以下文章來(lái)源于智造苑 ，作者小智

導(dǎo)讀

工業(yè)軟件主要包含哪些類(lèi)？本文進(jìn)行了第一篇闡述，供大家參考。

文章來(lái)源

本文引自智能制造叢書(shū)最新力作：《智能制造實(shí)踐》（作者：黃培，許之穎，張荷芳）。

01

ERP

企業(yè)資源計(jì)劃（enterprise resource planning，ERP）是制造企業(yè)的核心管理軟件。ERP系統(tǒng)的基本思想是以銷(xiāo)定產(chǎn)，協(xié)同管控企業(yè)的產(chǎn)、供、銷(xiāo)、人、財(cái)、物等資源，幫助企業(yè)按照銷(xiāo)售訂單，基于產(chǎn)品的制造BOM、庫(kù)存、設(shè)備產(chǎn)能和采購(gòu)提前期、生產(chǎn)提前期等因素，來(lái)準(zhǔn)確地安排生產(chǎn)和采購(gòu)計(jì)劃，進(jìn)行及時(shí)采購(gòu)、及時(shí)生產(chǎn)，從而降低庫(kù)存和資金占用，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)作，確保企業(yè)能夠按時(shí)交貨，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)作的閉環(huán)管理。

ERP的發(fā)展經(jīng)歷了MRP（物料需求計(jì)劃）、閉環(huán)MRP（考慮企業(yè)的實(shí)際產(chǎn)能）、MRPII（制造資源計(jì)劃，結(jié)合了財(cái)務(wù)與成本，能夠分析企業(yè)的盈利）等發(fā)展過(guò)程。

ERP的概念是由Gartner公司在上世紀(jì)九十年代提出，能夠適應(yīng)離散和流程行業(yè)的應(yīng)用，大型ERP軟件能夠支持多工廠、多組織、多幣種，滿足集團(tuán)企業(yè)管控，以及上市公司的合規(guī)性管理等需求。

ERP與其他系統(tǒng)的集成關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 ERP與其他系統(tǒng)集成

02

MES

制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system，MES）是一個(gè)車(chē)間級(jí)的管理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)承接ERP系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)車(chē)間需要制造的產(chǎn)品或零部件的各類(lèi)制造工藝，以及生產(chǎn)設(shè)備的實(shí)際狀況進(jìn)行科學(xué)排產(chǎn)，并支持生產(chǎn)追溯、質(zhì)量信息管理、生產(chǎn)報(bào)工、設(shè)備數(shù)據(jù)采集等閉環(huán)功能。在應(yīng)用方面，MES是帶有很強(qiáng)的行業(yè)特征的系統(tǒng)，不同行業(yè)企業(yè)的MES應(yīng)用會(huì)有很大的差異。表1列舉了其中幾個(gè)重點(diǎn)行業(yè)的MES需求差異。

表 1 MES行業(yè)個(gè)性化需求差異表

近年來(lái)，制造運(yùn)營(yíng)管理（manufacturing operation management，MOM）逐漸被業(yè)界所關(guān)注。2000年，美國(guó)儀器、系統(tǒng)和自動(dòng)化協(xié)會(huì)ISA首次提出MOM概念，并定義MOM覆蓋范圍是制造運(yùn)行管理內(nèi)的全部活動(dòng)，包含生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)運(yùn)行、質(zhì)量運(yùn)行、庫(kù)存運(yùn)行四大部分，極大地拓展了MES的傳統(tǒng)定義，如圖2所示。MOM與MES之間并非是非此即彼的替代關(guān)系，MOM是對(duì)MES的進(jìn)一步擴(kuò)展，是制造管理理念升級(jí)的產(chǎn)物，相對(duì)而言更符合集成標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)化的發(fā)展趨勢(shì)。

圖2 ISA-95提出的企業(yè)信息化5層結(jié)構(gòu)（來(lái)源：ISA）

03

PLM

全球權(quán)威PLM研究機(jī)構(gòu)CIMdata認(rèn)為，產(chǎn)品全生命周期管理（product lifecycle management，PLM）是應(yīng)用一系列業(yè)務(wù)解決方案，支持在企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間協(xié)同創(chuàng)建、管理、傳播和應(yīng)用貫穿整個(gè)產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品定義信息，并集成人、流程、業(yè)務(wù)系統(tǒng)和產(chǎn)品信息的一種戰(zhàn)略業(yè)務(wù)方法。隨著PLM技術(shù)的發(fā)展，CIMdata在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步延伸了對(duì)PLM的內(nèi)涵定義：PLM不僅僅是技術(shù)，還是業(yè)務(wù)解決方案的一體化集合；協(xié)同地創(chuàng)建、使用、管理和分享與產(chǎn)品相關(guān)的智力資產(chǎn)；包括所有產(chǎn)品/工廠的定義信息，如MCAD、AEC、EDA、ALM分析、公式、規(guī)格參數(shù)、產(chǎn)品組、文檔等，還包括所有產(chǎn)品/工廠的流程定義，例如與規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、支持、報(bào)廢、再循環(huán)相關(guān)的流程；PLM支持企業(yè)間協(xié)作，跨越產(chǎn)品和工廠的全生命周期，從概念設(shè)計(jì)到生命周期終結(jié)。

PLM軟件的核心功能包括圖文檔管理、研發(fā)流程管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)管理、BOM管理、研發(fā)項(xiàng)目管理等（圖3）。為滿足特定的數(shù)據(jù)管理需求，PLM有針對(duì)性地提供一系列集中功能，例如：工程變更管理、配置管理、元件管理、產(chǎn)品配置器、設(shè)計(jì)協(xié)同、設(shè)計(jì)成本管理、內(nèi)容和知識(shí)管理、技術(shù)規(guī)范管理、需求管理、工藝管理、仿真管理和設(shè)計(jì)質(zhì)量管理。針對(duì)嵌入式軟件開(kāi)發(fā)，衍生出ALM（應(yīng)用生命周期管理）系統(tǒng)；針對(duì)維修服務(wù)過(guò)程，衍生出MRO（大修維護(hù)管理）和SLM （服務(wù)生命周期管理）系統(tǒng)。通過(guò)PLM與ERP、MES以及其他運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)在生命周期不同階段的共享和利用。

圖3 PLM全生命周期管理

04

CAD

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer aided design，CAD）軟件是指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助工程師設(shè)計(jì)和制造實(shí)體產(chǎn)品的軟件程序。CIMdata將CAD軟件主要分為多學(xué)科機(jī)械CAD（多學(xué)科CAD）和以設(shè)計(jì)為核心的機(jī)械CAD（設(shè)計(jì)CAD）。

多學(xué)科CAD主要指全功能的機(jī)械CAD系統(tǒng)，支持繪圖、 三維幾何造型、實(shí)體造型、曲面造型（包括汽車(chē)行業(yè)應(yīng)用的A級(jí)曲面）和特征造型，基于約束和特征的設(shè)計(jì)（或具備類(lèi)似功能，如相關(guān)設(shè)計(jì)），集成的工程分析、集成的CAM系統(tǒng)包括數(shù)控編程，以及其他產(chǎn)品開(kāi)發(fā)功能；設(shè)計(jì)CAD與多學(xué)科機(jī)械CAD相比，提供較少的專(zhuān)業(yè)軟件包，例如，不提供線束設(shè)計(jì)、深?yuàn)W的分析功能，CAM等，這些專(zhuān)業(yè)模塊由第三方的開(kāi)發(fā)商提供，通過(guò)一個(gè)比較簡(jiǎn)單的CAD數(shù)據(jù)管理軟件集成起來(lái)，以設(shè)計(jì)為核心的機(jī)械CAD系統(tǒng)通常只提供基本的實(shí)體建模和二維繪圖功能，不提供數(shù)據(jù)管理功能，屬于基于文件的系統(tǒng)。除應(yīng)用在機(jī)械領(lǐng)域之外，還有用于電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域的電氣CAD軟件，可以幫助電氣工程師提高電氣設(shè)計(jì)的效率，減少重復(fù)勞動(dòng)和差錯(cuò)率；還有鈑金CAD，模具CAD等專(zhuān)業(yè)軟件。

近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基于直接建模的CAD軟件，以及結(jié)合實(shí)體造型和直接建模技術(shù)的同步建模的CAD系統(tǒng)，進(jìn)一步提升了CAD系統(tǒng)進(jìn)行三維造型和編輯的靈活性。同時(shí)，以工程繪圖功能為主的二維CAD軟件也還將長(zhǎng)期存在。但是，實(shí)現(xiàn)全三維CAD設(shè)計(jì)和MBD（基于模型的產(chǎn)品定義）已成為業(yè)界的共識(shí)。

05

EDA

電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（electronIC design automation，EDA）是指利用計(jì)算機(jī)輔助工具完成大規(guī)模集成電路芯片的功能設(shè)計(jì)、綜合、驗(yàn)證、物理設(shè)計(jì)等流程的設(shè)計(jì)。CIMdata將EDA定義為設(shè)計(jì)、分析、仿真和制造電子系統(tǒng)的工具，包括從印刷電路板到集成電路。

由于EDA涉及電子設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，這使得EDA軟件也非常多，可以歸納為電子電路設(shè)計(jì)及仿真工具、PCB設(shè)計(jì)軟件、PLD設(shè)計(jì)軟件、IC設(shè)計(jì)軟件等類(lèi)別。EDA的核心功能包括數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程、印權(quán)刷電路板圖設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件及設(shè)計(jì)方法、硬件描述語(yǔ)言VHDL、EDA開(kāi)發(fā)工具等。當(dāng)前，EDA已成為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的命脈，從芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測(cè)試，到電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，都離不開(kāi)EDA工具。

06

CAPP

計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（computer aided process planning，CAPP）軟件，包括工藝方案設(shè)計(jì)、工藝路線制訂、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、工藝定額編制等制造工藝設(shè)計(jì)的相關(guān)工作。CAPP是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的紐帶，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃旃に囆畔?。CAPP技術(shù)可分為卡片式工藝編制和結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)。卡片式工藝編制采用“所見(jiàn)即所得”的形式填寫(xiě)工藝卡片，還可通過(guò)OLE等方式引入CAD工具完成工藝簡(jiǎn)圖的繪制，可明顯提高工藝編制的效率。但是，卡片式工藝編制因與產(chǎn)品數(shù)字模型脫節(jié)，缺乏產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息。

結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)劃軟件基于三維CAD環(huán)境，關(guān)注工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與管理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工和裝配工藝的可視化，物料、工藝資源、工藝知識(shí)均數(shù)據(jù)化、模型化，可以通過(guò)PLM/PDM系統(tǒng)承接設(shè)計(jì)BOM、設(shè)計(jì)模型，用于制造BOM的構(gòu)建、SOP的內(nèi)容編制，在編制過(guò)程中可對(duì)物料、工藝資源庫(kù)、工藝知識(shí)庫(kù)信息檢索填寫(xiě)，提高編制效率和準(zhǔn)確性，支持協(xié)同工藝設(shè)計(jì)以及工藝信息的版本管理。結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)劃軟件通過(guò)與MES系統(tǒng)的集成，可以將SOP下發(fā)到機(jī)臺(tái)，直接用于生產(chǎn)制造，同時(shí)，也可以通過(guò)MES反饋工藝規(guī)劃的執(zhí)行情況，從而進(jìn)行工藝優(yōu)化。

07

CAE

計(jì)算機(jī)輔助工程 (computer aided engineering，CAE）泛指仿真技術(shù)，包括對(duì)產(chǎn)品的物理性能和制造工藝進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)的工藝軟件。其中，工程仿真是指用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題的一種近似數(shù)值分析方法；工藝仿真包括沖壓、焊接、鑄造、注塑、折彎等工藝過(guò)程的仿真；性能仿真包括對(duì)產(chǎn)品在特定工況下的震動(dòng)、噪聲進(jìn)行仿真、跌落仿真、碰撞仿真等；優(yōu)化軟件則包括數(shù)值優(yōu)化、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化等軟件；還包括進(jìn)行各類(lèi)虛擬試驗(yàn)的軟件。近年來(lái)，多物理場(chǎng)仿真、多學(xué)科仿真與優(yōu)化技術(shù)發(fā)展迅速，仿真數(shù)據(jù)管理、仿真流程管理，仿真標(biāo)準(zhǔn)和仿真規(guī)范建設(shè)受到企業(yè)廣泛關(guān)注。

CIMdata將CAE仿真分析定義為包括諸如結(jié)構(gòu)分析、多體仿真、計(jì)算流體力學(xué)和其他可以幫助工程師仿真真實(shí)世界中的載荷、應(yīng)力以及功能的一系列技術(shù)，以便通過(guò)數(shù)字化建模實(shí)現(xiàn)仿真分析，探索新的設(shè)計(jì)和技術(shù)，評(píng)估各種可能性，對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行深入評(píng)估。在拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，融合增材制造等工藝，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)技術(shù)成為國(guó)際PLM和仿真軟件巨頭競(jìng)相研發(fā)和創(chuàng)新的新興技術(shù)。

隨著仿真技術(shù)已進(jìn)入相對(duì)成熟的發(fā)展期，國(guó)際先進(jìn)企業(yè)紛紛將仿真技術(shù)作為競(jìng)爭(zhēng)的制勝法寶，仿真技術(shù)帶來(lái)的效益越來(lái)越高，在產(chǎn)品創(chuàng)新和技術(shù)突破方面的作用也越來(lái)越大。目前，仿真技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，在新型飛機(jī)、汽車(chē)、裝備，乃至新藥與疫苗的研發(fā)與制造過(guò)程中，發(fā)揮著重要作用：通過(guò)系統(tǒng)仿真優(yōu)化產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)方案，通過(guò)多物理場(chǎng)仿真提升產(chǎn)品性能，通過(guò)工藝仿真提高產(chǎn)品品質(zhì)和可制造性，通過(guò)虛擬試驗(yàn)減少實(shí)物試驗(yàn)，通過(guò)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合，優(yōu)化產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)，改進(jìn)下一代產(chǎn)品的性能。圖4是CAE在各行業(yè)的應(yīng)用。

圖4 CAE在各行業(yè)的應(yīng)用