机器人行业离线编程和生产线仿真软件的区别

很多客户到我公司交流，经常会问我怎么有两个软件，HedraCAM离线编程和HedraSMF生产线仿真，离线编程和生产线仿真软件到底有何区别？

按照国际上通用的定义，这个领域属于PLM(Product Lifecycle Management)产品生命周期管理范畴，CAX产品创新工具类软件,包含CAD\CAM\CAE。

CAD计算机辅助设计(Computer AidedDesign)是CAX类软件的基础和平台，在工业机器人领域，CAD软件通常用来做三维造型和机械设计，如机器人本体模型和生产线上的三维模型都是工程师用CAD软件进行造型。

离线编程属于CAM计算机辅助制造(computer AidedManufacturing)，而生产线仿真属于CAE工程设计中的计算机辅助工程(Computer AidedEngineering)。

机器人做加工需要进行轨迹的规划，一般比较简单的加工轨迹用机器人本体自带的示教器即可完成，对于复杂三维轨迹点靠人手工无法完成的，才需要CAM离线编程软件介入，CAM软件要调用零件的三维CAD模型进行轨迹的规划，然后用仿真模组对产生的轨迹点进行虚拟验证，判断是否有碰撞，关节柔顺等合理性，不好的再通过软件工具进行调整，验证调整完成后通过指定品牌的机器人后置处理器，把轨迹点和工艺点同时输出到机器人进行加工。因为工艺的不同，CAM软件行业分的很细，铣削/打磨/抛光/切割/平板焊接/相贯线焊接/3D打印等加工方式的工艺和轨迹产生方式完全不同，这就是为什么市场上的CAM软件多于牛毛，没有哪个软件能通吃。在国外很多公司就几个人，熟悉一个细分行业，找准一个合适的CAD平台，慢慢积累经验，就开发出一款不错的CAM软件。例如我们开发的HedraCAM软件就是针对激光切割，相贯线焊接，融覆和3D打印行业的机器人离线编程，因为我们在激光加工领域做了20多年了，在这个行业有很深技术积累和背景。

离线编程这块用到的技术主要是网格拓扑，几何算法，路径规划，运动控制等，大多数离线编程软件都是基于其它品牌的3D CAD软件二次开发，受限制比较多，客户一般要付出CAD+CAM两个授权费用，HedraCAM是自有的CAD拓扑内核，在未来发展上更有优势。

早期工业机器人大量都是单元应用，在离线编程过程中，需要仿真模块进行验证合理性，这种仿真环境一般就是建立一个跟实际一样的虚拟机器人单元，对单元里面的机器人的加工轨迹进行碰撞与关节姿态分析。随着PLC等自动化技术的发展，大量工厂把机器人单元联合在一起，用物流系统进行连接，工业生产环境的改变，相应对软件的需求也有所改变，各种仿真分析软件也由此诞生。

机器人行业用CAE仿真分析软件主要有几个领域，一个是机械设计环节对机械结构的动力学分析；二是生产线的规划仿真分析，HedraSMF属于这个领域；三是动态复杂系统的分析，如地形场景这些，应用在服务机器人，交通等领域，我们的下一代产品也有这块的应用。

在自动化生产线规划过程中，通常用3D CAD软件进行三维设计，然后把模型转到生产线仿真软件中，对生产线上的机器人和机床，传送带，人员等进行位置，节拍，机器人可达性，碰撞，信号控制等等在虚拟环境进行合理性分析，产生节拍数据分析产能和科学的规划方案供工厂规划设计人员进行参考。在生产线仿真分析软件中，通常也会用到CAM离线编程产生的轨迹。

从用户角度，目前使用HedraCAM等离线编程软件的大多是工业机器人一线操作技工，来源于中职高职等培养一线技术人才的学校，企业的要求就是尽量提高编程速度和增加机器人的有效工时来提高整体加工效率，对软件的要求就是尽量傻瓜化，以易用为原则，轨迹规划和仿真分析技术的要求是算法准确，机器人运动轨迹的效率要高。未来离线编程CAM将逐步转变成智能感知的任务自动编程，即机器人通过三维视觉技术采集现场数据，对3D CAD模型产生的轨迹进行自动调整和优化。

使用HedraSMF这类生产线规划仿真软件大多是CAD机械设计类工程师，在大学里的工业工程，自动化专业背景，就业方向为机器人本体企业和集成商的方案设计规划，大型制造企业的设计部门，对软件的要求通常是提供大量组件数据库以便能快速搭建出生产线，对各种机器人的运动控制算法要比较精确，能有各种传感器与PLC的模拟器，可以进行场景渲染，输出准确的节拍数据和仿真场景动画。未来生产线仿真这块技术会往数字孪生和实时动态方向发展，数字孪生即实际的世界有什么物理特征，虚拟世界就有同样特征，虚拟和实际实时通讯，实际的任何变化也会在虚拟世界动态改变，虚拟仿真是人工智能全面介入人类生产和生活必备的基础技术。

总之，离线编程CAM软件与生产线仿真CAE软件技术层面是你中有我，我中有你，应用层面和侧重点则有很大不同。

最后谈一下三维动画和虚拟仿真分析软件的区别，国内有很多为机器人与自动化企业做三维动画方案的公司，三维动画通常是用Unity3D之类的游戏引擎进行二次开发。两者最大的区别是游戏动画没有相关算法，没有运动控制，运动规划，系统调度，离散事件，几何图形，物理建模等关键技术支持，即无法进行离线编程，也无法得到精准的节拍分析和产能数据，而在渲染，GPU加速，可视化等方面的三维动画和虚拟仿真分析软件技术上是共通的。