如何缩短产品开发周期、消除废品生产、降低产品成本以提高产品综合竞争能力，是现代制造企业所面临决定其是否继续生存新要素。为适应这种状况，敏捷制造概念被提出。并行工程和虚拟制造技术成为敏捷制造最为重要使能技术。面对经济全球化和工业环境竞争要求，虚拟制造技术应该以广域制造资源为出发点，以虚拟环境中描述加工过程及加工质量为其最终目。为此开展了虚拟机床加工系统(VMT Virtual machine Tool )研究，提出了虚拟机床加工系统基本体系结构。虚拟机床加工系统可以优化加工工艺、预报和检测加工质量，可以分布制造网络中很好利用广域制造资源迅速而快捷实现生产制造，为敏捷制造实施奠定坚实基础。
2、虚拟机床加工系统概念及基本要求
虚拟机床加工系统主针对虚拟制造系统中虚拟加工单元而言。机床—刀具—夹具—工件所组成加工系统是加工单元物理实体重要组成部分。一个或多个这样系统组合便构成一个加工单元物理结构。这个组合并信息系统支持下，加工单元便可完成预定加工任务。虚拟机床加工系统便是这个重要组成部分虚拟空间映射。它同样也是虚拟加工单元重要组成部分。它是由虚拟机床—刀具—夹具—工件所组成虚拟系统所构成。这一虚拟机床加工系统扩充和集成将发挥虚拟加工单元功能，完成所规划虚拟加工单元所要完成虚拟生产任务。
虚拟机床加工系统与现实中机床加工系统是一一对应，具备现实机床加工系统全部功能、特征和行为。能够完成现实机床加工系统同样生产任务，它内涵是非常丰富。试图用一个准确定义来说明它是很困难，但我们知道它是一个软件工具、一个计算机系统。也就是说虚拟机床加工系统是计算机上建立一套能够描述真实加工过程、允许使用者测试和优化加工工艺(机床选择及加工过程等)以及预测加工质量软件工具。它可以实际加工机床或加工中心状况进行初始化，然后用数控代码驱动虚拟机床进行切削加工，它除可描述刀具真实运动轨迹，完成诸如碰撞、干涉检验等功能外，还可逼真描述加工后工件形状误差、位置误差、几何尺寸误差和表面粗糙度等属性。它生产是数字产品。它最大好处是不消耗实际资源和能量。
这样一个软件工具实现必须满足以下基本要求：
(1)功能一致性：虚拟机床加工系统功能应与相应实际机床加工系统是一致;
(2)结构相似性：虚拟机床加工系统结构应与实际机床加工系统是相似;
(3)组织柔性：虚拟机床加工系统是面向未来制造系统，是面向市场、面向用户需求。，虚拟机床加工系统组织与实现应具有非常高柔性。要具有很强可重用性和可重组性;
(4)集成化：虚拟机床加工系统是一个复杂软件系统，要特别注意到信息、职能、人机等高度集成;
(5)网络化：制造系统跨域化和制造单元跨域化是未来制造业组织形式发展趋势。这也是虚拟制造系统发展趋势。将虚拟机床加工系统自身看作是一个网络以及将其放入一个网络中去研究是十分必要。它要适应未来制造业发展趋势。
此外，虚拟机床加工系统作为一种估计和验证新产品可制造性、可加工性不可缺少工具。它所关注是金属切削加工模拟，是一个以真实感为基础机床加工模拟系统，是依赖于真实系统。虚拟实现加工最终仍要真实环境中实现，，诸如：1)机床型号;2)机床主要结构尺寸、工作台大小、工作行程等;3)机床精度，包括加工时各工作部件运动精度、导轨精度、定位精度等;4)机床使用情况，如故障率、故障原因、维修记录、使用环境等;5)操作机床人员状况等信息将是选择具体加工重要依据。，虚拟机床加工系统就是要包含上述所有信息并能自如他虚拟资源及真实系统互通信息虚拟系统。
3、虚拟机床加工系统体系结构提出
软件工具来说，建立一个正确体系结构是十分重要。它将关系到系统正确建立、运行和维护。
面向对象技术成熟，软件系统模型发展经历了以数据为中心和以执行为中心过程之后，出现了更为简练面向对象系统模型。这种模型中，内核对象中封装是能为用户界面对象和所有应用对象共享数据及相应操作。而用户界面对象及其它应用对象则分别封装了各自数据及相应操作。所有这些对象都相互间通讯协调来完成指定功能。这样系统结构上是无中心，系统各构成对象实体位是平等。这是面向对象系统模型与以数据和执行为中心系统模型不同之处。正是这一不同，面向对象系统模型便显示出了它优点：数据和功能合理封装降低了数据和功能集中管理所带来通讯上开销和复杂性。，这种模型中，对象之间联系是一种点对点直接联系，当系统对象增加时，通讯链接将以平方级激增。同时，为支持通讯，每个对象实体都要维护一个包含所有对象实体服务信息功能服务信息库。众多对象中，这一部分信息是重复，还要保持一致性，这样就损害了系统有效性。另外，这些对象接口没有一致标准，也造成向系统中加入对象不规范和随意性。对系统维护和对象复用非常不利。为此，我们引入了组件技术(Component Technology)。
组件技术是继面向对象技术之后发展起来一种新软件工程技术，是面向对象技术延伸。这种系统结构仍然是一种面向对象结构，软件系统中组件是定义良好软件模块。它们是一定规范设计，系统中共存，共同完成复杂任务。
为使组件做到即插即用，无缝集成，系统模型关键建立一种高效总线结构，使组件之间能以一个公共接口互相连接。而这种接口规范一致性，使通讯复杂度大大降低，组件间互操作性大大提高。
此，我们依据虚拟机床加工系统基本特点，提出了组件化虚拟机床加工系统体系结构。
4、体系内部结构及工作原理
4.1 内部结构
4.1.1 总线
系统中总线，提供了各组件之间通讯服务、一致接口规范和管理组件功能服务。当一个组件请求另一个组件服务时，总线负责查询功能服务信息库，定位提供服务组件，并传送服务要求。虚拟机床加工系统体系结构是一个双总线结构。一个是虚拟机床内部核心总线，主完成作为虚拟机床加工系统重要组成部分虚拟机床内部各部分交互和应用。另一条总线则构成了虚拟机床与工艺设备、刀具库互操作以及与工艺规划及整个制造网络互操作。系统中各组件可以该总线互相链接，可以任意插拔，构成更大系统。两条总线是相通，这样可减少核心总线上流量，提高了核心总线效率。
4.1.2 虚拟机床加工系统基本组件
虚拟机床加工系统中有如下基本组件：交互服务、对象库、机床组合、机床控制、虚拟加工、误差融合、工艺设备、刀具库等。
(1)交互服务 是系统执行驱动。它包括必要输入信息，如：NC代码、工件毛坯描述、刀具描述等信息。同时，也是和其他制造资源相链接重要部分。
(2)对象库 虚拟机床中有一个对象库，分别由一组对象组成。它包括：虚拟机床各模块参数化图形类、虚拟加工各种算法、加工误差基本信息等。
(3)机床组合 一个机床虚拟描述方法。总线可以获制造网络上加工机床信息，与对象库组件协同工作，形成与真实加工机床具有一定可比性虚拟机床。
(4)机床控制 输入信息，完成对虚拟机床各种联动运动部件控制。包括数控代码处理，各种坐标变换等。
(5)虚拟加工 虚拟机床和机床控制组件支持完成虚拟切削加工任务。
(6)误差融合 将真实机床加工误差描述出来，使其体现切削加工后所形成工件中。
(7)转换器 完成异构数据处理、工件描述数据处理等任务。
(8)工艺设备 通用和特殊工艺装备，包括：夹具、量具等。它们可需要进行扩充，并工艺要求进行选用。
(9)刀具库 存储了大量通用刀具。可依据一定规则选用。该刀具库可任意扩充。
(10)工艺规划 这是一个十分重要，但又十分复杂组件。它是一个工艺设计系统，负责对现有工艺进行检验。并发送给系统以进行虚拟加工。
4.2 工作原理
当系统接收到输入信息即工作请求后，总线，信息被分送不同组件。转换器和工艺规划组件总线1及总线2分别使工艺设备和刀具以及虚拟机床组件共同工作，以谋求合适加工条件。机床组合组件则总线向制造网络上发送信息，获现实中合适机床信息、描述机床并初始化，进而调用对象库中信息建立虚拟机床。然后请求其他组件协同来完成切削加工，并将加工后工件信息放置总线上。再由交互服务组件判定加工状况满意度。当结果满意时，则停止系统运行，否则，将重新开始，反复进行直至满意为止。
5 结论
系统设计时我们使用了组件技术，使系统结构更加灵活、开放性更强，还使虚拟机床加工系统与CAD/CAM系统、虚拟装配系统之间以及加工之间协作更加默契。
基于组件虚拟机床加工系统设计，充分显示出组件技术巨大优势。它使复杂机床加工及检测系统虚拟工作难度大大降低。可以相信，研究进一步深入，它系统设计以及更多领域将发挥更大作用。
