虚拟制造的概念最早由美国学者在20世纪90年代初提出,它一问世便成为现代创新制造技术的代表.近十几年来,随着计算机建模与仿真技术飞速发展,虚拟制造技术的研究取得了长足的进步.制造车间是制造企业的基础环节,是企业管理与生产执行的结合部位,它在整个制造系统中起到承上启下的作用.因此,车间生产效率的提高和生产成本的有效控制,对提高企业竞争力非常重要.而车间设备布局与作业调度的优化控制对控制企业生产成本和缩短产品上市时间有着极其重要的作用,并且二者相辅相成.因此,本文将虚拟制造先进理念运用于制造车间,引入虚拟现实和优化技术,开展面向车间设备布局和作业调度的虚拟制造关键技术研究,旨在改进传统车间管理和控制水平.本文的研究工作主要包括以下五个部分:①研究制造企业虚拟制造的特点,提出分层的虚拟制造系统结构,并根据车间制造系统的特点,建立了车间级虚拟制造的框架模型;②遵循最小物流费用原则,采用布局的块树表达方式,对车间设备布局进行了遗传算法优化设计,并按照优化结果生成车间的虚拟场景,计算结果表明了算法的有效性;③考虑到车间物流费用和车间面积双目标优化问题,提出了车间设备布局的多目标优化方法,仿真结果表明算法取得了良好的效果;④将脑模型联接控制器与遗传算法相结合,提出了一种全新的车间布局多目标优化方法,该方法具有自学习,自适应的特点,并运用算例验证;⑤研究机床-工人双资源、时间-成本双目标的车间作业调度问题,提出了启发式规则、模糊优选技术与遗传算法相结合的调度算法,算例验证了启发式规则和模糊优选技术的引入提高了遗传算法的实用性和搜索效率;⑥根据本文提出的框架模型和算法,对系统进行模块划分和功能描述,开发了车间虚拟制造软件系统,并将其MES软件集成,正在某大型企业试用.