автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Принципы создания универсальных сред разработки и отладки управляющих программ для систем ЧПУ нового поколения

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ЧПУ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ И

СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ РЕДАКТИРОВАНИЯ И ОТЛАДКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ.

1.1 Современные открытые системы ЧПУ нового поколения.

1.2 Языки управляющих программ систем ЧПУ.

1.3 Инструментальные средства создания и модификации управляющих программ

1.4 Выводы. Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕД

РАЗРАБОТКИ И ОТЛАДКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ.

2.1 Адаптация и конфигурация универсальных сред разработки и отладки управляющих программ конечным пользователем.

2.2 Разработка открытой среды создания управляющих программ как элемента человеко-машинного интерфейса системы ЧПУ.

2.3 Организация интерактивной информационносправочной подсистемы среды.

2.4 Обеспечение производительности и эргономичности среды.

2.5 Разработка архитектуры среды.

2.6 Выводы.

ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ

УНИВЕРСАЛЬНЫХ СРЕД РАЗРАБОТКИ И ОТЛАДКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ.

3.1 Разработка проблемно-ориентированного текстового редактора.

3.2 Построение конфигурируемой виртуальной ISOмашины.

3.3 Отладчик управляющих программ и проблемы построения многопоточных приложений.

3.4 Контекстно-зависимая помощь и справочноинформационная подсистема.

3.5 Выводы.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА КОНФИГУРАЦИИ СРЕД НА РАЗЛИЧНЫЕ

ВЕРСИИ ЯЗЫКА ISO-7BIT.

4.1 Уровни абстрагирования языка ISO-7bit.

4.2 Описание «свободного» DIN (ISO) языка и форматы конфигурационных файлов виртуальной ISO-машины

4.3 Инструментальные средства разработки конфигурационных файлов.

4.4 Выводы.

Радикальное увеличение производительности аппаратуры вычислительных систем оказывает мощное влияние на темпы развития ПО. Возрастает уровень сервиса, предоставляемого ОС, совершенствуется интерфейсы пользователя, требования к гибкости, открытости, масштабируемости систем и работе ОС в РВ становятся нормой.

Всё это инициировало очередную смену поколений систем ЧПУ, радикально изменившую их потребительские свойства, архитектуру и математическое обеспечение. Современная система ЧПУ может функционировать как в составе ГПС, так и автономно, что подразумевает высокую активность оператора непосредственно в цеху. В связи с этим система ЧПУ должна располагать не только развитым интерфейсом пользователя, но и необходимым оператору инструментарием, в том числе для разработки УП. В современных системах ЧПУ в качестве языка УП наиболее распространены различные модификации кода 180-7ЬК, что предопределяет ориентацию инструментов разработки УП именно на особенности синтаксиса и семантики этого языка.

В этой связи, целью настоящей работы является формирование новых подходов и новой архитектуры построения эффективных сред разработки и отладки УП на языке 1вО-7ЬИ: и практическая реализация этих сред.

Научная новизна работы состоит в следующем:

• впервые предложено строить высокопроизводительные среды разработки УП, конфигурируемые на версию языка УП с необходимой методикой и инструментальной поддержкой;

• разработан механизм «сообщающихся файлов» для обеспечения высокой производительности при работе с текстовыми файлами большого объема (порядка сотен мегабайт);

• предложена методика разработки интеллектуальной информационно-справочной подсистемы среды разработки

УП;

• Создана архитектура открытой среды разработки УП;

• Предложен механизм отладки УП на языке ISO-7bit по типу программ на языке высокого уровня;

• Предложена формальная многоуровневая модель языка УП ISO-7bit;

К практическим результатам работы можно отнести:

• разработку, тестирование, документирование и выпуск в виде законченных продуктов ряд версий сред разработки УП для различных ОС и различных языков;

• создание серверного модуля, реализующего полное множество функций среды разработки УП, предназначенного для внедрения в человеко-машинный интерфейс (Man-Machine Interface, MMI) системы ЧПУ сторонних производителей;

• сокращение затрат на разработку УП за счет достижения наиболее высокой из известных систем скорости работы с текстовыми файлами большого объёма;

• построение инструментария для конфигурирования сред разработки УП на любую версию языка УП ISO-7bit.

Работа выполнялась на протяжении 1996 - 1999г.г. на кафедре «Компьютерные системы управления» МГТУ «СТАНКИН», под руководством проф. д.т.н. Сосонкина В.Л.

Основные выводы и результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:

1) Анализ работы операторов систем ЧПУ показал, что процесс построения УП в средах разработки и отладки УП носит интерактивный характер и предъявляет высокие требования к производительности и эргономичности сред.

2) Установлено, что необходимыми принципами построения современных универсальных сред разработки и отладки УП являются принципы: адаптации и конфигурируемости, открытости, высокой производительности, эргономичности и интерактивности.

3) Показано, что обеспечение адаптации и конфигурируемости интерфейса пользователя достигается реализацией у классов элементов интерфейса свойства персистентности, т.е. сохранения и загрузки текущих характеристик с учётом устойчивости к некорректным данным. Существенное упрощение процесса локализации среды разработки и отладки УП достигается вынесением ресурсов среды в отдельные динамические библиотеки.

4) Определено, что реализация среды разработки и отладки УП в виде серверного модуля со стандартизованным интерфейсом обеспечивает её открытость для разработчиков человеко-машинного интерфейса системы ЧПУ. Поддержка механизма однородной передачи данных ActiveX UDT обеспечивает открытость среды по отношению к внешним приложениям. Соответствие современным стандартам интерфейса пользователя среды разработки и отладки УП обеспечивает открытость среды по отношению к пользователю.

5) Высокая производительность среды разработки и отладки УП может быть реализована за счет её построения на базе архитектуры «документ-представление», дополненной механизмом сообщающихся файлов со сквозным кэшированием дисковых операций.

6) Установлено, что минимизация режимов редактирования и включение в состав среды разработки и отладки УП конфигурируемой панели адресов повышают эргономичность среды.

7) Показано, что интерактивность процесса разработки УП в среде достигается за счет выделения отладки УП в отдельный режим, в котором УП рассматривается как программа на языке высокого уровня. Режим отладки УП должен иметь подрежимы непрерывной и пошаговой верификации, возможность установки точек останова в произвольных кадрах УП; возможность пропуска для отдельных кадров как верификации, так и отображения траектории.

8) Доказано, что включение в состав среды разработки и отладки УП виртуального объекта управления - конфигурируемой 180-машины - реализует свойство конфигурируемости среды на конкретную версию языка 180-7Ы1

9) Установлено, что практически любая версия языка УП в коде 180-7Ьй может быть распределена между несколькими уровнями абстракции. Уровни абстракции предопределяют структуру платформонезависимой подсистемы 180-машины, что позволяет настраивать её на язык 180-7Ьй. Настройка выполняется загрузкой в конфигуратор виртуальной 180-машины конфигурационных файлов. Для разработки конфигурационных файлов целесообразно применять специализированное инструментальное средство - редактор конфигурационных файлов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Сосонкин В.Л. Концепция системы ЧПУ на основе персонального компьютера PCNC. // Станки и инструмент. - 1990. - №11. - с. 9-14.

2. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Современное представление об архитектуре систем ЧПУ типа PCNC // Автоматизация проектирования. 1998. - №3. - с. 16-23.

3. Сосонкин В.Л. Взгляд на предстоящую эволюцию устройств ЧПУ // Станки и инструмент. 1992. - №9. - с.27-32.

4. Сосонкин В.Л. Программное управление технологическим оборудованием: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1991. -512с.

5. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Принципы построения систем ЧПУ с открытой архитектурой // Приборы и системы управления. -1996. №5.-с. 18-21.

6. Сосонкин В.Л. Персональный компьютер как архитектурный компонент «персональной системы управления» // Станки и инструмент. 1993. - №5. - с. 2-7.

7. Сосонкин В.Л. Задачи числового программного управления и их архитектурная реализация // Станки и инструмент. 1988. - №10. - с. 39-42.

8. Сосонкин В.Л., Соколов А.Н., Тучинский Я.Ф. Архитектурная концепция устройства ЧПУ на базе персонального компьютера // Приборы и системы управления. 1990. - №5. - с. 5-7.

9. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Концепция геометрического ISO-процессора для систем ЧПУ // Станки и инструмент. 1994. -№7. - с. 12-20.

10. Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л. Управление гибкими производственными системами. М.: Машиностроение, 1988. -352с.

11. Сосонкин В.Л. Концепция персональных систем управления в реальном времени // Приборы и системы управления. 1995. -№7. - с. 15-17.

12. Сосонкин В.Л. Разработка диспетчеров для систем управления с персональным компьютером // Приборы и системы управления. 1995. №2. с. 14-18.

13. Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Построение персональных систем ЧПУ (PCNC) по принципу открытых систем // Информационная техника и вычислительные системы. 1997. -№3. - с. 68-75.

14. Мартинов Г.М. Открытая система ЧПУ на базе общей магистрали //Автомобильная промышленность. 1997. - №4. - с. 31-34.

15. Соломенцев Ю.М., Митрофанов В.Г., Протопопов С.П. и др. Адаптивное управление технологическими процессами М.: Машиностроение, 1980. - 536с.

16. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд.: Пер. с англ. М.: «Издательство Бином», СПб: «Невский диалект», 1998. - 560с.

17. Страуструп Б. Язык программирования С++, 2-е изд.: Пер. с англ. К.: "ДиаСофт", 1993. - 412с.

18. Pritschow G. Automation technology on the way to an open system architecture // Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. -1990. Vol. 7. - № 1/2. -c. 21-27.

19. Kiel E., Schierenberg O. Sercos-lnterface-Controller Electronics. -1992. №2. -218c.

20. Рихтер Дж. Windows для профессионалов: Программирование для Windows 9,5 и Windows NT 4 на базе Win32 API. Пер. с англ. М.: Издательский отдел «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997, -712с.

21. Хухлаев Е. Операционные системы реального времени и NT // Открытые системы. 1997. - №5. - с. 48-51.

22. Рыбаков А. Архитектура современных промышленных систем // Открытые системы. 1998. - №3. - с. 24-32.

23. Жданов A. NT реально ли реальное время? // Открытые системы. - 1998. - №2. - с. 25-29.

24. Калядин A. Windows NT для встраиваемых приложений // Открытые системы. 1998. - №2. - с. 15-19.25. вэн Дам Э. Пользовательские интерфейсы нового поколения // Открытые системы. 1997. - №6. - с. 34-37.

25. Open architecture extends capability // Metalworking Production.1994. №4. -c. 17-21.

26. Basa J. CAD/CAM software's in practice. // Proc. of the Int. Conf. «INTERTECHNO'90», 11-14 Sep. 1990, Budapest. Budapest-Scientific Society of Mechanical Engineers, 1990. - c. 56-71.

27. Зориктуев В.Ц., Чикуров Н.Г. Архитектура модуля интерполяции. Уфа: УГАТУ, 1998. -21с.

28. Ресурсы Windows NT Workstation 4.0. СПб.: BHV - Санкт -Петербург, 1998. - 800с.

29. Сетевые средства MS Windows NT Server 4.0. СПб.: BHV -Санкт - Петербург, 1997. - 880с.

30. Беннет Д., Маконин С., Мейфилд В. и др. Visual С++ 5.0. Руководство разработчика. Пер. с англ. К.; М.; СПб.: Диалектика, 1998. - 768с.

31. Калверт Ч. Borland С++ Builder. Энциклопедия. Пер. с англ. - К.: Издательство «ДиаСофт», 1997. - 848с.

32. Windows Interface Guidelines for Software Design. Microsoft press,1995. 132c.

33. QNX System Architecture. QNX Software Systems Ltd., 1997. -28c.

34. Иванов A.H., Золотарев C.B. Построение АСУ ТП на базе концепции открытых систем // Мир ПК. 1998. - №1. - с. 40-44.

35. Automation System for Machine Tools. Catalog NC 60.1. Siemens Aktiengesellschaft. April 1994. 67c.

36. Automation System for Machine Tools. Technical Information. Catalog NC 60.2. Siemens Aktiengesellschaft. April 1994. 43c.

37. Rembold U., Nnaji В., Storr A. Computer Integrated Manufacturing and Engineering. First printed in England. Addison-Wesley Publishing Company. 1993. 640c.

38. Коваленко В. Современные индустриальные системы // Открытые системы. 1997. - №3. - с. 29-34.

39. Wayne Labs Special Report. MS Windows: In Control? // Instrumentation & Control System magazine. 1998. - №7. - c. 31-41.

40. Cleaveland P. Windows NT for real-time control: Which way to go? // Instrumentation & Control System magazine. -1997. №10. - c. 11-19.

41. Albert M. Pushbutton NC Programming, NC Programming The Key To Cycle Time Reduction // Modern Machine Shop Online. 1997. -№7. -c. 21-23.

42. Beard T. Moving CAM To The Shop Floor // Modern Machine Shop Online. 1996. - №1. -c. 13-16.

43. PA 8000 Operating Manual Edition. Power Automation. 1995. -831c.

44. Making CNC Turning Easier // Modern Machine Shop Online. 1998.- №4. c. 31-35.

45. Open-Architecture CNC Closes Servo Loop In Software // Modern Machine Shop Online. 1997. - №7. - c. 21-24.

46. Albert M. Software Is The CNC. // Modern Machine Shop Online. -1997.-№11.-c. 17-19.

47. Lynch M. Methods For CNC Programming // Modern Machine Shop Online. 1998. - №6. - c. 27-31.

48. Lynch M. Parametric Programming For CNC Machine Tools & Touch Probes. Published by The Society of Manufacturing Engineers, 1997,- 333c.

49. Heimpel W., Natterer W. Anlog-C Reference Manual Release 25.10.95. Wasserburg: Andron GmbH, 1995. - 264c.

50. Евгенев Г. Б. Основы программирования обработки на станках с ЧПУ М.: Машиностроение, 1983. - 304с.

51. NC Programming Utilities: Ne Editor // Machine Shop Solutions. -1997. №4. -c. 21-23.

52. Introducing Inplot. ¡-Logic Software, 1998, 112c.

53. The Most Effective 32 Bit CNC Editor and Backplotter. Ascendant Technologies, 1997. -28c.

54. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М., Зоненштейн И.И. Универсальная среда AdvancEd для редактирования отладки и моделирования программ ЧПУ в коде ISO-7bit (любой версии) // Станки и инструмент. 1998. - №12. - с. 42-43.

55. Lewis С., Rieman J. Task-Centered User Interface Design. A Practical Introduction. Shareware book, 1994, 125c.

56. Morch A. Adaptation through End-user Tailoring // Adaptability in Object-Oriented Software Development Workshop. Tenth European Conference on Object-Oriented Programming, Linz Austria, 1996. -c. 79-84.

57. Encarnaçâo M. Concept and realization of intelligent user support in interactive graphics applications. Berlin, 1997. - 183c.

58. Сухомлин В. Методологический базис открытых систем // Открытые системы. 1996. - №4. - с. 48-51.

59. Открытые системы: концепция или реальность // Открытые системы. 1993. №4. с. 53-59.

60. Райков А. Открытые системы для открытых проблемных областей // Computerworld. 1996. №30. с. 3-6.

61. Чеппел Д. Технологии ActiveX и OLE. Пер. с англ. М.: Издательский отдел «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1997. -320с.

62. Vauthey P. Une nouvelle approche du développement: la programmation par differences. SOLERI-CIGEL, 1996. 3c.

63. Brockschmidt K. Inside OLE, Second Edition. Redmond, Washington: Microsoft Press, 1995. 912c.

64. Шилдт Г. MFC: основы программирования. Пер. с англ. К.: Издательская группа BHV, 1997, - 560с.

65. Hobbs В. White Papers: Designing Information for Intranets. Digitext, 1998. 13c.

66. Деннинг А. ActiveX для профессионалов. Пер. с англ. СПб.: Питер, 1998. - 624с.

67. Крокет Ф. MFC. Мастерская разработчика. Пер. с англ. М.: Издательский отдел «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1998. -400с.