作者：黃培，許之穎，張荷芳

導讀：工業軟件主要包含哪些類？本文進行了闡述，供大家參考。

「 1. ERP?」

企業資源計劃（enterprise resource planning，ERP）是制造企業的核心管理軟件。ERP系統的基本思想是以銷定產，協同管控企業的產、供、銷、人、財、物等資源，幫助企業按照銷售訂單，基于產品的制造BOM、庫存、設備產能和采購提前期、生產提前期等因素，來準確地安排生產和采購計劃，進行及時采購、及時生產，從而降低庫存和資金占用，幫助企業實現高效運作，確保企業能夠按時交貨，實現業務運作的閉環管理。ERP的發展經歷了MRP（物料需求計劃）、閉環MRP（考慮企業的實際產能）、MRPII（制造資源計劃，結合了財務與成本，能夠分析企業的盈利）等發展過程，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，滿足集團企業管控，以及上市公司的合規性管理等需求。

ERP與其他系統的集成關系見圖1。

圖1 ERP與其他系統集成

「?2. MES?」

制造執行系統（manufacturing execution system，MES）是一個車間級的管理系統，負責承接ERP系統下達的生產計劃，根據車間需要制造的產品或零部件的各類制造工藝，以及生產設備的實際狀況進行科學排產，并支持生產追溯、質量信息管理、生產報工、設備數據采集等閉環功能。在應用方面，MES是帶有很強的行業特征的系統，不同行業企業的MES應用會有很大的差異。表1列舉了其中幾個重點行業的MES需求差異。

表 1? MES行業個性化需求差異表

近年來，制造運營管理（manufacturing operation management，MOM）逐漸被業界所關注。2000年，美國儀器、系統和自動化協會ISA首次提出MOM概念，并定義MOM覆蓋范圍是制造運行管理內的全部活動，包含生產運行、維護運行、質量運行、庫存運行四大部分，極大地拓展了MES的傳統定義，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物，相對而言更符合集成標準化、平臺化的發展趨勢。

圖2 ISA-95提出的企業信息化5層結構（來源：ISA）

「?3. PLM?」

全球權威PLM研究機構CIMdata認為，產品全生命周期管理（product lifecycle management，PLM）是應用一系列業務解決方案，支持在企業內和企業間協同創建、管理、傳播和應用貫穿整個產品生命周期的產品定義信息，并集成人、流程、業務系統和產品信息的一種戰略業務方法。隨著PLM技術的發展，CIMdata在此基礎上進一步延伸了對PLM的內涵定義：PLM不僅僅是技術，還是業務解決方案的一體化集合；協同地創建、使用、管理和分享與產品相關的智力資產；包括所有產品/工廠的定義信息，如MCAD、AEC、EDA、ALM分析、公式、規格參數、產品組、文檔等，還包括所有產品/工廠的流程定義，例如與規劃、設計、生產、運營、支持、報廢、再循環相關的流程；PLM支持企業間協作，跨越產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、研發流程管理、產品結構、結構管理、BOM管理、研發項目管理等（圖3）。為滿足特定的數據管理需求，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、產品配置器、設計協同、設計成本管理、內容和知識管理、技術規范管理、需求管理、工藝管理、仿真管理和設計質量管理。針對嵌入式軟件開發，衍生出ALM（應用生命周期管理）系統；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。通過PLM與ERP、MES以及其他運營管理系統的集成，實現統一的產品數據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

「?4. 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，支持繪圖、 三維幾何造型、實體造型、曲面造型（包括汽車行業應用的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系統包括數控編程，以及其他產品開發功能；設計CAD與多學科機械CAD相比，提供較少的專業軟件包，例如，不提供線束設計、深奧的分析功能，CAM等，這些專業模塊由第三方的開發商提供，通過一個比較簡單的CAD數據管理軟件集成起來，以設計為核心的機械CAD系統通常只提供基本的實體建模和二維繪圖功能，不提供數據管理功能，屬于基于文件的系統。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等專業軟件。近年來發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，進一步提升了CAD系統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，實現全三維CAD設計和MBD（基于模型的產品定義）已成為業界的共識。

「?5. 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的核心功能包括數字系統的設計流程、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開發工具等。當前，EDA已成為集成電路產業鏈的命脈，從芯片設計、晶圓制造、封裝測試，到電子產品的設計，都離不開EDA工具。

「?6. CAPP?」

計算機輔助工藝規劃（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是連接產品設計與制造的紐帶，將產品設計信息轉變為制造工藝信息。CAPP技術可分為卡片式工藝編制和結構化工藝設計。卡片式工藝編制采用“所見即所得”的形式填寫工藝卡片，還可通過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品數字模型脫節，缺乏產品結構信息。結構化工藝規劃軟件基于三維CAD環境，關注工藝設計數據的產生與管理，可以實現對加工和裝配工藝的可視化，物料、工藝資源、工藝知識均數據化、模型化，可以通過PLM/PDM系統承接設計BOM、設計模型，用于制造BOM的構建、SOP的內容編制，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，支持協同工藝設計以及工藝信息的版本管理。結構化工藝規劃軟件通過與MES系統的集成，可以將SOP下發到機臺，直接用于生產制造，同時，也可以通過MES反饋工藝規劃的執行情況，從而進行工藝優化。

「?7.?CAE?」

計算機輔助工程 (computer aided engineering，CAE）泛指仿真技術，包括對產品的物理性能和制造工藝進行仿真分析和優化設計的工藝軟件。其中，工程仿真是指用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、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化設計等問題的一種近似數值分析方法；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；優化軟件則包括數值優化、拓撲結構優化等軟件；還包括進行各類虛擬試驗的軟件。近年來，多物理場仿真、多學科仿真與優化技術發展迅速，仿真數據管理、仿真流程管理，仿真標準和仿真規范建設受到企業廣泛關注。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，以便通過數字化建模實現仿真分析，探索新的設計和技術，評估各種可能性，對產品的性能進行深入評估。在拓撲優化技術的基礎上，融合增材制造等工藝，創成式設計技術成為國際PLM和仿真軟件巨頭競相研發和創新的新興技術。

隨著仿真技術已進入相對成熟的發展期，國際先進企業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，在產品創新和技術突破方面的作用也越來越大。目前，仿真技術已經被廣泛應用于各行各業，在新型飛機、汽車、裝備，乃至新藥與疫苗的研發與制造過程中，發揮著重要作用：通過系統仿真優化產品整體設計方案，通過多物理場仿真提升產品性能，通過工藝仿真提高產品品質和可制造性，通過虛擬試驗減少實物試驗，通過數字孿生實現虛實融合，優化產品運營，改進下一代產品的性能。圖4是CAE在各行業的應用。

圖4 CAE在各行業的應用

「 8. 數字化工廠規劃與仿真?」

傳統的工廠規劃流程一般是基于產品進行工藝規劃，然后進行節拍分析及優化，最后進行 物流、輔助區域及廠房總體規劃，這些規劃相互關聯，邏輯復雜，傳統方式往往依賴經驗計算，很難得到最優的結果。隨著虛擬建模和仿真技術的大力發展，工廠規劃可基于產品的三維數字模型進行工藝流程開發，然后根據產品工藝進行產線規劃設計，最后通過產線仿真驗證工廠的規劃是否可行和滿足設計需求。數字化工廠規劃與仿真的內容主要包含：數字化工藝規劃、產線規劃設計、產線仿真驗證，其中：數字化工藝規劃在于針對產品數模進行加工工藝和裝配工藝規劃、節拍分析和加工過程仿真，并形成工藝流程圖；產線規劃設計是基于工藝流程圖和標準工時，對設備、產線、物流區域等布局進行初步的三維設計及方案評估與優化，再完成三維廠房的建模及仿真；產線仿真驗證是對產線規劃的方案進行評估，驗證產能是否符合設計需求，包括模擬實際的生產狀況，分析瓶頸，驗證產線的產能，以及物流路徑與運作的仿真。同時，通過仿真進一步優化物流裝備、物流路徑以及庫位，提高精益能力。最后，通過虛擬調試對整個產線系統進行測試，利用工廠、車間、制造機器的模型，模擬運行整個或部分生產流程，在產線正式投產前對重要功能和性能進行測試，以消除設計缺陷。國際上部分主流PLM廠商提供了數字化工廠規劃和仿真的解決方案，例如西門子的Tecnomatix的Line Planning&Designer提供數字化工廠設計的方案，Tecnomatix的Plant Simulation提供工廠仿真解決方案，達索系統的DELMIA提供了數字化工廠設計與仿真的解決方案，Autodesk有Revit用于數字化工廠設計，此外，AVEVA提供了面向石油化工行業的數字化工廠規劃方案，海克斯康旗下Intergraph提供SmartPlant解決方案，國內有北京達美盛面向流程和電力工廠提供工廠數字化交付系統。

「?9. CAM?」

計算機輔助制造（computer aided manufacturing，CAM）是用來創建零件制造的數控設備代碼的軟件，其核心是基于零件的三維模型，利用可視化的方式，根據加工路徑以及工裝設備，模擬現實中機床加工零件的整個過程并自動生成機床可以識別的NC代碼。此項技術的關鍵，是能夠真實模擬現實的2.5軸、三軸、五軸等數控機床的運動，能夠支? ? ? ? ? ? ? 持并識別不同廠商不同型號的數控機床。CAM軟件已廣泛應用于汽車、飛機、國防、航空航天、計算機、通信電子、重型工業、機床儀器、醫療設備、能源電力、娛樂玩具、消費產品等行業的制造企業。通過CAM的應用，可以實現NC代碼生成、刀具路徑規劃及仿真、數控機床加工仿真、基于NC程序的數控加工過程仿真、板材激光切割系統、5軸加工、生產工藝仿真、后置處理等。隨著加工技術的不斷進步，CAM技術正在不斷發展，數控仿真技術可以對數控代碼的加工軌跡進行模擬仿真、優化。同時，也支持對機床運動進行仿真，從而避免在數控加工過程中，由于碰撞、干涉而對機床造成損壞。圖5為典型的產品設計與制造過程。

圖5 典型的產品設計與制造過程

「?10. CRM?」

客戶關系管理（customer relationship management，CRM）的概念由Gartner率先提出，是辨識、獲取、保持和增加“能夠帶來利潤的客戶”的理論、實踐和技術手段的總稱。CRM通過采用信息技術，使企業市場營銷、銷售管理、客戶服務和支持等經營流程信息化，實現客戶資源有效利用的管理軟件系統。其核心思想是“以客戶為中心”，提高客戶滿意度、改善客戶關系，從而提高企業的競爭力。常見的功能模塊包含：客戶管理、營銷管理、銷售管理、客戶服務等。隨著人工智能及大數據技術的發展，智能CRM越來越受到企業青睞。圖6為CRM系統與其他信息系統之間的關系。

圖6 CRM與其他系統之間的關系

「?11. EAM?」

企業資產管理（enterprise asset management，EAM）Gartner的定義是指在資產密集型企業中，圍繞資產從設計采購、安裝調試、運行管理到轉讓報廢的全生命周期，運用現代信息技術（IT）提高資產的運行可靠性與使用價值，降低維護與維修成本，提升企業管理水平與人員素養，加強資產密集型企業核心競爭力的一套系統。EAM系統是以設備綜合管理為主要內容，以提高設備可靠性、降低維修成本為目的的設備資產全生命周期管理系統，使企業設備的使用率最高，風險率最低，維修費用最低，從而達到資產的回報最大化。對于EAM而言，預防性維修（preventive maintenance，PM）是十分重要的理念和應用方向。伴隨著全球工業領域的轉型升級，新興技術的不斷發展，具有預測感知功能的設備管理系統更加受到企業青睞。工業互聯網利用泛在感知技術對多源設備、異構系統、運營環境等要素信息進行精準實時高效采集，構建基于“數據+算力+算法”的新型能力圖譜，實現人、機、物和知識的智能化連接，支撐工業數據的全面感知、動態傳輸、實時分析，從而形成科學決策、智能控制等關鍵能力。EAM系統通過與工業互聯網深度融合可實時獲取資產健康狀態，確定最佳的預防性維修策略，讓企業從一個無縫的平臺完整地了解設備資產。

「?12. SCM?」

供應鏈管理（supply chain management，SCM）是基于協同供應鏈管理的思想，借助Internet、信息系統和 IT 技術的應用，使企業供應鏈的上下游各環節無縫鏈接，形成物流、信息流、單證流、商流和資金流五流合一的模式。SCM通過利用供應鏈上的共享信息，加速供應鏈上物流和資金的流動速度，加強供應鏈的可視化管理，從而為企業創造更多的價值。供應鏈管理軟件是伴隨供應鏈的發展應運而生的，由于供應鏈管理環節眾多，目前的供應鏈軟件包括供應鏈執行層面和供應鏈計劃與規劃層面兩類。供應鏈執行指的是供應鏈實際的操作和運營管理，如庫存管理、運輸管理和配送管理，包括倉儲管理系統（WMS）、運輸管理系統（TMS）、配送管理系統（DMS）；供應鏈計劃包括供應鏈網絡優化、需求計劃、配送計劃、制造計劃、高級計劃與排程等。國際上對供應鏈軟件大致分為四類：供應鏈網絡設計（supply chain strategy design）、供應鏈計劃（supply chain planning）、供應鏈執行（supply chain execution）、供應鏈數據整合（EDI& B2B gateway）。表2是SCM軟件涵蓋領域。

表 2 ?SCM軟件涵蓋領域

「?13. SRM?」

供應商關系管理（supplier relationship management，SRM）是建立在對企業的供方以及與供應相關信息完整有效的管理與運用的基礎上，對供應商的現狀、歷史、提供的產品或服務、溝通、信息交流、合同、資金、合作關系、合作項目以及相關的業務決策等進行全面的管理與支持。供應商關系管理旨在改善企業與供應商之間關系的新型管理機制，目標是通過與供應商建立長期、緊密的業務關系，并通過對雙方資源和競爭優勢的整合，來建立“雙贏”的企業管理模式。SRM系統是一種客戶定制、實施性很強的軟件，根據企業的具體情況，可能涉及供應雙方多個部門，如IT部、管理部、招標部、采購部，財務部等。實施的周期通常在3～6個月甚至更長的時間。SRM的關鍵技術主要包括：數據倉庫（dataware housing）、數據挖掘、聯機分析處理以及電子數據交換等。圖7是供應商關系管理系統典型功能架構。

圖7 供應商關系管理系統典型功能架構

常用的工業軟件還包括：

（1）集散控制系統（distributed control system，DCS），它是一個由過程控制級和過程監控級組成的，以通信網絡為紐帶的多級計算機系統，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。

（2）先進過程控制（advanced process control，APC）軟件采用先進的控制理論和控制方法，以工藝過程分析和數學模型計算為核心，工廠控制網絡和管理網絡為信息載體，使生產過程控制由原來常規的PID控制過渡到多變量模型預測控制，最終實現增強裝置運行的平穩性，并提高裝置經濟效益的目的。先進控制系統是企業實現管控一體化的基礎，是實現信息化與自動化融合的重要手段。

（3）能源管理軟件可以實現對企業能耗狀態進行監測、分析和預測，達到深挖節能潛力，合理計劃和利用能源，實時監測和推送能耗異常信息的精細化能源管控目標。

（4）質量管理信息系統（QMS）能夠輔助企業建立有效運行的質量保證體系，通常包括制定質量方針、目標以及質量策劃、質量控制、質量保證和質量改進等活動，實現質量管理的方針目標，有效地開展各項質量管理活動。QMS系統涵蓋了產品全生命周期，加強了從設計研制、生產、檢驗、銷售、使用全過程的質量管理，并予以制度化、標準化，從而提升質量的穩健性。市場上主流的QMS產品的功能模塊主要包括：質量體系管理、產品設計質量管理、供應管控質量管理、生產過程質量管理、售后質量管理、質量追溯分析等模塊，涵蓋研發、采購、檢驗、樣件、制造、備件和維修維護等環節的質量工作。

（5）先進計劃排程（advanced planning and scheduling，APS）基于產品制造的制造BOM、工藝規劃、實際工時和設備的實際產能等約束條件，根據企業的計劃和排產優先級來進行自動計劃和排程，能夠顯著提升企業的設備稼動率（OEE）和利用率，提高生產效率，可以替代ERP軟件中的MRP（物料需求計劃）模塊。但是，APS對基礎數據的準確性要求很高，實施有較大難度。

此外，還有各類自動化控制系統編程、仿真軟件，工業機器人離線編程與仿真軟件，組態軟件和數據采集與監視控制（SCADA）軟件、實驗室信息管理系統（LIMS）、測試數據管理（TDM）、經銷商管理（DMS）、DNC（分布式數控，將數控程序分發到機床）和機床數據采集（MDC）等。主數據管理系統（master data management，MDM）在大型企業也開始應用。OA、文檔管理、知識管理、業務流程管理、項目管理（包括多項目管理）等軟件，在制造業也得到廣泛應用。

編輯：黃飛

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