以下文章來源于智造苑 ，作者小智

導讀

工業(yè)軟件主要包含哪些類？本文進行了第一篇闡述，供大家參考。

文章來源

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

01

ERP

企業(yè)資源計劃（enterprise resource planning，ERP）是制造企業(yè)的核心管理軟件。ERP系統(tǒng)的基本思想是以銷定產(chǎn)，協(xié)同管控企業(yè)的產(chǎn)、供、銷、人、財、物等資源，幫助企業(yè)按照銷售訂單，基于產(chǎn)品的制造BOM、庫存、設備產(chǎn)能和采購提前期、生產(chǎn)提前期等因素，來準確地安排生產(chǎn)和采購計劃，進行及時采購、及時生產(chǎn)，從而降低庫存和資金占用，幫助企業(yè)實現(xiàn)高效運作，確保企業(yè)能夠按時交貨，實現(xiàn)業(yè)務運作的閉環(huán)管理。

ERP的發(fā)展經(jīng)歷了MRP（物料需求計劃）、閉環(huán)MRP（考慮企業(yè)的實際產(chǎn)能）、MRPII（制造資源計劃，結合了財務與成本，能夠分析企業(yè)的盈利）等發(fā)展過程。

ERP的概念是由Gartner公司在上世紀九十年代提出，能夠適應離散和流程行業(yè)的應用，大型ERP軟件能夠支持多工廠、多組織、多幣種，滿足集團企業(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)的集成關系見圖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）是一個車間級的管理系統(tǒng)，負責承接ERP系統(tǒng)下達的生產(chǎn)計劃，根據(jù)車間需要制造的產(chǎn)品或零部件的各類制造工藝，以及生產(chǎn)設備的實際狀況進行科學排產(chǎn)，并支持生產(chǎn)追溯、質(zhì)量信息管理、生產(chǎn)報工、設備數(shù)據(jù)采集等閉環(huán)功能。在應用方面，MES是帶有很強的行業(yè)特征的系統(tǒng)，不同行業(yè)企業(yè)的MES應用會有很大的差異。表1列舉了其中幾個重點行業(yè)的MES需求差異。

表 1 MES行業(yè)個性化需求差異表

近年來，制造運營管理（manufacturing operation management，MOM）逐漸被業(yè)界所關注。2000年，美國儀器、系統(tǒng)和自動化協(xié)會ISA首次提出MOM概念，并定義MOM覆蓋范圍是制造運行管理內(nèi)的全部活動，包含生產(chǎn)運行、維護運行、質(zhì)量運行、庫存運行四大部分，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系，MOM是對MES的進一步擴展，是制造管理理念升級的產(chǎn)物，相對而言更符合集成標準化、平臺化的發(fā)展趨勢。

圖2 ISA-95提出的企業(yè)信息化5層結構（來源：ISA）

03

PLM

全球權威PLM研究機構CIMdata認為，產(chǎn)品全生命周期管理（product lifecycle management，PLM）是應用一系列業(yè)務解決方案，支持在企業(yè)內(nèi)和企業(yè)間協(xié)同創(chuàng)建、管理、傳播和應用貫穿整個產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品定義信息，并集成人、流程、業(yè)務系統(tǒng)和產(chǎn)品信息的一種戰(zhàn)略業(yè)務方法。隨著PLM技術的發(fā)展，CIMdata在此基礎上進一步延伸了對PLM的內(nèi)涵定義：PLM不僅僅是技術，還是業(yè)務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、設計、生產(chǎn)、運營、支持、報廢、再循環(huán)相關的流程；PLM支持企業(yè)間協(xié)作，跨越產(chǎn)品和工廠的全生命周期，從概念設計到生命周期終結。

PLM軟件的核心功能包括圖文檔管理、研發(fā)流程管理、產(chǎn)品結構、結構管理、BOM管理、研發(fā)項目管理等（圖3）。為滿足特定的數(shù)據(jù)管理需求，PLM有針對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、設計協(xié)同、設計成本管理、內(nèi)容和知識管理、技術規(guī)范管理、需求管理、工藝管理、仿真管理和設計質(zhì)量管理。針對嵌入式軟件開發(fā)，衍生出ALM（應用生命周期管理）系統(tǒng)；針對維修服務過程，衍生出MRO（大修維護管理）和SLM （服務生命周期管理）系統(tǒng)。通過PLM與ERP、MES以及其他運營管理系統(tǒng)的集成，實現(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

計算機輔助設計（computer aided design，CAD）軟件是指利用計算機及其圖形設備幫助工程師設計和制造實體產(chǎn)品的軟件程序。CIMdata將CAD軟件主要分為多學科機械CAD（多學科CAD）和以設計為核心的機械CAD（設計CAD）。

多學科CAD主要指全功能的機械CAD系統(tǒng)，支持繪圖、 三維幾何造型、實體造型、曲面造型（包括汽車行業(yè)應用的A級曲面）和特征造型，基于約束和特征的設計（或具備類似功能，如相關設計），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)品開發(fā)功能；設計CAD與多學科機械CAD相比，提供較少的專業(yè)軟件包，例如，不提供線束設計、深奧的分析功能，CAM等，這些專業(yè)模塊由第三方的開發(fā)商提供，通過一個比較簡單的CAD數(shù)據(jù)管理軟件集成起來，以設計為核心的機械CAD系統(tǒng)通常只提供基本的實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)。除應用在機械領域之外，還有用于電氣設計領域的電氣CAD軟件，可以幫助電氣工程師提高電氣設計的效率，減少重復勞動和差錯率；還有鈑金CAD，模具CAD等專業(yè)軟件。

近年來發(fā)展起來的基于直接建模的CAD軟件，以及結合實體造型和直接建模技術的同步建模的CAD系統(tǒng)，進一步提升了CAD系統(tǒng)進行三維造型和編輯的靈活性。同時，以工程繪圖功能為主的二維CAD軟件也還將長期存在。但是，實現(xiàn)全三維CAD設計和MBD（基于模型的產(chǎn)品定義）已成為業(yè)界的共識。

05

EDA

電子設計自動化（electronIC design automation，EDA）是指利用計算機輔助工具完成大規(guī)模集成電路芯片的功能設計、綜合、驗證、物理設計等流程的設計。CIMdata將EDA定義為設計、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涉及電子設計的各個方面，這使得EDA軟件也非常多，可以歸納為電子電路設計及仿真工具、PCB設計軟件、PLD設計軟件、IC設計軟件等類別。EDA的核心功能包括數(shù)字系統(tǒng)的設計流程、印權刷電路板圖設計、可編程邏輯器件及設計方法、硬件描述語言VHDL、EDA開發(fā)工具等。當前，EDA已成為集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的命脈，從芯片設計、晶圓制造、封裝測試，到電子產(chǎn)品的設計，都離不開EDA工具。

06

CAPP

計算機輔助工藝規(guī)劃（computer aided process planning，CAPP）軟件，包括工藝方案設計、工藝路線制訂、工藝規(guī)程設計、工藝定額編制等制造工藝設計的相關工作。CAPP是連接產(chǎn)品設計與制造的紐帶，將產(chǎn)品設計信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹圃旃に囆畔ⅰAPP技術可分為卡片式工藝編制和結構化工藝設計?？ㄆ焦に嚲幹撇捎谩八娂此谩钡男问教顚懝に嚳ㄆ€可通過OLE等方式引入CAD工具完成工藝簡圖的繪制，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)品結構信息。

結構化工藝規(guī)劃軟件基于三維CAD環(huán)境，關注工藝設計數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與管理，可以實現(xiàn)對加工和裝配工藝的可視化，物料、工藝資源、工藝知識均數(shù)據(jù)化、模型化，可以通過PLM/PDM系統(tǒng)承接設計BOM、設計模型，用于制造BOM的構建、SOP的內(nèi)容編制，在編制過程中可對物料、工藝資源庫、工藝知識庫信息檢索填寫，提高編制效率和準確性，支持協(xié)同工藝設計以及工藝信息的版本管理。結構化工藝規(guī)劃軟件通過與MES系統(tǒng)的集成，可以將SOP下發(fā)到機臺，直接用于生產(chǎn)制造，同時，也可以通過MES反饋工藝規(guī)劃的執(zhí)行情況，從而進行工藝優(yōu)化。

07

CAE

計算機輔助工程 (computer aided engineering，CAE）泛指仿真技術，包括對產(chǎn)品的物理性能和制造工藝進行仿真分析和優(yōu)化設計的工藝軟件。其中，工程仿真是指用計算機輔助求解復雜工程和產(chǎn)品結構強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優(yōu)化設計等問題的一種近似數(shù)值分析方法；工藝仿真包括沖壓、焊接、鑄造、注塑、折彎等工藝過程的仿真；性能仿真包括對產(chǎn)品在特定工況下的震動、噪聲進行仿真、跌落仿真、碰撞仿真等；優(yōu)化軟件則包括數(shù)值優(yōu)化、拓撲結構優(yōu)化等軟件；還包括進行各類虛擬試驗的軟件。近年來，多物理場仿真、多學科仿真與優(yōu)化技術發(fā)展迅速，仿真數(shù)據(jù)管理、仿真流程管理，仿真標準和仿真規(guī)范建設受到企業(yè)廣泛關注。

CIMdata將CAE仿真分析定義為包括諸如結構分析、多體仿真、計算流體力學和其他可以幫助工程師仿真真實世界中的載荷、應力以及功能的一系列技術，以便通過數(shù)字化建模實現(xiàn)仿真分析，探索新的設計和技術，評估各種可能性，對產(chǎn)品的性能進行深入評估。在拓撲優(yōu)化技術的基礎上，融合增材制造等工藝，創(chuàng)成式設計技術成為國際PLM和仿真軟件巨頭競相研發(fā)和創(chuàng)新的新興技術。

隨著仿真技術已進入相對成熟的發(fā)展期，國際先進企業(yè)紛紛將仿真技術作為競爭的制勝法寶，仿真技術帶來的效益越來越高，在產(chǎn)品創(chuàng)新和技術突破方面的作用也越來越大。目前，仿真技術已經(jīng)被廣泛應用于各行各業(yè)，在新型飛機、汽車、裝備，乃至新藥與疫苗的研發(fā)與制造過程中，發(fā)揮著重要作用：通過系統(tǒng)仿真優(yōu)化產(chǎn)品整體設計方案，通過多物理場仿真提升產(chǎn)品性能，通過工藝仿真提高產(chǎn)品品質(zhì)和可制造性，通過虛擬試驗減少實物試驗，通過數(shù)字孿生實現(xiàn)虛實融合，優(yōu)化產(chǎn)品運營，改進下一代產(chǎn)品的性能。圖4是CAE在各行業(yè)的應用。

圖4 CAE在各行業(yè)的應用