|
|
Аннотации к нашим публикациям Анализ систем управления
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Aнализ современного мирового уровня архитектурных решений в области ЧПУ
Представлен и проиллюстрирован анализ архитектуры систем ЧПУ. Предложена классификация, указывающая на сосуществование на рынке ЧПУ пяти архитектурных вариантов. Показано, что в спектре архитектурных решений наиболее уверенные позиции занимает концепция PCNC. Самая значительная тенденция состоит в развитии и реализации идей открытой архитектуры ЧПУ, которая предоставляет конечному пользователю широкие возможности для внедрения в систему ЧПУ собственных функций.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Интеграция на основе открытого управления и стандарта OPC
Первоначально интерфейсный OPC стандарт был разработан для единообразия связи различных логических устройств, источников данных и периферийных сетей (Fieldbus) с клиентскими приложениями. Успех внедрения стандарта привел к расширению сферы его применения; и в эту сферу попали устройства ЧПУ, системы SCADA, терминальные системы интегрированной технологической среды. Поскольку стандарт OPC оказался в области интересов разработчиков систем ЧПУ, далее рассмотрены проблемы открытого управления на основе этого стандарта.
Архитектура мехатронных систем с ЧПУ
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Архитектура систем типа PCNC
Рассмотрены основные признаки систем ЧПУ нового поколения для мехатронных систем, в числе которых принадлежность к классу персональных систем управления PCNC и использование принципов открытой архитектуры. Отмечены достоинства открытой архитектуры двух-компьютерных и одно-компьютерных систем: гибкость, клиент-серверная организация транзакций, объектно-ориентированный подход на уровне макроструктуры и на уровне технологии программирования. Представлена новая организация системы ЧПУ, в которой модули с традиционными наименованиями имеют новое функциональное и алгоритмическое наполнение и новую программную реализацию. Указана особая роль PC-подсистемы, которая определяет пользовательские характеристики и уровень сервиса для оператора.
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Проблема реального времени
Показано, что системы числового программного управления располагают модулями, работающими в машинном масштабе времени; и модулями, работающими в реальном времени. Все прикладные модули взаимодействуют между собой и нуждаются в диспетчеризации; причем проблемы диспетчеризации близки к тем, которые решаются средствами операционных систем реального времени. Поставлена задача найти способы организации совместной работы всех модулей системы управления в целом. Для этого необходимо рациональное решение проблемы реального времени и построение на базе этого решения диспетчера прикладных программ. В этой связи были исследованы существующие предложения по использованию стандартных и оригинальных операционных систем реального времени. Предложена концепция использования в системе управления расширения реального времени операционной системы Windows NT.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Построение межмодульной коммуникационной среды
Предложен подход к построению коммуникационной среды систем ЧПУ, при котором коммуникационная среда берет на себя проблему интеграции всех модулей системы управления и проблему межмодульной коммуникации. “Компонентный” COM-подход и известные принципы системной интеграции использованы при разработке отдельных модулей системы ЧПУ и на уровне ее макропроектирования; т.е. проблема межмодульной коммуникации решается так же, как и проблема системной интеграции. Компонентный COM-подход поддерживает распределенную систему функционирования, когда модули системы ЧПУ могут работать в разных потоках (threads) и разных системах и выступать в качестве COM-серверов (компонентов) и COM-клиентов.
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Принципы построения удаленных терминалов ЧПУ
Существуют ситуации, когда построение распределенных систем ЧПУ создает дополнительные удобства, а также и ситуации, когда без этого обойтись невозможно. В обоих случаях применяют удаленный (от ядра ЧПУ) терминал, который дублирует основной терминал системы ЧПУ или заменяет его. Особенность удаленного терминала состоит в том, что он может использовать иную платформу; его средства визуализации и управления более лаконичны. При этом должен осуществляться доступ к основным функциям ядра ЧПУ через локальную или корпоративную сети; а быть может, через Internet. Цель работы состоит в рассмотрении принципов разработки удаленных терминалов, которые являются новыми компонентами систем управления.
Задачи систем управления
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Реализация геометрической задачи
Рассмотрена геометрическая задача ЧПУ, важнейшими компонентами которой являются интерпретатор управляющих программ и интерполятор. Показано, как изменились требования к этим компонентам за последнее время: интерпретатор должен быть настраиваем на любую версию кода ISO-7bit управляющих программ; интерполятор должен иметь открытую (расширяемую) архитектуру и допускать любую комбинацию алгоритмов интерполяции. Представлен подход авторов к практической реализации компонентов геометрической задачи.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Реализация логической задачи управления
Предложен новый подход к реализации логической задачи числового программного управления мехатронными системами. В рамках жизненного цикла логической задачи рассмотрены фазы программирования, интерпретации программы и исполнения. На первой фазе представляется важным применение визуальных средств программирования, которые дают оператору инструмент для графической диалоговой разработки программы управления электроавтоматикой; причем, эта программа интерпретируется в исполняемые C++ коды без компиляции в промежуточный язык. При этом изменяется (в сторону существенно большей эффективности) сама структура математического обеспечения системы логического управления.
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Реализация терминальной задачи
Предложены формальная методика и оригинальная инструментальная система для реализации “скелета” терминальной задачи в Windows-интерфейсе. Разработаны два конфигурируемых приложения для редактирования, отладки и моделирования управляющих программ в коде ISO-7bit и на языке высокого уровня. Приложения могут быть включены в состав терминальной задачи или использоваться независимо на персональном компьютере.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Реализация диагностической задачи управления
Современные системы числового программного управления располагают определенными свободными ресурсами вычислительной мощности, которыми необходимо эффективно воспользоваться. Наиболее перспективный способ использования этих ресурсов состоит в создании и развитии подсистемы диагностики, которая в существующих системах представлена весьма слабо. В первую очередь следует диагностировать логическую и геометрическую задачи управления. Предложена концепция виртуальных приборов, построенных по типу ActiveX-элементов, которые позволяют использовать разработанные средства диагностики в различных приложениях, представляющих наибольший интерес для конечных пользователей. Особенности использованного далее COM-подхода и COM-технологии таковы, что разработанные диагностические системы могут быть использованы в любых устройствах ЧПУ.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Проблемы управления электроавтоматикой
Рассмотрены варианты управления электроавтоматикой мехатронных систем с помощью программируемых контроллеров. Отмечена все возрастающая привлекательность программно-реализованных (виртуальных) контроллеров типа SoftPLC. Рассмотрена общая организация управления типа SoftPLC: система понятий в соответствии со стандартом IEC 6133-3; альтернативные структуры клиентской части проекта системы управления; работа серверной части программы управления; объектный подход при управлении электроавтоматикой; особенности управления электроавтоматикой станков с ЧПУ. Отмечены две особенности управления электроавтоматикой станков с ЧПУ: задачи SoftPLC квазипараллельны задачам ЧПУ и работают в одной и той же исполнительной среде; циклы управления инициируются управляющей программой ЧПУ.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М., Перепелкина М.М.
Управление электроавтоматикой станков с ЧПУ по типу виртуальных контроллеров SoftPLC
На очередном витке эволюции программируемых контроллеров появилась и получила заслуженную популярность идея их программной реализации (SoftPLC). Наибольший эффект подобная идея дает в системах ЧПУ, где программное обеспечение виртуального контроллера SoftPLC работает в одной операционной среде с программным обеспечением ЧПУ. В этой связи возникает необходимость построения хорошо организованного и обозримого математического обеспечения виртуального контроллера на основе объектно-ориентированного подхода. Далее рассмотрены те проблемы построения ядра виртуального контроллера, которые не нашли своего отражения в известной литературе.
Новые технологии разработки программного обеспечения систем управления
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Технология объектно-ориентированного программирования
Существуют ситуации, когда построение распределенных систем ЧПУ создает дополнительные удобства, а также и ситуации, когда без этого обойтись невозможно. В обоих случаях применяют удаленный (от ядра ЧПУ) терминал, который дублирует основной терминал системы ЧПУ или заменяет его. Особенность удаленного терминала состоит в том, что он может использовать иную платформу; его средства визуализации и управления более лаконичны. При этом должен осуществляться доступ к основным функциям ядра ЧПУ через локальную или корпоративную сети; а быть может, через Internet. Цель работы состоит в рассмотрении принципов разработки удаленных терминалов, которые являются новыми компонентами систем управления.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Специфика объектно-ориентированного программирования
Технология объектно-ориентированного программирования предлагает некоторый универсальный подход к созданию программного обеспечения, но не учитывает специфику каждой реализации; например, реализации программного обеспечения системы ЧПУ. Для раскрытия специфики объектно-ориентированного программирования системы ЧПУ типа PCNC предложены ее абстрактная модель, объектно-ориентированная модель обобщенного модуля, объектно-ориентированная модель отображения данных. Совокупность подобных моделей позволяет просмотреть ключевые фазы разработки программного обеспечения ЧПУ: анализ, проектирование, реализация. Объектно-ориентированная модель системы PCNC структурирует архитектуру системы, делает программное обеспечение прозрачным и повышает, следовательно, его надежность; упорядочивает процесс разработки, создавая предпосылки формирования среды разработки. Рассмотренные элементы базовых абстракций, классы их объектной реализации, построенные на основе этих классов механизмы, - все это служит основой для создания элементов системы ЧПУ более высокого уровня. К числу таких элементов относятся каналы; оси, закрепленные за этими каналами и т.д.
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Методологические аспекты построения открытых систем ЧПУ
Открытость систем ЧПУ типа PCNC должна быть передана в руки конечных пользователей, которые являются потребителями систем. Одним из вариантов решения проблемы является построение модулей системы ЧПУ по типу открытых языковых процессоров; что предопределяет регулярную архитектуру и конфигурируемую систему команд. Построение открытых языковых процессоров на базе объектно-ориентированного подхода решает проблему совместимости модулей. Ряд проблем разработки открытых систем PCNC может быть решен с помощью системных возможностей Windows NT. При этом возникает возможность использовать отлаженные решения и накопленный опыт; снизить затраты на разработку и повысить общую надежность системы. Стандартные инструментальные средства должны быть также использованы для поддержания открытой архитектуры; они формируют мощную подгруппу в окружении разработки PCNC-системы. Однако они недостаточны; поэтому для формализованных задач необходимо создавать собственный инструментарий. Формирование окружения разработки позволяет предложить комплексное решение проблемы создания открытой системы ЧПУ; при этом конкретные решения закреплены за отдельными фазами процесса разработки таким образом, что охваченным оказывается весь итерационный процесс разработки.
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Tехнология компонентной организации программного обеспечения
Предложена компонентная организация программного обеспечения систем управления. Рассмотрены базовые понятия, представлены методические рекомендации по выбору компонентов и проанализированы сложные случаи создания компонентных моделей в системах управления; в том числе на базе стандартных библиотек MFC и ATL. Установлена приоритетная область использования COM-подхода в системах управления. Отмечена возможность инструментальной поддержки компонентного проектирования на основе формализма Г. Буча.
Документы пользователя систем ЧПУ
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Структура руководства по программированию
Содержание документа по программированию систем управления в основном определяется описанием фазового пространства технологической машины, описанием кода ISO-7bit (общие принципы которого описаны в стандартах DIN66025 и ISO6983), указаниями относительно возможностей повышения языкового уровня кода ISO-7bit, комментариями к использованию подготовительных функций. Код ISO-7bit до сих пор не потерял своего значения и непрерывно развивается за счет пополнения конкретных версий новыми подготовительными функциями. Набор этих функций служит хорошим отражением потребительских возможностей системы управления. Еще недавно классический диапазон G-функций составлял 100, и в этой связи версии кода ISO-7bit для различных систем управления мало отличались одна от другой. Сегодня этот диапазон приближается к 1000. В этой связи поставлена задача рассмотреть некоторые важные особенности расширенных версий кода ISO-7bit, которые обычно опускают при его поверхностном описании.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Конфигурация систем ЧПУ
Обычно производители систем ЧПУ выпускают некоторую базовую модель, которая постепенно эволюционирует; при этом смена базовых моделей осуществляется сравнительно редко. Успех модели зависит от способности ее адаптации к бесконечно разнообразным запросам станкостроителей и конечных пользователей. Возможность адаптации во многом определяется набором параметров конфигурации. Параметры конфигурации являются, по сути, глобальными переменными системы ЧПУ. Значения параметров устанавливают на уровне стыковки с технологическим оборудованием, после чего доступом к изменению значений располагают лишь лица, обладающие на то специальным правом. Технологу-программисту (который входит в группу конечных пользователей) предоставлена возможность временного изменения значений некоторых параметров, в рамках управляющей программы, - с помощью специально ориентированных на то подготовительных функций. Проблема выбора параметров конфигурации (называемых часто машинными параметрами) своего отражения в литературе не нашла. В этой связи была предпринята попытка некоторого обобщения; в том числе был использован и собственный опыт авторов.
Перспективные направления развития
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Новейшие тенденции в области архитектурных решений систем ЧПУ
В работе были проанализированы архитектурные варианты систем ЧПУ, представленных на современном рынке. Дальнейшее наше исследование показало, что варианты, построенные на базе персонального компьютера, развиваются наиболее быстро. Особое внимание уделяют построению открытых систем; построению открытого ядра ЧПУ типа SoftCNC, или Motion Control; построению систем ЧПУ со STEP-NC интерфейсом, в том числе интеллектуальных систем; построению систем с web-доступом. Именно эти варианты послужили объектами дальнейшего рассмотрения
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Понятийный аппарат комплекса производственных стандартов для числового программного управления оборудованием, - ISO 14649 STEP-NC
Стандарт STEP используют для создания информационной модели изделия, работающей на всех этапах его жизненного цикла. Этапы перехода от системы автоматизированного проектирования CAD к системе автоматизированного программирования CAM достаточно хорошо согласованы. Однако внедрение заключительного этапа STEP-NC согласно стандарту ISO 14649 протекает достаточно сложно; более того, многие специалисты высказывают серьезные опасения, что этот стандарт будет отвергнут реальным производством. На наш взгляд, сама идея STEP без ее заключительной фазы во многом теряет свой смысл. В этой связи предлагается серия статей, посвященных решению проблемы с использованием новейших информационных технологий. Серия построена, в основном, на основе собственных исследований авторов. В силу крайне скудной информации о проблеме STEP-NC в отечественной литературе авторы сочли полезным предварить эту серию введением необходимого понятийного аппарата.
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Формализация данных STEP-NC-формата: фаза построения UML модели
Многие станкостроители не принимают стандарт ISO 14649 STEP-NC, опасаясь его сложности. Между тем, проблема состоит скорее в способе внедрения стандарта. Далее предложен путь такого внедрения, основанный на последовательной трансформации моделей и форматов данных с целью определения ключевого набора программных компонентов для работы с данными в стандарте STEP-NC.
Качественные изменения, произошедшие в области моделирования и представления данных, позволили переосмыслить модели форматов данных STEP-NC, которые ранее напрямую использовали язык EXPRES и его графическую нотацию EXPRES-G. Рассмотрена ступень (фаза) трансформация моделей данных из EXPRES в UML-представление.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Методика разработки управляющей программы ЧПУ соответственно стандарту ISO 14649 STEP-NC (Standard for the Exchange of Product model data for NC)
Для построения управляющей программы ЧПУ соответственно стандарту ISO 14649 STEP-NC разработана модель, особенности которой состоят в однозначном соответствии с EXPRESS-моделью и удобном древовидном представлении экземпляра программы на экране системы ЧПУ. В основе такой модели лежит язык XML, а ее разработка поддержана инструментальными средствами XML Spy фирмы Altova. Построенная модель проиллюстрирована описаниями EXPRESS-сущностей и соответствующими XML-схемами. Представлен фрагмент документа модели и текстовый фрагмент управляющей программы на языке XML.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Следящие приводы подачи технологических машин
За последние годы традиционные следящие приводы с позиционной обратной связью претерпели кардинальные изменения. Во-первых, состоялся переход к асинхронному регулируемому сервоприводу во внутреннем контуре следящей системы. Во вторых, следящие приводы стали цифровым и получили стандартный внешний SERCOS интерфейс, который позволил строить сетевые многокоординатные системы. Дальнейшая эволюция коснулась уже собственно SERCOS стандарта, в результате которой он объединился со стандартом Ethernet.
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Перспективные технологии разработки математического обеспечения систем управления: использование регулярных выражений
Формализм регулярных выражений является, по сути, грамматикой фрагмента текста, не затрагивающей синтаксиса контекста. Это обстоятельство позволяет выделить фрагмент, работать с ним независимо, осуществлять поиск вложений фрагментов и разнообразные операции над фрагментами. Опыт, накопленный авторами при разработке математического обеспечения ЧПУ, доказал высокую эффективность и широкий диапазон применения регулярных выражений в этой специфической сфере. В этой связи, традиционные области использования регулярных выражений были расширены, поддержаны методически и инструментально.
Рассмотрена возможность использования регулярных выражений при разработке математического обеспечения систем управления на C++ и C#, исследованы особенности соответствующих библиотек. Разработанная методика в технологии регулярных выражений проиллюстрирована на примерах задачи синтаксического анализа ввода, организации поиска с использованием wildcard-символов и автоматической генерации имен измерения.
Мартинов Г.М., Сосонкин В.Л.
Проблемы использования сплайновой интерполяции в системах ЧПУ при обработке скульптурных поверхностей
Представлены анализ основных типов сплайнов, используемых в системах ЧПУ и обзор их достоинств. Приведены примеры программирования сплайнов в управляющей программе ЧПУ и пример построения постпроцессора. Рассмотрена процедура построения сплайн-контура из отрезков прямых в процессе обработки изделия. Исследована область применения сплайновой интерполяции в производстве.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Тенденции развития архитектуры и математического обеспечения систем ЧПУ
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Модели математического обеспечения открытых систем ЧПУ
Существует достаточно единодушное мнение разработчиков систем ЧПУ, станкостроителей и конечных пользователей, что архитектура систем должна быть открытой. За последние годы был предпринят ряд международных проектов, цель которых состояла в создании модели открытой системы ЧПУ. Результаты проектов можно посчитать достаточно успешным хотя бы потому, что появились многочисленные производители, которые эти результаты практически приняли. Между тем, робкие попытки создать современную отечественную систему ЧПУ свидетельствуют о том, что международный опыт игнорируется. Цель последующего изложения состоит в том, чтобы обратить внимание на ряд интересных решений, которыми можно было бы воспользоваться в практике разработки математического обеспечения ЧПУ. Другая цель заключается в информировании заинтересованной инженерной аудитории относительно реальной архитектуры тех систем ЧПУ, которые поступают в нашу страну по импорту.
Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М.
Мульти-агентная модель открытой системы ЧПУ типа PCNC
|