虛擬設計是20世紀90年代發(fā)展起來的一個新的研究領域，是計算機圖形學、人工智能、計算機網(wǎng)絡、信息處理、機械設計與制造等技術綜合發(fā)展的產(chǎn)物。在機械行業(yè)、產(chǎn)品設計和包裝設計領域均有著廣泛的應用前景，虛擬設計對傳統(tǒng)設計方法的影響已逐漸顯現(xiàn)出來。
由于虛擬設計基本上不消耗可見資源和能量，也不生產(chǎn)實際產(chǎn)品，而是產(chǎn)品的研發(fā)、設計、包裝和加工。其過程和制造相比較，具有高度集成、快速成型、分布合作、修改快捷等特征。因此，虛擬設計技術在科技界和企業(yè)界均引起了人們的廣泛關注，現(xiàn)已成為包裝設計者們的研究熱點。
1 虛擬設計與虛擬制造技術
虛擬設計結合虛擬制造技術是企業(yè)以信息集成為基礎的一種新的制造哲理，其核心便是虛擬現(xiàn)實技術，即使用感官組織仿真設備和真實或虛幻環(huán)境的動態(tài)模型，生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實，使人能夠憑借直覺作用于計算機產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境。基于虛擬現(xiàn)實技術的虛擬制造技術，是在一個統(tǒng)一模型之下對設計和制造等過程進行集成，即將與產(chǎn)品制造相關的各種過程與技術集成在三維的、動態(tài)的仿真過程的實體數(shù)字模型之上虛擬制造技術也可以對想象中的制造活動進行仿真，它不消耗現(xiàn)實資源和能量，所進行的過程是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。
虛擬設計和制造技術的應用將會對未來的制造業(yè)（包含制造業(yè)的生產(chǎn)流程全過程，當然也包括其包裝設計環(huán)節(jié)）的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響，它的重大意義主要表現(xiàn)為：
1）運用軟件對制造系統(tǒng)中的五大要素（人、組織管理、物流、信息流、能量流）進行全面仿真，使之達到前所未有的高度集成，為先進制造技術的進一步發(fā)展提供了更廣大的空間，同時也推動了相關技術的不斷發(fā)展和進步。
2）可加深人們對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認識和理解，有利于對其進行理論升華，更好地指導實際生產(chǎn)，即對生產(chǎn)過程、制造系統(tǒng)整體進行優(yōu)化配置，推動生產(chǎn)力的巨大躍升。
3）在虛擬制造與現(xiàn)實制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進企業(yè)的組織管理工作，而且對正確做出決策有著不可估量的影響。例如：可以對生產(chǎn)計劃、交貨期、生產(chǎn)產(chǎn)量等做出預測，及時發(fā)現(xiàn)問題并改進現(xiàn)實制造過程。
4）虛擬設計和制造技術的應用將加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。我們都知道，模擬駕駛室對駕駛員、飛行員的培養(yǎng)起到了良好作用。虛擬制造也會產(chǎn)生類似的作用，例如：可以對生產(chǎn)人員進行操作訓練、異常工藝的應急處理等。
2 包裝設計虛擬制造技術的應用
針對目前虛擬設計和制造技術的研究現(xiàn)狀，可通過以下幾種方式結合包裝設計進行虛擬制造。
2.1 精益生產(chǎn)與包裝設計虛擬制造技術
精益生產(chǎn)要求簡化生產(chǎn)過程，減少信息量，消除過分臃腫的生產(chǎn)組織，使產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程盡可能地簡化和標準化。這樣做的結果對虛擬制造的建模仿真是十分有利的，即現(xiàn)實生產(chǎn)過程越簡化，則虛擬制造實現(xiàn)起來就越容易。
對于包裝設計來說，它在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中是一個很重要的環(huán)節(jié)，同時其自身也是一個完整的生產(chǎn)過程，也就是說，要生產(chǎn)出包裝容器或者產(chǎn)品的外包裝來。因此，可針對產(chǎn)品的容器造型和材質、外包裝造型和材質等進行多方案對比，再從中選出最佳方案。由于虛擬包裝設計是在虛擬現(xiàn)實的環(huán)境中進行，因此設計者可設置盡可能多的可能性，讓可能出現(xiàn)的問題都得以解決。另外。容器或者外包裝設計定稿之后，設計者可通過虛擬原型進行虛擬裝配，以檢查各零部件尺寸以及包裝的可裝配性，及時修改錯誤、校正參數(shù)、調(diào)整結構。在以上兩步完成之后，通過虛擬原型。可以進行虛擬試驗（如包裝壓力測試、運輸測試、裝配測試、存儲測試等），而不用再去做更多的實物試驗。這樣，既節(jié)省了設計時間又節(jié)約了設計費用。
2.2 并行工程與包裝設計虛擬制造技術
并行工程是集成地、并行地設計產(chǎn)品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶要求等。它是對產(chǎn)品設計及其相關過程（包括設計過程、制造過程和支持過程）進行并行、一體化設計的一種系統(tǒng)化的工作模式。并行工程把計算機輔助設計、制造、管理和質量保證體系等有機地結合在一起，實現(xiàn)信息集成、信息共享、過程集成。這種工作模式力求使產(chǎn)品開發(fā)者在設計階段就考慮到從概念形成到產(chǎn)品報廢（甚至銷毀）整個產(chǎn)品生命周期中的質量、成本、開發(fā)時間和用戶需求等所有因素。
包裝設計是一項系統(tǒng)而復雜的工程，受技術手段的限制，傳統(tǒng)的包裝設計是采取“拋過墻”式的串行設計方式進行的。即由市場調(diào)查與銷售部門或企業(yè)決策人員分析消費者或客戶的需求提出一個新的設想，然后將設想“拋給”計劃部門；計劃部門根據(jù)設想分析生產(chǎn)中的技術需求，并制定設計，生產(chǎn)計劃，再將該計劃“拋給”設計部門；接下來由設計部門將設計計劃變成設計方案，并繪制成圖紙“拋給”生產(chǎn)部門；最后，生產(chǎn)部門根據(jù)設計方案進行工藝設計并制造出最終的產(chǎn)品包裝。過去，由于設計部門一直獨立于生產(chǎn)過程，在設計時不去或很少去考慮包裝設計的可制造性、可裝配性、可維護性以及產(chǎn)品質量、產(chǎn)品服務等要素，所以設計錯誤往往要在設計后期，甚至在制造或裝配階段才能被發(fā)現(xiàn)。這樣，就形成了設計→制造→修改設計→重新制造的流程，開發(fā)的產(chǎn)品很少能一次性地投入批量生產(chǎn)，從而造成產(chǎn)品開發(fā)周期長、開發(fā)成本高、品質得不到保證等不良后果。并行設計是并行工程的主要組成部分，也是并行工程的核心。并行設計要求產(chǎn)品設計及其相關過程并行進行，是設計及相關過程并行、一體化、系統(tǒng)化的工作模式。這種工作模式力圖使產(chǎn)品開發(fā)設計從一開始就考慮到產(chǎn)品的全生命周期，在設計時就將下游環(huán)節(jié)的可靠性、技術性、生產(chǎn)性等作為設計環(huán)節(jié)的約束條件，以避免或減少產(chǎn)品開發(fā)晚期才發(fā)現(xiàn)錯誤并返回到設計初期進行修改的現(xiàn)象。
包裝設計是一個比較依賴于設計者經(jīng)驗積累和知識儲備的工作。在進行容器包裝設計時，容器的基本形狀一般由產(chǎn)品開發(fā)人員根據(jù)產(chǎn)品的功能要求和外觀要求進行設計，由于設計人員專業(yè)知識的限制，其對容器成型的工藝可行性很少考慮。在進行包裝設計時，為了保證容器成型的工藝可行性和成型后的機械性能，包裝設計人員一般要根據(jù)自己的經(jīng)驗及知識對產(chǎn)品結構做必要的修改或增加某些工藝輔助特征。這些修改需要豐富的經(jīng)驗和知識，不合理的修改反而會破壞產(chǎn)品的整體質量和性能。所以，建立基于知識的包裝設計并行工程系統(tǒng)，有利于提高設計效率。在包裝設計過程中引入并行工程思想，是包裝設計自身發(fā)展的需要，也是市場競爭和技術進步的要求。它有利于提高產(chǎn)品設計能力、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質量，降低生產(chǎn)成本，從而提高企業(yè)的競爭力。
2.3 敏捷制造與包裝設計虛擬制造技術
敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標共同努力來增強整體競爭能力，能對用戶需求做出快速反應。未來的產(chǎn)品市場，其發(fā)展總趨勢是多元化和個人化，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式已不能滿足瞬息萬變的市場需求。目前，制造業(yè)已呈現(xiàn)出從規(guī)模經(jīng)濟向品種經(jīng)濟發(fā)展的趨勢。敏捷制造思想的出發(fā)點是在對產(chǎn)品和市場進行綜合分析，它首先考慮的問題是：用戶是誰？用戶的需求是什么？企業(yè)對市場做出快速響應是否值得？如果企業(yè)做出快速響應，能否獲利？由此可見，敏捷制造的著眼點在于快速響應市場需求，使產(chǎn)品設計、開發(fā)、生產(chǎn)等各項工作并行進行，迅速設計和制造高質量的新產(chǎn)品，以滿足用戶不斷提高的要求。敏捷制造環(huán)境下虛擬產(chǎn)品的協(xié)同設計是一種新型的CAD模式，設計者的實踐必須基于客戶需求的產(chǎn)品虛擬設計的體系結構，以及網(wǎng)絡化協(xié)同設計的體系結構和協(xié)同模式。敏捷制造環(huán)境下虛擬產(chǎn)品的協(xié)同設計模式，對于在敏捷制造環(huán)境下建立網(wǎng)絡化虛擬產(chǎn)品協(xié)同設計平臺，有較大的現(xiàn)實意義和實踐價值。
2.4 綠色設計、制造與包裝設計虛擬制造技術
綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標是使得產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響（負作用）最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)境保護的必然選擇，發(fā)展不能以環(huán)境污染為代價，國際制造業(yè)的實踐表明，通過改進整個制造工藝來減少廢棄物，要比處理工廠處理已經(jīng)排放的廢棄物大大節(jié)省開支。
在產(chǎn)品設計及包裝的使用和處理方面，既需努力降低商品包裝費用，又要降低包裝廢棄物對環(huán)境的污染程度。
目前，國際商界流行一種被稱為“綠色包裝”的紙包裝，由于紙的主要成份是天然植物纖維素，容易被土壤微生物分解，很快重新加入自然循環(huán)。美國紙板包裝協(xié)會，正以數(shù)百萬美元的廣告費推行紙包裝。日本的牛奶、飲料、酒類，大多已改為紙質包裝。有的專家還從仿生學角度，研究天然包裝的均衡與巧妙，探究自然的奧秘。希望能從諸如桔子的“緩沖式”包裝、豆莢的“顆料”包裝、雞蛋的氣室防震功能和薄殼建筑式構造、貝殼中珍珠的養(yǎng)護與收藏等自然包裝中，探索“綠色包裝”的新路子。法國在食品的貨架上，已看不到塑料、玻璃等難于回收的包裝，而絕大多數(shù)的奶制品、果汁和液體食品都采用無菌紙盒包裝，無需冷藏可保鮮6個月，回收后做成“彩樂板”可用于制作家具、裝飾材料、玩具等，這種綠色包裝已成為世界液體食品包裝的主流。
3 結語
在包裝設計領域應用虛擬制造技術，其目的是在包裝設計階段，借助建模與仿真技術及時地、并行地模擬出包裝未來制造過程，乃至產(chǎn)品全生命周期的各種活動，對包裝設計的影響，預測、檢測、評價包裝性能和包裝的可制造性等。從而更加有效、經(jīng)濟、柔性地組織生產(chǎn)，增強決策與控制水平，有力地降低由于前期設計給后期制造帶來的回溯更改，達到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設計質量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。
虛擬設計和制造技術的廣泛應用，將從根本上改變現(xiàn)行的制造模式。對相關行業(yè)也將產(chǎn)生巨大影響，可以說虛擬設計和制造技術決定著企業(yè)的未來，也決定著制造業(yè)在競爭中能否立于不敗之地。虛擬現(xiàn)實技術用在包裝設計中不僅可以降低開發(fā)成本、縮短研發(fā)周期，也能對設計、制造、物流等諸環(huán)節(jié)進行模擬和再現(xiàn)，從而把可能出現(xiàn)的問題解決在最初階段。
