《工业APP：开启数字工业时代 》 —2.7 工业APP举例

工业APP举例

下面我们通过一个工业APP案例给大家提供一个直观的认识（该案例由索为公司提供）。以一个齿轮设计APP为例，如图2.7所示，介绍工业APP的基本内容和效果。该工业APP为过程驱动的APP类型，用于齿轮设计过程。一般的齿轮设计过程如下：

1）齿轮几何外形计算：按照齿轮相关的公式进行计算，形成齿轮的几何参数，并基于CAD软件绘制三维模型。

2）弯曲强度校核计算：对齿轮工作过程中的载荷进行公式计算，通过计算分析齿轮齿根部会不会疲劳。

图2.7　传统的齿轮设计

3）接触强度校核计算：对齿轮工作过程中的载荷进行CAE仿真分析，也就是通过仿真的方式分析齿轮齿会不会断裂。

4）撰写设计报告：根据三维设计结果、仿真分析和工程计算结果，撰写报告。

以上是一个常见齿轮设计工作过程。以往设计人员需要依靠个人经验手工操作计算器、CAD、CAE、Office等软件，该过程会遇到如下问题：

1）各种软件操作复杂，设计周期长。

2）需要在不同软件之间迭代数据，效率低。

3）同时对人的经验依赖大，设计质量不稳定。

将上述传统齿轮设计与计算分析过程中用到的设计分析流程、知识以及相关的设计分析工具通过工业APP封装环境完成APP封装，可以形成图2.8）所示的齿轮设计工业APP以及图2.9所示的齿轮接触强度校核APP。使用这两个工业APP，就可以高效地驱动工具软件完成齿轮的设计和强度校核工作。

运行工业APP开展齿轮设计工作时，仅需要几个简单步骤。

第一步：在交互界面中输入齿轮相关的设计需求和参数后确认执行。

第二步：驱动执行。工业APP自动根据APP所封装的齿轮设计逻辑和相关知识，驱动APP所封装的CAD工具软件来完成齿轮三维模型构建。在工业APP执行过程中无须人工参与，只需要查看工业APP执行过程中形成的结果，平台会完整地记录整个执行过程并形成日志文件。

图2.8　齿轮设计工业APP

图2-9　齿轮接触强度校核APP

第三步：强度校核。齿轮强度校核工作会启动强度校核APP完成。APP会自动根据封装过程中定义的数据传输逻辑从三维设计APP完成的设计模型中获取相关数据，以及其他相应数据（如果封装有材料数据库，可自动从数据库中根据材料牌号获得材料数据）。在人机交互界面中输入相关参数后，APP可快速完成强度校核计算并得出强度校核结果。

第四步：完成齿轮设计报告。可以根据事先定义的设计报告模板完成齿轮设计报告，该报告包含齿轮的设计模型、强度校核结果等模型。

上述使用APP完成齿轮设计的过程明显地简化了工程师的设计活动，省去了工程师直接操作相关工具、查阅公式、数据、知识等环节，并且可快速得到设计报告。

在这个工业APP案例中，除了上面提到的三维设计、强度校核以及生成报告之外，使用工业APP还可以驱动完成有限元分析等其他很多工作。图2.10展示了利用APP完成有限元分析前处理的模型简化工作，图2.11使用APP完成有限元网格划分以及求解计算，而图2.12就是利用APP进行齿轮刚度计算后的后处理结果。

图2.10　有限元分析模型简化APP

图2.11　有限元网格及求解APP

图2.12　有限元后处理（刚度计算）APP

对比采用工业APP与传统设计方法两种方式，使用工业APP对设计工作带来以下几方面的改变：

1）极大提升效率：传统的设计工作需要工程师操作各种工具软件一步一步地实现，往往需要比较长的时间；采用工业APP，中间的这些操作过程都由APP及其中所封装的知识驱动工具完成，时间会大大缩短到几小时甚至几十分钟。

2）大幅度提升质量稳定性：传统上需要大量人工操作各种软件，对人的经验和熟练程度要求高，容易随着工具使用者的水平出现质量起伏。而工业APP本身封装了经过验证的知识，知识水平相对较成熟，过程中由APP驱动完成，也就避免了由于人员水平导致的起伏。

在使用工业APP的过程中，工业APP“上浮”到工程师人机交互前端，由工业APP驱动各种工业软件完成相应的工作，而工业软件“下沉”到后台。工程师不需要直接操作工具软件，大量重复性、事务性的工作都由APP驱动工具完成，从而极大地提升了产品设计的效率。