很多客戶到我公司交流，經常會問我怎麼會研發兩個軟件，一個是三維離線編程，另外一個是生產系統仿真，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。按照CIMDATA的定義，兩個軟件都屬於CAX（計算機輔助產品創新的工具類軟件總稱）的範疇。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，離線編程屬於CAM（Computer Aided Manufacturing，即計算機輔助製造），而生產系統仿真屬於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）屬於中端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，而對於複雜的三維軌跡，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，然後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，再次驗證完成後通過指定品牌的機器人後置處理器，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。這就是爲什麼市場上的CAM軟件多如牛毛，沒有哪一個軟件能通喫的原因。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，然後慢慢積累經驗，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，我查詢了一下有十幾家，但爲什麼在企業應用市場還是國外軟件佔主流，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，需要適用各種複雜環境。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，我公司從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並出口韓國、日本和臺灣等地。HedraCAM Pentacut 5軸激光切割離線編程軟件在此基礎上，2014年我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、激光融覆和增材製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。HedraCAM三維機器人離線編程軟件除了HedraCAM外，其它幾個主流的機器人三維離線編程軟件還有：加拿大的Robotmaster，早期是基於老牌的主要用於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平臺的侷限性非常明顯，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。 俄羅斯的SprutCAM，這款軟件前兩年才引進中國，代理商推廣的勢頭比較猛，採用低價策略，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後，沒有太多的機器人測試環境場景有關。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。RobotArt，這款軟件是基於北航CAXA平臺開發的，早期模仿以色列的robotworks（基於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。 國外還有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（基於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。
用戶端的要求就是儘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，同時儘量傻瓜化，以易用爲原則。未來離線編程CAM將逐步轉變成基於智能感知的任務自動編程，即機器人通過三維視覺技術採集現場數據，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，對單元裏面的機器人加工軌跡進行分析。
我們的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，隨着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，然後把模型轉到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牀、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並形成規劃方案供工廠規劃設計人員參考。
HedraSMF生產系統仿真軟件機器人用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，基本屬於離散製造，HedraSMF屬於這個子領域；三是動態複雜系統的分析，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，其它幾個主流的機器人生產系統仿真軟件還有：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，在大學裏面有工業工程、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、大型製造企業的設計部門。
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麼物理特徵，虛擬世界就有同樣特徵，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。 最後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爲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於三維離線編程軟件，而屬於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於支持銷售。最終客戶如果需要針對複雜的三維零件做離線編程或者車間的生產仿真規劃分析，建議還是購買專業軟件爲宜。