《智慧工厂》Smart factory
March 2019
机器人行业的离线编程软件
和生产系统仿真软件的区别
文/南京中科川思特软件科技有限公司金自力扫码发现更多精彩
很多客户到我公司交流，经常会问我怎么会研发两个 软件，一个是三维离线编程，另外一个是生产系统仿真，离线编程和生产系统仿真技术上到底有何区别？这_点恐怕很多资深从业者也未必能搞清楚。
按照C IM D A T A的定义，两个软件都属于C A X (计 算机辅助产品创新的工具类软件总称）的范畴。C A X包含 C A D/C A M/C A E等，C A D(C om puter A id e d D e sig n，即计 算机辅助设计）是C A X的基础和平台，离线编程属于C A M (Com puter A ided M anufacturing，即计算机辅助制造)，而生 产系统仿真属于C AE(Com puter A ided Engineering，即计算 机辅助工程h
C A D软件通常用来做三维造型和机械设计，如机器人 本体模型和生产系统上的三维模型都是工程师用C A D软件 造型的。美国的S olidw orks软件（被法国达索收购）属于中 端C A D软件，在机械参数化设计上很
有特，易学易用，所以在机器人行业目前是一枝独秀，基本垄断了中国的机 器人本体和集成商三维设计市场。
机器人做加工需要进行轨迹规划。一般来讲，比较简 单的轨迹规划利用机器人本体自带的示教器即可完成，而 对于复杂的三维轨迹，靠手工是无法完成的，这时就需要 C A M离线编程软件的介入。C A M软件要调用零件的三维 C A D模型进行轨迹规划，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、关节柔顺等合理性问题; 有问题的通过软件工具进行调整，再次验证完成后通过指 定品牌的机器人后置处理器，把轨迹点和工艺点同时输出 给指定的机器人进行加工。针对不同的加工方式，如铣削、打磨、抛光、切割、平板焊接、相贯线焊接、3D打印等，其工艺和轨迹产生方式完全不同，因此C A M软件按行业分 得很细。这就是为什么市场上的C A M软件多如牛毛，没有 哪一款软件能通吃的原因。在国外，很多C A M软件公司就 几个人到十几个人，准一个细分领域和一个好的C A D/ C A M平台，做一款针对细分行业的C A M软件，然后慢慢积 累经验，从而形成技术壁垒。
机器人离线编程这块用到的技术主要是图形学、机器 人运动学、路径规划和运动控制等，总体技术难度其实不 大。国内做类似产品的企业，我查询了一下有十几家，但为什么无论是在企业应用市场还是国外软件占主流，国产 软件始终无法突破呢？主要的问题是工业应用对软件要求 稳定性高且易学易用，需要适用各种复杂环境。如同CNC 控制系统市场一样，技术门檻已经不高，国产也很多，但 市场仍旧还是FAN U C、西门子的天下。
针对这种情况，我公司从2009年做C A M的自主研发时 就避开主流工业机器人应用市场，针对更细分的5轴激光切 割市场来开发相应的离线编程软件Peps Pentacut。10年慢慢 积累下来，该软件目前基本垄断了国内5轴激光切割加工市 场并出口韩国、曰本和台湾等地。
在此基础上，2014年我公司开始研发针对工业机器人 应用的H edraC A M离线编程软件，还是围绕切割、板材焊 接、相贯线焊接、激光融覆和增材制造等激光和钣金领域。目前该软件已经在企业开始推广，而且客户反馈良好。
HedraCAM三维机器人离线编程软件
除了 H edraC A M外，其它几个主流的机器人三维离线 编程软件还有：
1.加拿大的R o b o tm a ste r，早期是基于老牌的主要用 于三维铣削的离线编程软件M a s te rc a m二次开发，所以 Robotm aster在机器人铣削上一直很强大。Mastercam
平台的
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局限性非常明显，所以前两年该公司放弃了该平台改用达
索的C a tia C A D平台，想在其它加工领域也有所突破，但付
出的代价巨大。新的版本价格提升，稳定性下降，客户评
价不高，目前在国外推广阻力很大。
2. 俄罗斯的S p ru tC A M，这款软件前两年才引进中国，代理商推广的势头比较猛，采用低价策略，现在已经部署
了一些客户。从整体评测来看，该软件在算法上有些特,
但在整体架构设计、稳定性、工艺应用和技术先进性上差
强人意。究其原因，与俄罗斯现在的工业比较落后，没有
太多的机器人测试环境场景有关。
3. R o b o tD K，是来自加拿大的非商业软件，算法和工艺 都没有经历大量验证，企业应用比较少，主要是做教育市场。
4. R o b o tA rt，这款软件是基于北航C A X A平台开发的，早期模仿以列的robotworks (基于Solidworks平台开发，公
司已经倒闭）。跟R obotD K—样，这款软件一直在教育市场
推广，始终无法突破企业市场。
5. 国外还有D E L C A M (在铣削基础上增加了机器人模 块，已经被A U TO D E S K收购)，和德国的FASTC U R VE (基
于D elm ia二次开发）等软件，因价格比较昂贵，在国内没有
大规模推广。
从用户角度看，目前使用三维离线编程软件的大多是
工业机器人一线操作技工，来自中职、高职等培养一线技
术人才的学校。用户端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效率，对软件的要求就是
算法准确、运动轨迹的效率高，同时尽量傻瓜化，以易用
为原则。未来离线编程C A M将逐步转变成基于智能感知的
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 C AD模型产生的轨迹进行自动调整和优化。
在离线编程过程中，需要仿真模块来验证其合理性，
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加工轨迹进行分析。我们的机
器人生产系统仿真HedraSM F就是从H edraC A M离线编程研
发过程中的仿真模块发展而来。
早期工业机器人多数都是独立单元应用，所以仿真主
要是对离线编程的轨迹进行合理性分析，随着P LC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，相应对软件的需求也有所改变。在自动
化生产系统规划过程中，通常用3D C A D软件进行三维设
计，然后把模型转到C A E规划分析软件中，在虚拟环境中
对生产系统上的机器人和机床、传送带、人员等进行位置、
节拍、机器人可达性、碰撞和信号控制等方面的合理性分
析，进一步利用产生的节拍数据分析产能并形成规划方案
供工厂规划设计人员参考。
HedraSMF生产系统仿真软件
机器人用C A E仿真软件主要有几个应用领域，一个是
机械设计环节对机械结构的动力学分析；二是生产系统的规 划仿真分析，基本属于离散制造，HedraSM F属于这个子领
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、智能交通等方面。
除了HedraSMF外，其它几个主流的机器人生产系统仿
真软件还有:
软件厂商特点应用领域
Delmia/Quest 法国
达索
交互式面向对象建模环
在线编程和离线编程的特点境，提供了昝能化的物
流处理系统模板，直接
模仿实际系统的行为，
预置了实际系统的控制
逻辑，内置S C L仿真控
制语言，可通过Q u est
E x p r e s s与M E S、ER P
等生产管理系统连接，
3D动画显示，并以直方
图、饼状图等方式显示
统计结果
制造、物流
Plant Simulation 德国
Siemens
交互式建模仿真界面，
模型层次化的结构，具
有面向对象的继承性，
丰富的分布函数，多种
形式的接口
项目规划、物流仿真，
优化生产系统和工艺过
程
Flexsim 美国
FlexSim
基于面向对象技术建
模，快捷简便，仿真速
度快，突出的3D图形显
示，扩展性好，开放的接
PU
制造、物流
ShowFlow 英国
Simaron
Pardaz
提供建模、仿真、动画
和统计分析工具。确定
瓶颈位置，估测提前期
和报告资源利用率。还
可以被用来支持投资决
定，校验制造系统设计
的合理性，通过对不同
的制造策略进行仿真实
验来出最优解。
制造、物流
Stream 曰本
三井造船
不仅可以当作物流生产
线的仿真器使用，而且
在单一机械设备的仿真
方面也可以用来变通使
用，机器人仿真器很
齐备；其开发基础是S il-
Tools，在扩展性和技术
支持方面令人担忧。
生产线、物流、机器人
Visual Components 芬兰
Visual
Components
软件集三大功能于一个
平台：离散物流仿真模
拟，机器人离线编程，
P L C虚拟调试。可实时
采集仿真数据生成数据
图表。
离散事件模拟仿真、虚
拟调试、人机协作仿真
《智慧工厂》Smart factory
March 2019
使用生产系统规划仿真软件的大多是C A D机械设计类 工程师背景，在大学里面有工业工程、自动化这
些专业进 行培养，就业方向大多是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系统，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 P LC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。未来生产系统仿真系统会集成数字孪生 和实时数据驱动等技术，数字孪生即实际世界有什么物理 特征，虚拟世界就有同样特征，虚拟和实际系统实时通讯，实际系统的任何变化也会引起虚拟系统动态改变。
总之，在机器人应用中，三维离线编程C A M软件与生产系统仿真C A E软件在技术层面是你中有我、我中有你, 在应用层面和侧重点上则有很大不同。
最后谈一下机器人本体厂商捆绑的软件，如A B B的R obotS tudio、安川的m otosim、K U K A的sim pro、发那科的 robguide。这些软件大多是第三方软件公司为机器人本体厂 商贴牌开发，如sim pro就来自芬兰的V isual Components。严 格来讲这些软件都不属于三维离线编程软件，而属于生产 系统仿真软件的简化版，提供一些简单的离线编程和生产 系统仿真功能，主要供下游的集成商做方案用于支持销售。最终客户如果需要针对复杂的三维零件做离线编程或者车 间的生产仿真规划分析，建议还是购买专业软件为宜。
新闻资讯NEWS INFORMATION 康耐视推出新的面阵扫描系统、激光位移传感器和3D元件定位工具
康耐视公司近日宣布推出两款高性能3D视觉系统：3D-A5000面阵扫描3D系统和DSM ax32T激光位移3D系统，以及 _种全新的3D元件定位方法：P atM ax3D。这三款新产品将 使康耐视能够满足客户关于3D检测应用的广泛3D视觉需求，为工厂和制造商提供卓越的3D检测。
凭借康耐视正在申请专利的3D L ightB urst™技术，3D-A5000能够以无与伦比的速度采集详细的面阵扫描3D图像。此技术可在元件上投射独特的蓝光模式，在不到200毫秒的 时间内采集来自150多万个3D数据点的完整视场3D点云图 像，帮助那些时序要求严格的生产线应用提高生产量和缩短 周期时间。
DSM ax32T采用远心光学元件和独特的高速激光扫描技 术采集全帧高质量图像。该系统将来自2,000个轮廓点的数 据、全分辨率、全帧18kHz采集速率和高级光学元件相结合，相比传统型激光位移传感器，更能够显著地增加处理量。
除了先进的3D工具库，3D-A5000还提供全新的PatM ax 3D T M元件定位工具，该工具能够定位3D点云图像中的物 体。PatM ax30是_种快速且准确的定位技术，适用于定位 和识别倾斜、堆叠或未被夹具正确固定的物体。用户可通过 V isionP ro®软件和康耐视Designer™图形用户界面本地访问 该工具库，这使3D视觉应用变得易于配置和部署。
台达收购照明解决方案品牌Amerlux
台达电子与美国的LE D照明方案大厂Am erlux,LLC (以 下简称A m erlux)于3月8曰共同宣布完成合约签署，台达电 子持股百分之百子公司Delta Electronics(Netherlands)B.V.将 以美金90,000,000元（约合新台币2,769,300仟元）100%收购 A m erlux权益，预计于2019年第二季完成交易。另约定盈利 结算（Earn-out)协议，若Am erlux2019年营业收入及息税折旧摊销前利润达特定条件，台达将依合约支付或有价金》楼宇自动化业务是台达近年来策略发展的重点之一，此次收购目标在强化照明灯具的产品组合，以在I〇T的框架 下为客户提供含括楼宇自动化、能源管理、L E D工商业照 明、安全监控、分散式空调等全方面，更趋于完整的智慧绿
解决方案，向永续智能建筑、城市迈进。

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