虛擬設計是20世紀90年代發展起來的一個新的研究領域，是計算機圖形學、人工智能、計算機網絡、信息處理、機械設計與制造等技術綜合發展的產物。在機械行業、產品設計和包裝設計領域均有著廣泛的應用前景，虛擬設計對傳統設計方法的影響已逐漸顯現出來。

由于虛擬設計基本上不消耗可見資源和能量，也不生產實際產品，而是產品的研發、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界均引起了人們的廣泛關注，現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，其核心便是虛擬現實技術，即使用感官組織仿真設備和真實或虛幻環境的動態模型，生成或創造出人能夠感知的環境或現實，使人能夠憑借直覺作用于計算機產生的三維仿真模型的虛擬環境。基于虛擬現實技術的虛擬制造技術，是在一個統一模型之下對設計和制造等過程進行集成，即將與產品制造相關的各種過程與技術集成在三維的、動態的仿真過程的實體數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，它不消耗現實資源和能量，所進行的過程是虛擬過程，所生產的產品也是虛擬的。

虛擬設計和制造技術的應用將會對未來的制造業（包含制造業的生產流程全過程，當然也包括其包裝設計環節）的發展產生深遠影響，它的重大意義主要表現為：

1）運用軟件對制造系統中的五大要素（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展提供了更廣大的空間，同時也推動了相關技術的不斷發展和進步。

2）可加深人們對生產過程和制造系統的認識和理解，有利于對其進行理論升華，更好地指導實際生產，即對生產過程、制造系統整體進行優化配置，推動生產力的巨大躍升。

3）在虛擬制造與現實制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進企業的組織管理工作，而且對正確做出決策有著不可估量的影響。例如：可以對生產計劃、交貨期、生產產量等做出預測，及時發現問題并改進現實制造過程。

4）虛擬設計和制造技術的應用將加快企業人才的培養速度。我們都知道，模擬駕駛室對駕駛員、飛行員的培養起到了良好作用。虛擬制造也會產生類似的作用，例如：可以對生產人員進行操作訓練、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 精益生產與包裝設計虛擬制造技術

精益生產要求簡化生產過程，減少信息量，消除過分臃腫的生產組織，使產品及其生產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，即現實生產過程越簡化，則虛擬制造實現起來就越容易。

對于包裝設計來說，它在產品的生產過程中是一個很重要的環節，同時其自身也是一個完整的生產過程，也就是說，要生產出包裝容器或者產品的外包裝來。因此，可針對產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實的環境中進行，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、調整結構。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，既節省了設計時間又節約了設計費用。

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、并行地設計產品及其相關過程（包括制造過程和支持過程）的系統方法。它要求產品開發人員在一開始就考慮產品整個生命周期中從概念形成到產品報廢的所有因素，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，實現信息集成、信息共享、過程集成。這種工作模式力求使產品開發者在設計階段就考慮到從概念形成到產品報廢（甚至銷毀）整個產品生命周期中的質量、成本、開發時間和用戶需求等所有因素。

包裝設計是一項系統而復雜的工程，受技術手段的限制，傳統的包裝設計是采取“拋過墻”式的串行設計方式進行的。即由市場調查與銷售部門或企業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；計劃部門根據設想分析生產中的技術需求，并制定設計，生產計劃，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”生產部門；最后，生產部門根據設計方案進行工藝設計并制造出最終的產品包裝。過去，由于設計部門一直獨立于生產過程，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、可維護性以及產品質量、產品服務等要素，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現。這樣，就形成了設計→制造→修改設計→重新制造的流程，開發的產品很少能一次性地投入批量生產，從而造成產品開發周期長、開發成本高、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、系統化的工作模式。這種工作模式力圖使產品開發設計從一開始就考慮到產品的全生命周期，在設計時就將下游環節的可靠性、技術性、生產性等作為設計環節的約束條件，以避免或減少產品開發晚期才發現錯誤并返回到設計初期進行修改的現象。

包裝設計是一個比較依賴于設計者經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品開發人員根據產品的功能要求和外觀要求進行設計，由于設計人員專業知識的限制，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自己的經驗及知識對產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驗和知識，不合理的修改反而會破壞產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，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。它有利于提高產品設計能力、縮短產品開發周期、提高產品質量，降低生產成本，從而提高企業的競爭力。

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。未來的產品市場，其發展總趨勢是多元化和個人化，傳統的大批量生產方式已不能滿足瞬息萬變的市場需求。目前，制造業已呈現出從規模經濟向品種經濟發展的趨勢。敏捷制造思想的出發點是在對產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？企業對市場做出快速響應是否值得？如果企業做出快速響應，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，使產品設計、開發、生產等各項工作并行進行，迅速設計和制造高質量的新產品，以滿足用戶不斷提高的要求。敏捷制造環境下虛擬產品的協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品虛擬設計的體系結構，以及網絡化協同設計的體系結構和協同模式。敏捷制造環境下虛擬產品的協同設計模式，對于在敏捷制造環境下建立網絡化虛擬產品協同設計平臺，有較大的現實意義和實踐價值。

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境影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產品生命周期中，對環境的影響（負作用）最小，資源的使用效率最高。綠色制造的提出是人們日益重視環境保護的必然選擇，發展不能以環境污染為代價，國際制造業的實踐表明，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排放的廢棄物大大節省開支。

在產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。美國紙板包裝協會，正以數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、經濟、柔性地組織生產，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，達到產品的開發周期和成本最小化、產品設計質量的最優化、生產效率的最大化。

虛擬設計和制造技術的廣泛應用，將從根本上改變現行的制造模式。對相關行業也將產生巨大影響，可以說虛擬設計和制造技術決定著企業的未來，也決定著制造業在競爭中能否立于不敗之地。虛擬現實技術用在包裝設計中不僅可以降低開發成本、縮短研發周期，也能對設計、制造、物流等諸環節進行模擬和再現，從而把可能出現的問題解決在最初階段。