目前機器人行業(yè)發(fā)展迅猛，機器人軟件涉及三維離線編程CAM軟件和生產(chǎn)系統(tǒng)仿真CAE軟件，離線編程和生產(chǎn)系統(tǒng)仿真技術(shù)上到底有何區(qū)別？這一點恐怕很多資深從業(yè)者也未必能搞清楚。昌暉儀表聊聊機器人應(yīng)用中離線編程CAM軟件和生產(chǎn)系統(tǒng)仿真CAE軟件有何區(qū)別。

按照CIMDATA的定義，兩個軟件都屬于CAX(計算機輔助產(chǎn)品創(chuàng)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(shè)計)是CAX的基礎(chǔ)和平臺，離線編程屬于CAM(Computer Aided Manufacturing，即計算機輔助制造)，而生產(chǎn)系統(tǒng)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(shè)計，如機器人本體模型和生產(chǎn)系統(tǒng)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(shù)化設(shè)計上很有特色，易學(xué)易用，所以在機器人行業(yè)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(shè)計市場。

機器人做加工需要進行軌跡規(guī)劃。一般來講，比較簡單的軌跡規(guī)劃利用機器人本體自帶的示教器即可完成，而對于復(fù)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(diào)用零件的三維CAD模型進行軌跡規(guī)劃，然后用仿真模組對產(chǎn)生的軌跡點進行虛擬驗證，判斷是否有碰撞、關(guān)節(jié)柔順等合理性問題；有問題的通過軟件工具進行調(diào)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(chǎn)生方式完全不同，因此CAM軟件按行業(yè)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(lǐng)域和一個好的CAD/CAM平臺，做一款針對細分行業(yè)的CAM軟件，然后慢慢積累經(jīng)驗，從而形成技術(shù)壁壘。

機器人離線編程這塊用到的技術(shù)主要是圖形學(xué)、機器人運動學(xué)、路徑規(guī)劃和運動控制等，總體技術(shù)難度其實不大。國內(nèi)做類似產(chǎn)品的企業(yè)，昌暉儀表查詢了一下有十幾家，但為什么在企業(yè)應(yīng)用市場還是國外軟件占主流，國產(chǎn)軟件始終無法突破呢？主要的問題是工業(yè)應(yīng)用對軟件要求穩(wěn)定性高且易學(xué)易用，需要適用各種復(fù)雜環(huán)境。如同CNC控制系統(tǒng)市場一樣，技術(shù)門檻已經(jīng)不高，國產(chǎn)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(nèi)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(fā)時就避開主流工業(yè)機器人應(yīng)用市場，針對更細分的5軸激光切割市場來開發(fā)相應(yīng)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(nèi)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(chǔ)上，2014年中科川思特軟件科技有限公司開始研發(fā)針對工業(yè)機器人應(yīng)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(lǐng)域。目前該軟件已經(jīng)在企業(yè)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(fā)，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(lǐng)域也有所突破，但付出的代價巨大。新的版本價格提升，穩(wěn)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(xiàn)在已經(jīng)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(gòu)設(shè)計、穩(wěn)定性、工藝應(yīng)用和技術(shù)先進性上差強人意。究其原因，與俄羅斯現(xiàn)在的工業(yè)比較落后，沒有太多的機器人測試環(huán)境場景有關(guān)。
3、RobotDK
RobotDK是來自加拿大的非商業(yè)軟件，算法和工藝都沒有經(jīng)歷大量驗證，企業(yè)應(yīng)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(fā)的，早期模仿以色列的robotworks(基于Solidworks平臺開發(fā)，公司已經(jīng)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(yè)市場。
5. DELCAM
DELCAM在銑削基礎(chǔ)上增加了機器人模塊，已經(jīng)被AUTODESK收購，和德國的FASTCURVE(基于Delmia二次開發(fā))等軟件，因價格比較昂貴，在國內(nèi)沒有大規(guī)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(yè)機器人一線操作技工，來自中職、高職等培養(yǎng)一線技術(shù)人才的學(xué)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(zhuǎn)變成基于智能感知的任務(wù)自動編程，即機器人通過三維視覺技術(shù)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對3D CAD模型產(chǎn)生的軌跡進行自動調(diào)整和優(yōu)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(huán)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(nèi)機器人生產(chǎn)系統(tǒng)仿真HedraSMF就是從HedraCAM離線編程研發(fā)過程中的仿真模塊發(fā)展而來。

早期工業(yè)機器人多數(shù)都是獨立單元應(yīng)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(shù)的發(fā)展，大量工廠把機器人單元聯(lián)合在一起，用物流系統(tǒng)進行連接，相應(yīng)對軟件的需求也有所改變。在自動化生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃過程中，通常用3D CAD軟件進行三維設(shè)計，然后把模型轉(zhuǎn)到CAE規(guī)劃分析軟件中，在虛擬環(huán)境中對生產(chǎn)系統(tǒng)上的機器人和機床、傳送帶、人員等進行位置、節(jié)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(chǎn)生的節(jié)拍數(shù)據(jù)分析產(chǎn)能并形成規(guī)劃方案供工廠規(guī)劃設(shè)計人員參考。

機器人用CAE仿真軟件主要有幾個應(yīng)用領(lǐng)域，一個是機械設(shè)計環(huán)節(jié)對機械結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析；二是生產(chǎn)系統(tǒng)的規(guī)劃仿真分析，基本屬于離散制造，HedraSMF屬于這個子領(lǐng)域；三是動態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)的分析，如地形場景這些，應(yīng)用在服務(wù)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(chǎn)系統(tǒng)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?qū)ο蠼－h(huán)境，提供了智能化的物流處理系統(tǒng)模板，直接模仿實際系統(tǒng)的行為，預(yù)置了實際系統(tǒng)的控制邏輯，內(nèi)置 SCL仿真控制語言，可通過Quest Express 與MES、ERP等生產(chǎn)管理系統(tǒng)連接，3D動畫顯示，并以直方圖、餅狀圖等方式顯示統(tǒng)計結(jié)果。Delmia/Quest主要應(yīng)用于制造、物流領(lǐng)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(jié)構(gòu)，具有面向?qū)ο蟮睦^承性，豐富的分布函數(shù)，多種形式的接口。Plant Simulation主要應(yīng)用于項目規(guī)劃、物流仿真，優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝過程領(lǐng)域。
3、Flexsim
Flexsim是美國FlexSim推出的軟件，F(xiàn)lexsim基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)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(yīng)用于制造、物流領(lǐng)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(tǒng)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(tǒng)設(shè)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(yōu)解。ShowFlow主要應(yīng)用于制造、物流領(lǐng)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(chǎn)線的仿真器使用，而且在單一機械設(shè)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(fā)基礎(chǔ)是Sil-Tools ，在擴展性和技術(shù)支持方面令人擔憂。Stream主要應(yīng)用于生產(chǎn)線、物流、機器人領(lǐng)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(diào)試?？蓪崟r采集仿真數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)圖表。VisualComponents主要應(yīng)用于離散事件模擬仿真、虛擬調(diào)試、人機協(xié)作仿真。

使用生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃仿真軟件的大多是CAD機械設(shè)計類工程師背景，在大學(xué)里面有工業(yè)工程、自動化這些專業(yè)進行培養(yǎng)，就業(yè)方向大多是機器人本體企業(yè)和集成商的方案設(shè)計規(guī)劃、大型制造企業(yè)的設(shè)計部門。對軟件的要求通常是提供大量組件數(shù)據(jù)庫以便能快速搭建出生產(chǎn)系統(tǒng)，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(jié)拍數(shù)據(jù)和仿真場景動畫。未來生產(chǎn)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)會集成數(shù)字孿生和實時數(shù)據(jù)驅(qū)動等技術(shù)，數(shù)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(tǒng)實時通訊，實際系統(tǒng)的任何變化也會引起虛擬系統(tǒng)動態(tài)改變。

總之，在機器人應(yīng)用中，三維離線編程CAM軟件與生產(chǎn)系統(tǒng)仿真CAE軟件在技術(shù)層面是你中有我、我中有你，在應(yīng)用層面和側(cè)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(fā)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(fā)，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(chǎn)系統(tǒng)仿真軟件的簡化版，提供一些簡單的離線編程和生產(chǎn)系統(tǒng)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(fù)雜的三維零件做離線編程或者車間的生產(chǎn)仿真規(guī)劃分析，昌暉儀表建議還是購買專業(yè)軟件為宜。