目前機器人行業發展迅猛，機器人軟件涉及三維離線編程CAM軟件和生產系統仿真CAE軟件，離線編程和生產系統仿真技術上到底有何區別？這一點恐怕很多資深從業者也未必能搞清楚。昌暉儀表聊聊機器人應用中離線編程CAM軟件和生產系統仿真CAE軟件有何區別。

按照CIMDATA的定義，兩個軟件都屬于CAX(計算機輔助產品創新的工具類軟件總稱)的范疇。CAX包含CAD\CAM\CAE等，CAD(Computer Aided Design，即計算機輔助設計)是CAX的基礎和平臺，離線編程屬于CAM(Computer Aided Manufacturing，即計算機輔助制造)，而生產系統仿真屬于CAE(Computer Aided Engineering，即計算機輔助工程)。

|CAD軟件通常用來做三維造型和機械設計，如機器人本體模型和生產系統上的三維模型都是工程師用CAD軟件造型的。美國的Solidworks軟件(被法國達索收購)屬于中端CAD軟件，在機械參數化設計上很有特色，易學易用，所以在機器人行業目前是一枝獨秀，基本壟斷了中國的機器人本體和集成商三維設計市場。

機器人做加工需要進行軌跡規劃。一般來講，比較簡單的軌跡規劃利用機器人本體自帶的示教器即可完成，而對于復雜的三維軌跡，靠手工是無法完成的，這時就需要CAM離線編程軟件的介入。CAM軟件要調用零件的三維CAD模型進行軌跡規劃，然后用仿真模組對產生的軌跡點進行虛擬驗證，判斷是否有碰撞、關節柔順等合理性問題；有問題的通過軟件工具進行調整，再次驗證完成后通過指定品牌的機器人后置處理器，把軌跡點和工藝點同時輸出給指定的機器人進行加工。針對不同的加工方式，如銑削/打磨/拋光/切割/平板焊接/相貫線焊接/3D打印等，其工藝和軌跡產生方式完全不同，因此CAM軟件按行業分得很細。這就是為什么市場上的CAM軟件多如牛毛，沒有哪一個軟件能通吃的原因。在國外，很多CAM軟件公司就幾個人到十幾個人，找準一個細分領域和一個好的CAD/CAM平臺，做一款針對細分行業的CAM軟件，然后慢慢積累經驗，從而形成技術壁壘。

機器人離線編程這塊用到的技術主要是圖形學、機器人運動學、路徑規劃和運動控制等，總體技術難度其實不大。國內做類似產品的企業，昌暉儀表查詢了一下有十幾家，但為什么在企業應用市場還是國外軟件占主流，國產軟件始終無法突破呢？主要的問題是工業應用對軟件要求穩定性高且易學易用，需要適用各種復雜環境。如同CNC控制系統市場一樣，技術門檻已經不高，國產也很多，但市場仍舊還是FANUC、西門子的天下。

針對這種情況，國內比如中科川思特軟件科技有限公司從2009年做CAM的自主研發時就避開主流工業機器人應用市場，針對更細分的5軸激光切割市場來開發相應的離線編程軟件Peps Pentacut。10年慢慢積累下來，該軟件目前基本壟斷了國內5軸激光切割加工市場并出口韓國、日本和臺灣等地。在此基礎上，2014年中科川思特軟件科技有限公司開始研發針對工業機器人應用的HedraCAM離線編程軟件，還是圍繞切割、板材焊接、相貫線焊接、激光融覆和增材制造等激光和鈑金領域。目前該軟件已經在企業開始推廣，而且客戶反饋良好。

除了HedraCAM外，其它幾個主流的機器人三維離線編程軟件還有：
1、Robotmaster
加拿大的Robotmaster早期是基于老牌的主要用于三維銑削的離線編程軟件Mastercam二次開發，所以Robotmaster在機器人銑削上一直很強大。Mastercam平臺的局限性非常明顯，所以前兩年該公司放棄了該平臺改用達索的Catia CAD平臺，想在其它加工領域也有所突破，但付出的代價巨大。新的版本價格提升，穩定性下降，客戶評價不高，目前在國外推廣阻力很大。
2、SprutCAM
這款軟件前兩年才引進中國，代理商推廣的勢頭比較猛，采用低價策略，現在已經部署了一些客戶。從整體評測來看，該軟件在算法上有些特色，但在整體架構設計、穩定性、工藝應用和技術先進性上差強人意。究其原因，與俄羅斯現在的工業比較落后，沒有太多的機器人測試環境場景有關。
3、RobotDK
RobotDK是來自加拿大的非商業軟件，算法和工藝都沒有經歷大量驗證，企業應用比較少，主要是做教育市場。
4、RobotArt
RobotArt這款軟件是基于北航CAXA平臺開發的，早期模仿以色列的robotworks(基于Solidworks平臺開發，公司已經倒閉)。跟RobotDK一樣，這款軟件一直在教育市場推廣，始終無法突破企業市場。
5. DELCAM
DELCAM在銑削基礎上增加了機器人模塊，已經被AUTODESK收購，和德國的FASTCURVE(基于Delmia二次開發)等軟件，因價格比較昂貴，在國內沒有大規模推廣。

從用戶角度看，目前使用三維離線編程軟件的大多是工業機器人一線操作技工，來自中職、高職等培養一線技術人才的學校。用戶端的要求就是盡量提高編程速度和增加機器人的有效工時來提高整體效率，對軟件的要求就是算法準確、運動軌跡的效率高，同時盡量傻瓜化，以易用為原則。未來離線編程CAM將逐步轉變成基于智能感知的任務自動編程，即機器人通過三維視覺技術采集現場數據，對3D CAD模型產生的軌跡進行自動調整和優化。

在離線編程過程中，需要仿真模塊來驗證其合理性，這種仿真環境一般就是建立一個跟實際一樣的虛擬機器人單元，對單元里面的機器人加工軌跡進行分析。國內機器人生產系統仿真HedraSMF就是從HedraCAM離線編程研發過程中的仿真模塊發展而來。

早期工業機器人多數都是獨立單元應用，所以仿真主要是對離線編程的軌跡進行合理性分析，隨著PLC等自動化技術的發展，大量工廠把機器人單元聯合在一起，用物流系統進行連接，相應對軟件的需求也有所改變。在自動化生產系統規劃過程中，通常用3D CAD軟件進行三維設計，然后把模型轉到CAE規劃分析軟件中，在虛擬環境中對生產系統上的機器人和機床、傳送帶、人員等進行位置、節拍、機器人可達性、碰撞和信號控制等方面的合理性分析，進一步利用產生的節拍數據分析產能并形成規劃方案供工廠規劃設計人員參考。

機器人用CAE仿真軟件主要有幾個應用領域，一個是機械設計環節對機械結構的動力學分析；二是生產系統的規劃仿真分析，基本屬于離散制造，HedraSMF屬于這個子領域；三是動態復雜系統的分析，如地形場景這些，應用在服務機器人、智能交通等方面。

除了HedraSMF外，其它6個主流的機器人生產系統仿真軟件還有：
1、Delmia/Quest
Delmia/Quest是法國達索提供的軟件，Delmia/Quest交互式面向對象建模環境，提供了智能化的物流處理系統模板，直接模仿實際系統的行為，預置了實際系統的控制邏輯，內置 SCL仿真控制語言，可通過Quest Express 與MES、ERP等生產管理系統連接，3D動畫顯示，并以直方圖、餅狀圖等方式顯示統計結果。Delmia/Quest主要應用于制造、物流領域。
2、Plant Simulation
Plant Simulation是德國Siemens提供的軟件，Plant Simulation交互式建模仿真界面，模型層次化的結構，具有面向對象的繼承性，豐富的分布函數，多種形式的接口。Plant Simulation主要應用于項目規劃、物流仿真，優化生產系統和工藝過程領域。
3、Flexsim
Flexsim是美國FlexSim推出的軟件，Flexsim基于面向對象技術建模，快捷簡便，仿真速度快，突出的3D圖形顯示,擴展性好，開放的接口。Flexsim主要應用于制造、物流領域。
4、ShowFlow
ShowFlow是英國Simaron Pardaz推出的軟件，ShowFlow
提供建模、仿真、動畫和統計分析工具。確定瓶頸位置，估測提前期和報告資源利用率，還可以被用來支持投資決定，校驗制造系統設計的合理性，通過對不同的制造策略進行仿真實驗來找出最優解。ShowFlow主要應用于制造、物流領域
5、Stream
Stream是日本三井造船推出的軟件，Stream不僅可以當作物流生產線的仿真器使用，而且在單一機械設備的仿真方面也可以用來變通使用，機器人仿真器很齊備;其開發基礎是Sil-Tools ，在擴展性和技術支持方面令人擔憂。Stream主要應用于生產線、物流、機器人領域。
6、VisualComponents
VisualComponents是芬蘭Visual Components推出的軟件，VisualComponents軟件集三大功能于一個平臺：離散物流仿真模擬，機器人離線編程，PLC 虛擬調試。可實時采集仿真數據生成數據圖表。VisualComponents主要應用于離散事件模擬仿真、虛擬調試、人機協作仿真。

使用生產系統規劃仿真軟件的大多是CAD機械設計類工程師背景，在大學里面有工業工程、自動化這些專業進行培養，就業方向大多是機器人本體企業和集成商的方案設計規劃、大型制造企業的設計部門。對軟件的要求通常是提供大量組件數據庫以便能快速搭建出生產系統，對各種機器人的運動控制算法要比較精確，能有各種傳感器與PLC的模擬器，可以進行場景渲染，輸出準確的節拍數據和仿真場景動畫。未來生產系統仿真系統會集成數字孿生和實時數據驅動等技術，數字孿生即實際世界有什么物理特征，虛擬世界就有同樣特征，虛擬和實際系統實時通訊，實際系統的任何變化也會引起虛擬系統動態改變。

總之，在機器人應用中，三維離線編程CAM軟件與生產系統仿真CAE軟件在技術層面是你中有我、我中有你，在應用層面和側重點上則有很大不同。

最后談一下機器人本體廠商捆綁的軟件，如ABB的RobotStudio、安川的motosim、KUKA的simpro、發那科的robguide。這些軟件大多是第三方軟件公司為機器人本體廠商貼牌開發，如simpro就來自芬蘭的Visual Components。嚴格來講這些軟件都不屬于三維離線編程軟件，而屬于生產系統仿真軟件的簡化版，提供一些簡單的離線編程和生產系統仿真功能，主要供下游的集成商做方案用于支持銷售。最終客戶如果需要針對復雜的三維零件做離線編程或者車間的生產仿真規劃分析，昌暉儀表建議還是購買專業軟件為宜。