李慶偉，趙雅慧，夏俊邦，劉鑫佳

（云南經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，云南·昆明 650106）

關(guān)鍵字：Android；弧齒錐齒輪；設(shè)計(jì)輔助軟件

一、前言

疫情影響下，本研究項(xiàng)目針對(duì)當(dāng)前錐齒輪人工設(shè)計(jì)暴露的缺陷、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)所需的軟硬件條件，充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把移動(dòng)式輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用于弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)。通過(guò)開(kāi)發(fā)一套基于Android 的格里森弧齒錐齒輪移動(dòng)終端輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，來(lái)滿(mǎn)足齒輪公司有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員移動(dòng)辦公狀態(tài)下的快速設(shè)計(jì)錐齒輪的需要，有效地提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率、質(zhì)量和水平，大大加快開(kāi)發(fā)周期。

河南理工大學(xué)提出一種基于云平臺(tái)的齒輪測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言GXML（gear extensible markup language），采用以GXML 為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)交換模式,通過(guò)GXML文檔和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的相互映射可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的跨平臺(tái)傳輸[1]。鄭州機(jī)械研究所概述了工信部強(qiáng)基工程項(xiàng)目“齒輪強(qiáng)度與可靠性試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)公共服務(wù)平臺(tái)”8 個(gè)主要子平臺(tái)的功能[2]。大唐終端技術(shù)有限公司從項(xiàng)目需求關(guān)系、文件組織架構(gòu)、編譯預(yù)處理和后處理過(guò)程等幾個(gè)方面對(duì)如何在Android 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)目多需求定制進(jìn)行了分析和研究[3]。山東交通學(xué)院詳細(xì)闡述了安卓手機(jī)移動(dòng)辦公App 軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,并對(duì)稅務(wù)移動(dòng)辦公軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹[4]。長(zhǎng)江大學(xué)采用Struts2 MVC架構(gòu)，針對(duì)油氣資源行業(yè)設(shè)計(jì)了辦公相關(guān)模塊[5]。浙江傳媒學(xué)院通過(guò)http+JSON 的形式構(gòu)建了手機(jī)與服務(wù)器端的數(shù)據(jù)交互,提高小型店鋪的管理水平[6]。

從諸多研究機(jī)構(gòu)與文獻(xiàn)可以看出，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于輔助辦公、輔助設(shè)計(jì)等的研究近年來(lái)已經(jīng)成為社會(huì)研發(fā)熱點(diǎn)，對(duì)企業(yè)在疫情環(huán)境下提高生產(chǎn)效率具有增效器的作用。因此開(kāi)展基于Android 平臺(tái)的弧齒錐齒輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)輔助軟件開(kāi)發(fā)研究具有必要性。

二、技術(shù)路線(xiàn)

為實(shí)現(xiàn)基于Android 的弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)輔助軟件開(kāi)發(fā)，本文設(shè)計(jì)了如下圖1所示的技術(shù)路線(xiàn)：從兩個(gè)方面進(jìn)行理論研究即弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)過(guò)程研究，以及Android 軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，融合二者進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)。

圖1 基于Android的弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)輔助軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)路線(xiàn)圖

本研究側(cè)重點(diǎn)為軟件開(kāi)發(fā)，弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)過(guò)程采用《中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典》第4卷第33篇錐齒輪傳動(dòng)及其裝置第1 章錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中孤齒（格里森制等頂隙收縮齒）的幾何計(jì)算和強(qiáng)度校核過(guò)程。

三、Android軟件開(kāi)發(fā)方法

本文對(duì)Android軟件開(kāi)發(fā)方法、流程進(jìn)行了梳理，主要分為需求分析階段、開(kāi)發(fā)階段、測(cè)試階段以及驗(yàn)收階段。如下圖2所示：

圖2 軟件開(kāi)發(fā)流程

需求分析階段主要解決軟件服務(wù)對(duì)象的需求收集以及產(chǎn)生軟件開(kāi)發(fā)的功能需求基礎(chǔ)。分為需求收集、需求分析、原型設(shè)計(jì)、需求確定四個(gè)部分。針對(duì)弧齒錐齒輪的設(shè)計(jì)需求，簡(jiǎn)單歸納為三個(gè)需求，即設(shè)計(jì)人員角色不同的分級(jí)需求、設(shè)計(jì)的自動(dòng)計(jì)算需求、計(jì)算結(jié)果的輸出需求。

設(shè)計(jì)人員角色不同的分級(jí)需求是指根據(jù)齒輪設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、參與設(shè)計(jì)的角色等劃分成兩個(gè)等級(jí)，初級(jí)設(shè)計(jì)人員和高級(jí)設(shè)計(jì)人員。初級(jí)設(shè)計(jì)人員根據(jù)齒輪的尺寸、應(yīng)用環(huán)境、生產(chǎn)條件、強(qiáng)度要求等進(jìn)行齒輪的初步設(shè)計(jì)；高級(jí)設(shè)計(jì)人員憑借齒輪設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)初級(jí)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行審核、修正。

設(shè)計(jì)的自動(dòng)計(jì)算需求即要求輔助設(shè)計(jì)軟件根據(jù)齒輪的初始條件自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算輸出計(jì)算結(jié)果，過(guò)程中涉及到的參數(shù)計(jì)算及圖表查詢(xún)等步驟需自動(dòng)完成，減輕設(shè)計(jì)人員的計(jì)算工作量。

計(jì)算結(jié)果的輸出需求即要求對(duì)齒輪設(shè)計(jì)的初始參數(shù)、過(guò)程參數(shù)、結(jié)果參數(shù)保存并具有一定的輸出形式，便于設(shè)計(jì)結(jié)果的呈現(xiàn)及設(shè)計(jì)項(xiàng)目資料的保存。

自動(dòng)計(jì)算及結(jié)果輸出的過(guò)程，如圖3所示。設(shè)計(jì)人員登錄軟件系統(tǒng)，首先進(jìn)行齒輪初始參數(shù)的選擇與輸入，其中輸入的參數(shù)主要為齒輪的幾何參數(shù)和強(qiáng)度校核參數(shù)，選擇的參數(shù)主要包括齒輪的工況參數(shù)、材料參數(shù)等。依據(jù)《中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典》中的的幾何計(jì)算和強(qiáng)度校核過(guò)程，軟件自動(dòng)計(jì)算過(guò)程參數(shù)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)判斷，合格即可輸出設(shè)計(jì)結(jié)果，不合格則返回到參數(shù)選擇與輸入環(huán)節(jié)，并為設(shè)計(jì)人員提供參數(shù)調(diào)整的基本意見(jiàn)。

圖3 自動(dòng)計(jì)算及結(jié)果輸出過(guò)程圖

四、軟件功能模塊開(kāi)發(fā)

依據(jù)需求分析進(jìn)行模塊劃分，主要分為用戶(hù)模塊、參數(shù)選擇與輸入模塊、計(jì)算校核模塊。用戶(hù)模塊包括用戶(hù)注冊(cè)、用戶(hù)登錄兩個(gè)部分，注冊(cè)用戶(hù)界面如圖4 所示；參數(shù)選擇與輸入模塊分成三個(gè)部分，即材料參數(shù)、幾何參數(shù)、強(qiáng)度參數(shù)，對(duì)幾何計(jì)算和強(qiáng)度校核的初始條件、初始參數(shù)進(jìn)行選擇或輸入，強(qiáng)度參數(shù)界面如圖5所示；計(jì)算校核模塊根據(jù)齒輪計(jì)算校核輸出結(jié)果過(guò)程，分為幾何計(jì)算模塊、強(qiáng)度校核模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊三個(gè)模塊，分別用三個(gè)函數(shù)編寫(xiě)代碼，通過(guò)點(diǎn)擊圖5 中的計(jì)算并顯示結(jié)果按鈕，調(diào)用按鈕的消息響應(yīng)函數(shù)，自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算與校核。

圖4 注冊(cè)界面

圖5 強(qiáng)度參數(shù)界面

以注冊(cè)界面的代碼編輯為例說(shuō)明基于Android的手機(jī)軟件如何編寫(xiě)。

五、結(jié)論與展望

本文所開(kāi)發(fā)APP的功能基本能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)齒數(shù)、齒形角等基本幾何參數(shù)自動(dòng)計(jì)算齒輪全部幾何參數(shù)；根據(jù)轉(zhuǎn)向、精度等級(jí)、使用系數(shù)等強(qiáng)度校核基本參數(shù)結(jié)合幾何參數(shù)的計(jì)算結(jié)果自動(dòng)計(jì)算齒輪強(qiáng)度；根據(jù)最小安全系數(shù)，齒輪材料強(qiáng)度自動(dòng)判斷齒輪強(qiáng)度是否符合強(qiáng)度要求等功能，能夠滿(mǎn)足齒輪設(shè)計(jì)人員的基本需求。

但各個(gè)功能模塊還存在進(jìn)步空間，其中高級(jí)設(shè)計(jì)人員的審核與修正步驟較為繁瑣，需要導(dǎo)入初級(jí)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)參數(shù)；數(shù)據(jù)輸出模塊中數(shù)據(jù)輸出形式單一，過(guò)程數(shù)據(jù)的保存、結(jié)果數(shù)據(jù)的輸出以txt文件的形式保存于設(shè)計(jì)人員手機(jī)上，對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的積累、數(shù)據(jù)的安全存在影響，需增加數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐方可更加方便、高效的進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)與審核。

三個(gè)參數(shù)頁(yè)面，對(duì)參數(shù)選項(xiàng)的數(shù)據(jù)缺乏企業(yè)調(diào)研，數(shù)據(jù)支撐不足；參數(shù)輸入的數(shù)據(jù)范圍需要進(jìn)行自動(dòng)檢查，對(duì)明顯超過(guò)輸入范圍或不符合齒輪設(shè)計(jì)規(guī)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)修正。幾何參數(shù)的過(guò)程參數(shù)計(jì)算需要更加智能化，針對(duì)圖表參數(shù)的分段查找數(shù)據(jù)無(wú)法提高齒輪的設(shè)計(jì)質(zhì)量，需引入最新的弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)理論。