起来

近年来，CAD 程序已能很好地协助设计工作，但是却缺乏与生产的连接。虚拟制造即可以使设计与生产紧密联系起来，以便在实际生产之前就能在模拟中预见可能会出现的错误，及时消除隐患，优化设计，为此，软件企业下大力气开发出虚拟制造过程。

一个位于新依森堡的企业，通过一套完整的方案使这项新技术得以实现。将几个独立的软件单元集成起来，可以模拟开发与生产的全过程，可以在实际样机制造和批量生产之前发现一切可能出现的错误来源并予以消除( 图1)，使得从虚拟转化为现实的时候就可完美无缺。这种方法如果运用在汽车工业中，可节约30% 的时间和费用。

5 个单独的软件单元既可以互相兼容，又能互不相关地独立使用，从确定方案开始到成批生产的全部开发工作都可得到辅助和优化，因此，可节约出很多时间用于产品开发和制造。这个位于新依森堡的企业采用的软件方案，被称之为“数字化工厂”(TheDigital Factory)。它是 一个成套生产厂的集成化计算机模型，既可以提供计划、模拟和优化整个工厂的方案，也可以仅仅是一道工序所需的一切信息。利用鼠标键可以达到任意平台，从一个示意图到一台单机的活动。例如在模拟整个工厂时，发现生产中的薄弱环节是某个焊接工位。掀开焊接帐蓬可以进一步观察并解决问题，然后重新启动工厂模拟。此外，还可以处理物流、资金计划、设备及生产计划。

新的软件Simple++ 可以虚拟地产生设计与整个工厂的计划，使系统过程与业务过程得到了模拟，实现了模式化和可视化。

利用PC来模拟生产环境

利用Robcad 可以在计算机上建立起生产环境来，并可优化和检验生产过程，以及对生产过程进行线外编程( 图2)。对于机械设计、控制软件和分析都存在相对应的Robcad 工具，并在三维CAD 环境中展示现实的生产条件。利用Dynamo 程序，可以完成优化制造与维修过程的研究( 装配与拆卸、包装、维修与再生等)。有代表性的Dynamo 程序是Dynamik Digital Mockup，借此可以节省昂贵的物理样机制造( 图3)。人的模型也可以加进去，从而按照人机工程和技术安全标准来设计工作位置( 图4)。由于产品日趋复杂，产品寿命周期越来越短，要求采用综合加工设备和加工方法的呼声越来越高，“Part”系统填补了在制造领域里设计要求与工艺现状之间的空白。

Part 是一个以知识为基础的CAM 系统，可以自动编制工艺计划与NC程序。它可以制定出最好的加工计划，并且能考虑到现有的刀具、机床和加工方法，从而可以大幅度地缩短加工时间、编程时间和计划时间，最大程度地消除错误根源。利用模拟技术，可以使计划过程包括NC 编程得到验证，从而提高机器的利用率。

为了减少工件、辅具和三维自由面复杂刀具的测量成本，以及确保无遗漏的质量控制，在“数字化工厂”中还集成了质量保证软件Valisys。利用软件系统Valisys，可以在CAD 数据的基础上生成描述几何尺寸质量的特征值，这样就帮助测量机和测量工具直接与CAD 系统连接在一起了。

图1 通过试验，可以在实际样机制造和批量生产之前就发现隐患的诱因
图2　利用机器人模拟程序可以在计算机上模拟生产环境

利用上述各系统可以设计、模拟和优化整个工厂。劳动力、材料经济、项目计划和生产瓶颈，在这里得到了充分的考虑。每个生产环节，每投入一个人力、一台机器以及生产线的一个组成部分都经过计算、设计并显示。每个工作单元都予以设计和优化，直至最终进行第一次实际生产( 样机、专用模型或批量)。

使汽车生产更加柔性化

利用CAD 集成技术可以直接处理CAD 系统中的样品模型，这些系统有Unigraphics (Unigraphics Solutions)、Cadds(Computervision)、Catia(Dassault)和Pro/Engineer(PTC)。这是惟一形式的解决方案，因而数据的翻译和复制都已无意义。过程数据库可以管理一切有关数据的过程模型，如资源、加工顺序和过程参数等。数据库全面集成入PDM 系统( 产品数据管理系统)，从而能满足生产厂的组织情况及工作

流程，与生产过程相适应。以马自达汽车生产厂为例可以看出，在汽车工业中采用现代化软件解决方案可以大幅度节省时间和增加利润。马自达将厂内用于计划和生产的计算机数据处理方案命名为MDI，即马自达数字化革新的缩写字头。其内容为：生产柔性化，小批量盈利生产和生产周期的继续革新，所有这些都应高水平地实现，以便达到预期的目的，具体为：

图3　利用程序DynamikDigital Mock-up 来进行优化制造与维修过程的研究
图4　人的模型也可以加进去，从而按照人机工程标准设计工作位置

● 开发时间从过去的27 个月降低到18 个月，今后还将降低到15 个月。

● 大幅度提高质量。

● 在样机和工具领域中的投资减少30%。

● 产品开发所需的工时减少30%。

1994 年，针对这项技术制定了计划，同时密切关注着汽车工业。制定了利用Valisys 的基准。

1995 年在模型“Demio”和“626”上进行了试运行。同时继续制定了Catia、Cadds、I-DEAS 和Pro-Engineer 等基准。

1996 年，在两台大型高级轿车模型上进行了系列试验，制定了Valysis和Dynamo 基准，批准了MDI 的第一阶段工作，并建立了支援中心。

1997 年，供货厂与MDI 支援中心建立关系。MDI 第一阶段工作开始，制定了Vis Mock-up 基准，确定了第二阶段计划。

第一阶段为1996 年4 月至1999 年3 月，内容包括数字化式样设计、数字化模型、数字化工厂计划、支援和PIM( 产品信息管理)。

第二阶段为1997 年8 月至1999 年3 月，内容包括一系列的虚拟测试、分析设计和数字化车间地面管理。

缩短生产周期

“数字化工厂”的革命性不仅体现在缩短生产周期、进行优化和降低成本方面，而且操作方便。由系统反映出来的不合理之处，均可以直接修正和改进，所有的变动也都能自动传递到系统单元中去。这样一来，工程师便在开发工作中找到了一个新的工作领域——他不必再进行烦人的新设计，只需进行适当的更改便可立即付诸行动。