0引言

　　改革開放以來，我國制造業(yè)引進了大量先進工業(yè)軟件和設(shè)備，在門類、數(shù)量和投資額方面已居于世界前列。但是我們用這些世界一流的軟件和設(shè)備，卻創(chuàng)造不出世界一流的產(chǎn)品，就像用Word代替了紙和筆，并不能保證有好的思想，能寫出好文章。要創(chuàng)造一流產(chǎn)品，還需要各專業(yè)領(lǐng)域的工業(yè)技術(shù)、知識和方法做支撐，這才是核心競爭力。將這些技術(shù)、知識和方法模塊化，變成一個個工業(yè)APP。

　　根據(jù)GE公司的預(yù)測，到2020年全球工業(yè)APP市場規(guī)模將超過2250億美元，相當(dāng)于再造一個數(shù)控機床市場。而中國工業(yè)APP市場幾乎是空白。相比于手機上大約500萬個APP，國內(nèi)的工業(yè)APP不足1000個。市場已經(jīng)認(rèn)識到了工業(yè)技術(shù)軟件化的重要性，目前的當(dāng)務(wù)之急是通過平臺建設(shè)降低開發(fā)工業(yè)APP的門檻。

　　1工業(yè)技術(shù)軟件化

　　工業(yè)技術(shù)軟件化，是以軟件形式封裝、承載、應(yīng)用、迭代更新工業(yè)技術(shù)和知識，使工業(yè)技術(shù)中的經(jīng)驗與知識顯性化、模型化、數(shù)字化、系統(tǒng)化和智能化的過程，是一種在工業(yè)各領(lǐng)域促進機器自動使用知識、人類高效使用知識的技術(shù)和方法。

　　推進工業(yè)技術(shù)軟件化是軟件定義制造的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)制造業(yè)由大變強的重要路徑，是促進信息技術(shù)與制造業(yè)融合創(chuàng)新的有力抓手，是推動工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要舉措，有助于提升軟件市場空間和應(yīng)用價值。

　　2工業(yè)APP開發(fā)平臺

　　工業(yè)APP是把工業(yè)知識進一步轉(zhuǎn)化為機器可以執(zhí)行的知識。工業(yè)APP要解決問題，最好不用編程，工程師在工作中隨手就可以封裝一個APP，把工程知識和方法封裝成APP，這是最重要的知識封裝的技術(shù)。

　　北京索為系統(tǒng)技術(shù)股份有限公司在工業(yè)技術(shù)軟件化領(lǐng)域深耕11年，形成了SYSWARE.IDE集成設(shè)計平臺，并沉淀了大量商業(yè)軟件、自研程序/方法/算法的集成接口，形成平臺組件。工程師可以使用組件，以圖形化、非編程的手段，輕松地把工程設(shè)計、仿真、工藝等方面的知識和技術(shù)轉(zhuǎn)化為可重用的工業(yè)APP。

　　圖1 SYSWARE.IDE平臺提供各種接口

　　圖2工業(yè)APP改善工程師工作體驗

　　3錐齒輪設(shè)計APP開發(fā)

　　錐齒輪廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機械產(chǎn)品中，如航空航天和工程機械傳動系統(tǒng)，具有傳動平穩(wěn)，承載能力強等優(yōu)點，有著非?？捎^的前景。

　　齒輪設(shè)計工作一般包括設(shè)計計算、強度校核、三維造型等關(guān)鍵流程。

　　齒輪設(shè)計工業(yè)APP，是工程師通過SYSWARE.IDE平臺，集成封裝齒輪設(shè)計常用流程和算法，形成齒輪設(shè)計APP。

　　3.1設(shè)計計算APP

　　齒輪設(shè)計計算通常包括幾何計算、接觸強度校核計算、彎曲強度校核計算，其中包含了大量的公式計算。傳統(tǒng)的方式是通過查表確定齒輪材料、熱處理方式等參數(shù)，再進行計算，每次新的計算都需要重復(fù)以上步驟。將設(shè)計計算過程封裝成APP，可以減少設(shè)計者的工作量。

　　SYSAWRE.IDE平臺提供非編程、可視化的交互界面定義工具，可快速定義工業(yè)APP的界面交互邏輯，用戶拖拽控件到GUI界面上，并與SYSAWRE.IDE平臺參數(shù)表綁定，就可以形成滿足用戶需求的工業(yè)APP的各種界面。

　　圖3 GUI界面定制示意圖

　　將幾何計算、接觸強度校核計算、彎曲強度校核計算的公式和方法，采用平臺的公式編輯組件，或自己編寫計算程序，封裝到SYSAWRE.IDE平臺。將功率、大小齒輪轉(zhuǎn)速、傳動比、軸交角等輸入?yún)?shù)關(guān)聯(lián)到GUI界面。根據(jù)《機械手冊》，大小齒輪材料及熱處理方式、可靠性要求、齒輪支撐形式等有多種選擇，以下拉的方式將界面與不同選擇方式關(guān)聯(lián)。

　　圖4齒輪設(shè)計計算GUI界面

　　圖5齒輪強度校核GUI界面

　　這就形成了齒輪設(shè)計APP，需要進行設(shè)計計算時，只要根據(jù)設(shè)計要求將輸入?yún)?shù)填寫到界面中，就可以進行新一輪設(shè)計計算。

　　3.2齒輪參數(shù)化建模APP

　　齒輪模型的參數(shù)多，參數(shù)之間關(guān)系復(fù)雜，在齒輪的三維建模過程中，經(jīng)常遇到齒輪類型相同，只是幾何參數(shù)不同的情況，每次都要重復(fù)建模，造成人力資源的浪費。鑒于此，工程師可以自己封裝齒輪模型APP，形成參數(shù)化的建模APP，以適應(yīng)快速建模工作。

　　建立自己的齒輪參數(shù)化建模APP，工程師可以使用SYSWARE.IDE平臺。在CATIA軟件中創(chuàng)建錐齒輪的三維模型，并建立模型內(nèi)組件間的參數(shù)關(guān)系。使用SYSWARE.IDE平臺集成的第三方工具組件CATIA，將CATIA內(nèi)部參數(shù)與平臺關(guān)聯(lián)，并綁定到GUI界面上。GUI通過用戶與界面的交互，將參數(shù)通過組件傳遞到CATIA中，驅(qū)動參數(shù)化模型進行模型加載、重構(gòu)和裝配。因此，如果需要繪制不同參數(shù)的錐齒輪，只需要修改APP中GUI界面上的輸入?yún)?shù)，就可以進行相應(yīng)的參數(shù)驅(qū)動，生成新的錐齒輪三維模型，而不需要用戶重新在CAD軟件中對模型進行建模。設(shè)計者在構(gòu)建模型時，可以集中于概念設(shè)計和整體設(shè)計，充分發(fā)揮創(chuàng)造性，提高設(shè)計效率。

　　圖6 CATIA組件界面

　　在平臺上，將設(shè)計計算APP和參數(shù)化建模APP連接，并建立數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系，就可以建立齒輪設(shè)計的APP，在GUI界面輸入?yún)?shù)后，自動進行設(shè)計計算，得到齒輪其他參數(shù)后，通過數(shù)據(jù)流將參數(shù)傳遞給參數(shù)化建模APP，生成齒輪三維模型。

　　圖7復(fù)雜APP開發(fā)

　　4案例

　　本文以錐齒輪傳動設(shè)計為例，說明并驗證基于知識自動化的工業(yè)APP在傳動設(shè)計中的應(yīng)用。

　　某錐齒輪設(shè)計的輸入?yún)?shù)為：功率P=360kw，轉(zhuǎn)速n=270rpm，傳動比i=4.6，軸交角=81.85°，可以由用戶在界面上手動輸入，小齒輪和大齒輪的材料、熱處理方式、硬度、熱處理等級等參數(shù)，都以下拉框的方式供用戶選擇。確定好輸入?yún)?shù)后，點擊確定，齒輪設(shè)計APP根據(jù)內(nèi)部封裝的算法、參數(shù)化模型等可以依次進行幾何計算、接觸強度校核計算、彎曲強度校核計算，生成設(shè)計計算結(jié)果。

　　圖8 計算結(jié)果界面

　　APP自動運行下一個流程節(jié)點，進行參數(shù)化建模，得到小齒輪和大齒輪的三維模型。

　　圖9 錐齒輪三維模型圖

　　5結(jié)束語

　　本文通過自主研發(fā)的軟件平臺，結(jié)合齒輪設(shè)計過程，介紹了齒輪APP的開發(fā)過程。通過齒輪APP的應(yīng)用案例說明，使用工業(yè)APP可以使開發(fā)人員和用戶擺脫對通用工業(yè)軟件工具繁復(fù)的管控細(xì)節(jié)，有利于提高工作效率，節(jié)約重復(fù)勞動時間。

　　為改善制造業(yè)從業(yè)者工作體驗和工作效率，開拓新的價值空間，在設(shè)計、仿真、優(yōu)化、制造、測試、試驗、維護、退出的各個環(huán)節(jié)，都應(yīng)該有眾多的工業(yè)APP發(fā)揮作用。