1.1　工程軟件概述

科學計算、信息處理、過程控制是計算機的三大應用領域。計算機最早應用于科學計算，在工程界，科學計算也是計算機最早應用的領域；計算機的應用范圍擴大到工程數據信息處理后，就一直都是計算機工程應用的重要領域，現在已成為計算機工程應用不可缺少的部分；由于計算機具有邏輯運算的能力，從20世紀60年代起計算機被廣泛應用于工業生產過程的實時監測和過程控制之中。伴隨著網絡技術的飛速發展，計算機應用的網絡化已引起了生產方式的深刻變革。在工業4.0和中國制造2025技術體系中，計算機和網絡是基本的硬件基礎，在其上是大量的工程軟件，用以支持高效率的大規模定制需求。

目前，隨著信息技術的普及，各類計算機軟硬件系統已在工程應用領域得到了廣泛的應用。沒有工程軟件的支持，計算機硬件就失去了作用。工程軟件在實際工程應用中占有相當重要的地位。常見的工程軟件有如下幾種系統：

1.工程輔助系統

（1）工程數值計算（Engineering Computation，EC）。人類發明計算機的最初目的就是解決復雜的計算問題。在現代科學技術、航空航天等需要高精度、高難度、高效率計算的領域，計算機發揮了很重要的作用。在工程設計領域，數值計算技術不僅僅將人們從復雜的計算中解放了出來，更重要的是，使用計算機計算得更精確、更高效，效益非常明顯。

（2）計算機輔助設計（Computer-Aided Design，CAD）和計算機輔助工藝過程設計（Computer Aided Process Planning，CAPP）。CAD是利用計算機幫助各類工程設計人員進行設計的工程軟件系統。CAD系統可以取代傳統的從圖紙設計到工藝流程編制工作和煩瑣的手工計算過程，使設計速度大大加快，精度、質量大大提高。在飛機設計、建筑設計、機械設計、船舶設計、大規模集成電路設計等工程領域應用非常廣泛。CAPP是指借助于計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等功能來制定零件機械加工工藝過程。借助于CAPP系統，可以解決手工工藝設計效率低、一致性差、質量不穩定、不易達到優化等問題。

（3）計算機輔助制造（Computer-Aided Manufacturing，CAM）。CAM是利用計算機進行生產設備的管理、控制和操作的技術，它主要面對生產制造過程。采用CAM技術可以提高產品質量，降低成本，縮短生產周期，降低勞動強度。在機械加工過程中用到的數控加工程序就是一種低層CAM系統的一部分。

（4）計算機輔助工程教育（Computer-Aided Engineering Education，CAEE）。CAEE是利用計算機和網絡進行遠程工程培訓和工程教育的技術。CAEE提供了豐富的教學內容和直觀的教學手段，大大提高了工程教育和培訓的效率和效果。通過CAEE系統，計算機可以在一定程度上代替教師的角色，對學生進行輔助教學。有了計算機的參與，教學內容和教學形式更加多樣化、形象化。互聯網的發展對CAEE在工程教育領域中的普及發揮了不容忽視的作用，網上工程教育實現了工程教育資源的共享，為工程教育教學機構和廣大學習者提供了教學信息服務，同時，網上教育還帶來了最新的辦學模式（遠程教育）和最新的教學方式（多媒體教學）。

（5）計算機集成制造系統（Computer Integrated Manufacturing System，CIMS）。CIMS是集設計、制造和管理三大功能于一體的現代化工廠生產系統。CIMS可以提供對各類生產技術的支持，是實現自動化工廠的核心技術。

（6）計算機輔助測試（Computer-Aided Test，CAT）。CAT是利用計算機獲取和處理大批量的工程數據，完成各種復雜的測試工作的系統。通過CAT技術可以實現方便快捷的工作環境監測和對產品的測試工作，是有效提高產品的質量和精度的關鍵技術。

（7）工業控制（Industry Control，IC）。IC是用計算機實現工業過程控制的技術。在廠礦企業的自動化生產線和交通航運的控制等領域，計算機被用于進行數據采集、自動檢測和過程控制。工業控制系統中使用了大量的多種形式的計算機硬件，如PLC、工控機等，實際的控制流程則是由工業控制軟件來實現的，它是自動化技術的重要組成部分。

（8）計算機仿真（Computer Simulation，CS）。CS是利用計算機模擬進行工程、產品、決策的試驗，能在生產計劃實施前即對未來的生產過程進行預測。CS技術在工藝流程優化、成本核算和新產品研制等領域應用前景廣闊。

2.工程事務處理

工程事務分為事務、管理和決策三個層次。

（1）工程事務型系統又稱工程電子數據處理系統或工程業務信息系統，主要提供工程業務中處理日常事務的功能，如工程文檔的編輯與打印、報表的填寫與統計、文檔檢索、活動安排，以及其他日常數據的處理等。

（2）工程管理型系統又稱工程管理信息系統（Engineering Management Information System），它是一個以計算機為基礎，對企業實施全面管理的信息系統。例如，計劃管理系統、財務管理系統、人事管理系統、統計管理系統等。

（3）工程決策型系統。它是在上述事務處理和信息管理的基礎上，增加了決策輔助功能而構成的。在企業活動中，管理和決策都是企業領導層的基本職能。該系統可幫助領導人員選擇適當的決策。

企業資源規劃（Enterprise Resource Planning，ERP）系統是一類典型的工程事務軟件。ERP的功能包括制造、供銷、財務管理，以及多工廠（車間）管理、質量管理、實驗室管理、設備維修管理、倉庫管理、運輸管理、過程控制接口、數據采集接口、企業電子郵件管理、法規與標準索引、項目管理、金融投資管理、市場信息管理等。

隨著智能工廠技術的逐步深入研究與應用，工程事務處理過程的智能化已成為核心技術之一，相應的工程軟件也正得到重視。

3.現代工程通信及信息交流

計算機網絡技術的高速發展，使得計算機日漸成為一種現代通信和信息交流的工具。通過支持計算機網絡的工程軟件不僅可以實現遠程的數據傳輸、狀態監控和現場資源配置等工作，而且可以異地共享和交流各種生產信息資源。目前，物聯網技術正在工業領域得到推廣應用，這是網絡技術與計算機深度結合的結果。工程軟件與網絡技術的結合擴大了工程軟件的應用領域，提高了工程軟件的應用水平，這也是工程軟件發展的趨勢。

工程軟件依照具體的應用領域有不同的應用，故種類和數量眾多。工程軟件是現代工業的核心之一，它的廣泛應用體現了生產技術的進步。因此，掌握工程軟件的開發技術對于工程技術人員尤為重要。

工程軟件的三個基本要素是數據、數據結構和算法，本章將分別對這些基本元素進行論述。