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1、1Qt:The Perfect Framework for Industrial ApplicationsThe Qt Company The Perfect Frameworkfor Industrial Applications优秀的工业应用开发框架EBOOK目录序言 3什么是工业应用?4为什么 Qt 是理想选择?5真实案例:派克汉尼汾(Parker Hannifin)6真实案例:德玛吉森精机(DMG MORI)7软件趋势:在工业上有什么热点?8The Qt Company优秀的工业应用开发框架3序言Qt 已成为开发工业应用的强大框架,并成为工业应用领域内最值得信赖的框架平台之一。近二十年
2、来,制造商一直依赖 Qt 打造日益复杂的系统,最大限度地延长产品无故障运行时间和提高产品可靠性。但当前工业应用市场在精简设计流程、多目标部署、远程浏览器访问、新协议接入支持等方面提出了更多需求。在这些方面,Qt 持续保持行业领先地位,每个新版本都会聚焦行业需求、添加有针对性的新功能。在本电子书中,我们关注工业市场的最新趋势,并解释为什么 Qt 有助于公司应对这些趋势。我们还将研究几个公司使用 Qt 实现业务目标的成功案例。阅读完本电子书后,如果您对 Qt 如何解决工业需求的细节感兴趣,推荐阅读我们的另一本电子书Qt 工业应用的基本要点。The Qt Company优秀的工业应用开发框架4什么是
3、工业应用?Qt 应用程序在多个领域存在共性,因此对于“工业应用”一词,我们在本书中采用了以下相对宽泛的定义:用于安装、设置、优化或操作设备 配备在嵌入式系统、桌面应用程序、可穿戴设备、移动/平板电脑、网关、无屏设备或其任意组合上 作为边缘设备或在物联网(IoT)系统中管理边缘设备 要求极高的可靠性和灵活性,具有高可用性和功能安全的要求,遵守 IEC 61508、IEC 62304 或 ISO 26262 等安全标准。这一定义不但包括传统的工业应用,如 SCADA、过程控制和使用传统硬件(如 PLC 或 CNC 的机器)的远程操作。也包括通过平板电脑结合配套 APP 来配置的音响系统、用户操作的
4、电动汽车充电站、工业网关、库存管理和可佩戴腕带。从工业到基础设施,市场上的大多数应用程序都有类似的软件架构。这一现状使得 Qt 能够应用于电子、船舶、制药、智能建筑、仓储、农业、智慧城市、设施管理、电力/配电、HVAC、机器人和制造系统等诸多领域。LAN/WANThe Qt Company优秀的工业应用开发框架5提及跨平台开发,像 HTML5 这样的工具不是也适用吗?这个说法没错,但有许多技术原因使得 Qt 在工业应用上优于HTML5。Qt 框架建立在几十年稳健发展的基础上,因此更加可靠、稳定。凭借本身的 C+性能,Qt 提供了流畅的用户界面和平稳的设备控制。此外,Qt 应用程序比网页应用程序
5、更加安全。我们将在Qt 工业应用的基本要点电子书中更详细地介绍这些特性。Qt 如何成为主导者?驱动全球软件业发展的因素,同样也在影响着工业市场:日益增加的应用程序复杂性,新 UI 对丰富性、动画性和易用性的要求国际化和个性化跨多平台的高性能功能安全性和高可靠性要求在一个公共平台上满足所有需求因为被各行各业广泛使用,二十多年来 Qt 不断从众多最佳实践中获得灵感和经验,针对全世界的需求对许多环节进行了改进,受益良多。为什么 Qt 是理想选择?Qt 是一个跨平台开发框架,无需或只需修改少量底层代码,就可以在各种操作系统以及软硬件平台上运行,同时仍然是具有原生功能和速度的原生应用程序。而且这还只是对
6、初学者而言,Qt 成为工业应用的理想框架还有以下原因:它是拥有最大规模开发者社区的用户界面框架之一,这意味着有大量相关案例、软件库、培训工程师以及为它提供支持的公司。非常活跃的贡献者,支持最新的 CPU、主板、显示系统、外围设备和通信协议 支持多种显示技术选项,包括 widget-based、声明式编程、3D 和混合显示技术 允许开发者用一个工具构建完整的 UX Qt 拥有功能强大的集成开发环境(IDE),使开发者可以轻松创建、分析、调试和优化应用程序 支持涵盖大多数自动化领域应用(如制造业、楼宇自动化、工业物联网)的多种协议 对多种主板和操作系统以及混合嵌入式、桌面和移动设备的跨平台支持Th
7、e Qt Company优秀的工业应用开发框架6真实案例:派克汉尼汾(Parker Hannifin)派克汉尼汾是全球运动与控制技术及系统的领先制造商,为农业、建筑、林业、货物装卸和运输等行业的移动机械提供精密工程的解决方案。派克汉尼汾向重型机械制造商直接销售电子控制系统和仪器仪表,后者又将其集成到卡车、起重机、公共汽车和拖拉机上。该公司发现客户常为如何将他们复杂的软件集成到行业专用的舱内显示器中而苦恼。而且,由于系统需要针对多个独立系统对显示设备进行衍生,不仅最终用户操作更加困难,而且制造成本也更高。为了帮助客户创建更友好的用户界面,能更快将移动装置推向市场,派克汉尼汾决定开发一个工具,允许
8、制造商从大量预构建并经过测试的组件中简单而快速地组装定制应用程序。该工具用于创建一套软件,该软件可以与多个卡车设备通信,运行于触摸屏设备上,使用统一的用户界面。另一个明确要求是工具必须简单易用。派克汉尼汾决定使用 Qt,因为它可以创建具有可定制程度高、美观的用户界面,并具有强大的高级声明式编程脚本语言(QML),方便制造商使用,并且可以轻松访问底层硬件,如 J1939 总线。在 Qt 专业服务团队的协助下,派克汉尼汾整合 Boot to Qt和 Qt Creator,开发了 Parker Application Designer。利用 Qt IDE 的内置功能,他们直接将 Qt Creator
9、 整合入工具中,并为不同设备定制了一套应用程序库,能为定制的界面外观提供若干样式表和主题。提供基于应用程序的平台可让单个仪表显示器实现控制单台机械的功能,更方便最终用户,且相对简便、经济,派克汉尼汾也由此能以单个模块实现所有软件的更新、调试和开发。现在,制造商通过拖拽界面、简单的高级 QML 脚本就能整合复杂的仪器显示,而无需深入研究复杂的编程。“用 QML 编程的效果真是令人惊叹,它的易用性和效率让我们很惊讶。我一开始用就有这种感觉,之后更是不断增强。QML 为我们的软件提供了坚实的基础。”Tommi Forsman 派克汉尼汾首席工程师The Qt Company优秀的工业应用开发框架7真
10、实案例:德玛吉森精机(DMG MORI)德玛吉森精机是全球领先的机床制造商。产品范围包括车铣机床、超声波、激光技术、增材制造等先进技术,以及自动化和完整的技术解决方案。德玛吉森精机在航空航天、汽车、模具、医疗等主导产业中占据技术优势。他们还有“工业服务”,即提供大量客户导向的服务,包括涵盖整个设备生命周期的培训、维修、维护和备件服务。基于 App 控制和操作的软件 CELOS、领先的技术和强大的工具使德玛吉森精机引领工业 4.0 的浪潮。一万多台德玛吉森精机设备已安装了CELOS,并投入市场。德玛吉森精机需要简化操作人员、技术人员和管理人员的复杂工作流程,并引入完全数字化和无纸化的流程。为了实
11、现这一目标,德玛吉森精机使用 Qt 为他们的所有设备构建了一个基于 App 的用户界面,名为 CELOS。它能提高可用性 即使对于训练有素的操作人员来说也是如此 通过使用吸引人的用户界面使显示屏便于理解和使用。凭借 C+的速度和可靠性,它能够实时处理和操作数据,这对控制精密铣削设备至关重要。凭借 Qt 的跨平台优势,德玛吉森精机只需一个开发团队就能为产品创建嵌入式版本和 PC 版本。The Qt Company优秀的工业应用开发框架8移动设备的影响苹果 iPhone 和安卓智能手机等便携设备的普及提升了消费者对于易用性、功能性和即时性的期望。移动设备上的日常交互改变了人们对人机交互界面的认知
12、工业应用亦不能免俗。为此,Qt 通过使用触摸屏、手势控制和触觉控制实现现代化应用程序开发,支持应用商店和符合直觉的动画。借助 Qt,开发者能够构建一个响应迅速、美观的 HMI,让最终用户能像使用智能手机那样愿意操控设备。设备集成和远程访问由于人们越来越期望他们的工业设备具有类似智能手机的操作界面,许多制造商都在智能手机或平板电脑上开发能操控设备的 App。其他制造商则为他们的设备开发了“响应式”网页界面,实现在桌面或移动设备上轻松使用,而不需要安装应用程序。这两种方式都可以通过个人设备实现人与大多数工业系统的交互,实现工业设备的现代化、可交互和个性化。软件趋势:在工业上有什么热点?一些人认为,
13、工业应用软件开发在过去几十年里没有多大变化。这话部分成立,这个行业对于消费者许多心血来潮的需求有很强的滞后性,但也有激增的新需求,比如对新协议的支持、可视化和图表的需求、客户对国际化的需求、触摸屏和虚拟键盘、易于理解的仪表板以及远程浏览器访问。这些特性则是由众多市场潮流驱动的,他们影响工业软件的观感,以及他们开发和构建的方式。设备和工业应用如何选择开发一个配套 App,还是一个设备的远程控制网页?以下是制造商为什么将其工业应用与个人设备绑定在一起的几个原因:不方便看显示器 自动调温器、HVAC 控制器或报警系统 复杂的设置和配置 音乐厅音频系统、实验室自动化设备或 CNC 机器 非常简化或没有
14、显示器 网关、泵或路边传感器 要求精细的诊断汇总功能 汽车系统、发电厂或生产线 要求移动巡检 医疗设备、安全系统或危险作业机器人Qt 以其创建跨平台应用程序的能力而闻名。为嵌入式系统开发的主界面代码,可以非常方便地生成配套 App。这种高效利用公共库的方式不仅节省时间,而且有利于共享外观和体验。如果您选择走“无应用程序”设备托管的网站路线,也很容易通过 Qt WebGL 或 Qt 兼容的 Web Assembly 将支持远程浏览器的界面绑定到您的工业应用程序中。The Qt Company优秀的工业应用开发框架9产品上市时间压力消费类电子和移动 App 版本发布间隔只有几周甚至可能只有几天。这
15、使得客户越来越无法忍受为了重要 Bug 的修复或添加关键功能而等待半年或一年。这不仅促使工业软件开始努力缩短开发周期,也催生了对软件无线更新(OTA)的需求。借助 Qt Quick 和 QML,Qt 非常适合快速原型开发。虽然不存在既能缩短开发周期、又能保持质量的灵丹妙药,但 Qt 有一个强大的解释性语言框架,使开发者可以在相当短时间内轻松地开发、测试以及调试代码。缩短开发周期的另一个重要部分是改进设计师和开发者之间的工作流程。借助 Qt Design Studio 和 Qt 3D Studio,用户界面设计师可以使用强大的可视化工具构建 HMI,并使这些素材能够被开发者直接使用。这减少了设计
16、师和开发者之间因不同的、不兼容的工具而产生的来来回回的折腾。商用软件和开源软件对于开发者来说,每增加一个新功能就要重新发明轮子毫无意义 这不仅大大增加了新应用程序的开发成本,还可能引入了其他已修复的 Bug 和性能问题。这就是为什么几乎每个项目都会大量并入其他库、组件和应用程序,这些库、组件或应用程序要么是商用软件要么是开源软件。几乎每一个开源库,无论用何种语言,都提供了一个C/C+API,Qt可以轻松地对接这些库并使用它们的接口。为了在开源和闭源代码混合开发时更好协调复杂的使用许可,Qt 框架具有多个软件许可,并预集成了许多常见的许可遵从工具。The Qt Company优秀的工业应用开发框
17、架10云计算将功能迁移到云中是工业应用程序中一个恒久的主题,客户提出这一要求主要出于两个原因。首先,它支持同时对所有已部署硬件进行 Bug 修复和功能更新 更新云服务器,无需客户组织大规模停机实现现场设备的自动更新。第二个原因是,将数据放入云中实现在所有客户现场和设备之间共享数据,从而大大简化了同步和拷贝的问题。Qt 可用于访问各种云服务或数据库,例如 REST 和SOAP/WSDL APIs。就算那些在 Qt 中不能直接包含的库也肯定会有一个 C/C+API 轻易地集成进来。数据可视化许多工业系统会生成海量数据,分析这些数据及极其困难、乏味,或需要经过专业培训。因此,许多系统使用数据可视化方
18、法来发现问题、识别模式或者标记失效,特别是在涉及预见性维护的领域。Qt 提供了一个库,使用 3D 方式实现数据可视化,具备柱状图、散点图和曲面等标准图形。官方提供大量的示例展示了如何创造性地使用 Qt 数据可视化库。摆脱平台束缚桌面应用不外乎有三种:Windows、Mac 和 Linux;手机不是 iOS 就是安卓;而嵌入式硬件就像沙滩上的沙粒一样多。无论从哪个角度看,如今把自己锁在一个硬件或操作系统平台上就是自杀。开发平台移植时几乎不需要修改代码的灵活软件是风险最小、收益最大的途径。Qt 擅长创建跨平台代码 这是它声名远扬的特点之一。Qt 同样支持所有桌面和移动版本,通常来说,Qt 是各种片
19、上系统芯片(SOC)或图形处理单元(GPU)上首选的图形框架。大家的互联网+工业互联网+工业的应用不仅使客户受益,也让制造商因能持续访问客户数据而获益:深入了解用户的使用习惯,以便不断改进产品,并预测用户需求 根据匿名收集到的数据及其分析设计、开发新产品 基于数据的服务(例如预见性维护或故障诊断)可逐步扩展或商业化The Qt Company优秀的工业应用开发框架11BOM 成本无论多么特殊的应用场景,成本问题永远都是不可回避的问题。然而,随着经济全球化,低成本国家的产品以其价格优势陆续涌入那些传统高利润率地区。这意味着为参与全球市场竞争,即使产品具有独一无二的特性,遏制和降低成本的压力也将持
20、续存在。使用 Qt 不能像变魔术一样大幅减少您的物料(BOM)成本。那它是如何实现减少成本的呢?在开发高性能低内存消耗的应用程序方面,Qt 完胜其他框架。这也就是说与使用其他框架创建的应用程序相比,Qt 可以让您选用更低功耗的 CPU、更少的 RAM 芯片或更小的闪存磁盘。方便开发者开发者一直被要求更快开发更多的功能,当然Bug要尽可能少。效率至上。Qt 代码不会自动生成。但 Qt 可以让开发者用简洁的语句编程,节省开发者的时间和脑力。虽然工业市场可以细分为数千个不同的应用领域,但可以肯定的说,近年来自动化领域的整体关注度有了显著的增长,涌现出诸多新需求,如远程访问、网络连接、消费级的界面等。
21、Qt作为跨平台应用软件框架,明确地提出了面对这些市场趋势和挑战的解决方案,同时也比较容易学习和上手。如果您想了解Qt 应对工业挑战的更多细节,推荐阅读我们名为Qt 工业应用的基础要点的白皮书。缺少 Qt 开发者?担心找不到熟悉 Qt 的开发者,完全没有必要:目前全球有 70 多个行业的 100 多万开发者正在使用 Qt。Qt公司开发并发布符合商业许可证和开源许可证要求的Qt开发框架。我们实现了一套代码可以在所有操作系统、平台和屏幕类型上部署,从台式机、嵌入式系统到可穿戴设备、移动设备。目前,全球约 100 多万位开发者正在使用 Qt。作为领先的独立技术,Qt 支撑着数百万设备和应用程序的开发和运行,是车载系统、医疗设备、工业自动化设备、数字电视/机顶盒和其他业务关键型应用程序制造商的首选平台,已获得全球 70 多个行业领先厂商的青睐。Qt 公司总部位于芬兰埃斯波,在纳斯达克赫尔辛基证券交易所上市,全球拥有近 300 位员工。获取更多信息,请关注微信公众号:Qt 软件。2018 Qt 公司 版权所有