最近看了一篇文章介绍工业软件CAD、CAE、CAM，这里记录分享一下。

自从上世纪八十年代工业软件出现后，设计师们终于不用通过手绘来完成图纸的设计了，转而在电脑上完成，设计效率极大提高。

那么工业软件究竟是什么东西？

大部分读者可能是做应用软件开发的，不太了解工业软件这个行业，

其实工业类软件按照功能可分为三大类：

CAD（计算机辅助设计）、
CAE（计算机辅助工程）、
CAM（计算机辅助制造），

这三款软件是如今工业行业必不可少的软件，航空、船舶、汽车等产品的研发少不了它。而目前企业常用的这三大类软件，基本上都被美、法、德三国所垄断，尤其是在CAE领域，美国更是霸主般的存在。

1）CAD（计算机辅助设计）软件

人类史上第一款CAD软件的的雏形可追溯到上世纪五十年代，那个时代正是美苏争霸期间，美国军方为了拦截苏联的远程轰炸机，由国防部牵头联合IBM与麻省理工学院联合开发了SAGE系统，SAGE系统完全用汇编语言来完成，它其中一个功能就是能够在计算机上绘图，当时耗资100多亿美元（注意这是上世纪50年代的100亿美元，放现在估计也得一千亿美元以上了）。但那个时候的CAD软件仅仅供美国军方使用，后来才逐步走向商业化。

简而言之，CAD软件就是让设计师能够在电脑上画图的软件，可以说，CAD软件的出现彻底解放了设计师们手中的作图工具，以往通过手工绘制的图纸可以放在电脑上来完成，极大减轻了设计人员的工作量，同时也大大加快了产品的研发效率。

CAD软件出现后，以前只能手工来绘制的图纸，可以放到电脑上来完成，大大提高了工作效率，这是美国AutoDesk公司旗下的一款二维CAD软件产品——AutoCAD

2）CAE（计算机辅助工程）软件

要问世界上哪家公司的代码数量最多，你可能回答是微软、IBM或者Google，但事实上这些都不是，单论代码数量，世界上最大的软件公司是美国的军火商巨头——洛克希德·马丁，没错，就是那家美国的军火公司，美国的F22战斗机、F35战斗机等都出自这家公司。说道这里你可能觉得疑惑，军火厂商居然也做软件？是的，而且他们做的软件大部分仅供自己使用，不对外销售，其中就包括CAE软件。

CAE软件是工业软件里面开发难度最大的一类软件（后面会告诉你为什么），但也是最重要的一款软件。CAE自诞生之日起，与CAD软件一样，主要服务于军方，后来才逐步走向商业化，民用企业才得以使用。那么CAE究竟是干什么呢？

CAE全程叫Computer Aided Engineering (计算机辅助工程)，就是把设计出来的产品，通过软件的方法进行仿真分析，来验证设计出来的产品是否达到规定的要求（它的原理后面会解释）。你闭上眼睛想一下，设计师们把产品在电脑上设计出来后，只要导入这款软件，就能知道产品设计哪里有不合理的地方，然后再更改设计图纸，这是不是就像魔法一样？这节约了多少后期试验的成本。而且，在有些领域，你必须使用CAE软件进行仿真分析，例如航空航天领域，这都是关乎每一位乘客人身安全的领域，必须经过软件的验证。

CAE软件的出现，极大程度地提高了产品的研发周期，以前必须通过实验来验证的产品，现在可以放到电脑上来完成

目前全球商用CAE软件行业市场份额最大的是美国的ANSYS，ANSYS自诞生之日起就一直专注于有限元仿真技术，到目前，已经形成了包括结构、流体、电磁、航空、船舶、汽车等完整的仿真产品线。那它用在什么地方呢，我还以汽车为例，你以为车辆工程师把3D总装图完成后就可以直接生成零件图进行加工了吗，不，这还远远不够，后面还有重要两环，其中最重要的就是对你设计出来的产品进行可行性分析。

3）CAM（计算机辅助制造）软件

在前面汽车完成设计之后，也经过各方面安全性测试后，剩下的就要加工生产了。那么汽车的零部件是如何生产出来的呢，这就需要工业母机——机床来完成了。

像加工这种包含包含复杂曲面的零部件，CNC程序必须由CAM软件来完成，而且，加工前必须进行模拟仿真

在数控机床（CNC）没有诞生之前，汽车的每一个零部件都要工人师傅们在普通机床上手工完成。但是随着汽车零部件的逐步精密化，有些零部件在普通机床上根本根本加工不出来。除了汽车行业，在航天航空、精密电子等领域更是如此，这个时候数控机床就诞生了。

在数控机床加工零部件前有一个重要的工序，就是需要在计算机上实现模拟加工仿真，待准确无误后，才能上机生产，那么为什么要仿真呢，直接加工不行吗？答案是不行，要知道，一套完成的CNC加工程序需要工程师们手动干涉完成编写，CAM软件只能生成部分代码，而只要是程序就会有Bug，CAM软件模拟仿真会根据你的程序准确计算出整个零件的加工过程，生成机床走刀路线，不仅可以检查加工过程中是否有撞刀的危险，而且还可以检查程序是否有过切或者欠切的现象。

待CAM软件仿真完成确认无误后，方可上机加工，加工的CNC走刀程序由CAM软件生成

这是用Mastercam软件来进行加工仿真的过程，可以看到完整的走刀路线与加工过程，避免加工过程中出现撞刀等危险。

这是苹果Mac pro 的金属外壳的其中一道加工工序，在CNC数控机床上完成，自动加工程序也要有CAM软件来完成，苹果为了保证他们产品的手感，所有的外壳均使用完整的一块金属来通过去除材料来切削加工，成本极高。相反，其他大部分厂商会使用模具冲压或者金属拉丝工艺来完成，虽然成本低，但手感就没那么好了。

自iPhone11后，苹果重新回归后玻璃面板的经典设计，顺便给大家提一下，苹果后玻璃板是用一整块厚度为8mm的玻璃在CNC上铣削为3mm完成的，而且还要在上面钻孔，这样的事情全球也只有苹果敢这样做了，更为变态的是，为了专门加工这块玻璃，苹果还专门给富士康买了一千多台CNC数控机床！这样的成本，别说机床了，就单说加工玻璃造成刀具的损耗成本就是其他手机厂商不敢想的,

当然，加工过程中少不了CAM软件。

二、工业软件难道我们自己不能开发吗？

答案：可以是可以，但是这不是十年二十年能完成的

1. 开发工业软件它真的是很难，因为它是一门交叉学科。

如果仅仅是开发一款类似于微信或者抖音这种APP，或者是开发一款类似于金蝶这种财务管理的企业级软件，它顶多也就是网络编程与数据库交互的应用，不需要程序员掌握其他知识，但工业级软件可不是这样，不光需要掌握最基本的编程能力，更重要的是对多学科的交叉融合。

说到工业软件的开发，你可能会觉得这是计算机专业的事情，但事实上它还真不是计算机专业的事，工业软件是以数学为基础，贯穿了物理、化学、力学、材料科学等诸多领域的交叉学科。

先拿CAD这类软件来说，因为软件是给专业画工程图的工程师们使用的，所以，要求开发工业软件的程序员们必须懂得工程图学的知识，例如基本的投影知识，要把这些知识融合到代码里面，通过计算机显示在屏幕上，更是需要计算机图形学方面的知识；再拿CAE软件来说，你要软件能够计算出设计零件的疲劳极限与寿命，这就需要到材料力学方面的知识，如果你对设计的飞机进行气流分析(飞机设计时必不可少的环节)，这就又涉及到流体力学方面的知识，软件当然也要计算出流体力学的各种参数，这就需要求解大量的偏微分方程，又涉及到数学方面的知识。。。

总之，工业软件本质就是将力学、数学等各种学科的公式，通过算法的形式写进代码里面，如果目前学术界没有特定的公式，那么就需要开发人员自己去推导公式。有时候想想，开发工业工业软件的人，真特么必须是天才。