Проектирование систем управления

Господствующая сегодня технология создания автоматизированных систем управления такова:

▪ специалист, знающий тонкости реализуемой технологии, разрабатывает алгоритм работы системы (обычно –словесное описание);

▪ по результатам анализа задачи (числа и характера информационных объектов – датчиков и исполнительных устройств, их удаленности, требуемых динамических характеристик, требований к пользовательскому интерфейсу, к протоколированию хода процесса и различного рода тревог и т.п.), а также по экономическим соображениям инженер-системотехник разрабатывает структурную схему системы, оцениваются потребные вычислительные ресурсы;

▪ выбирается или разрабатывается аппаратура: контроллер или промышленный компьютер, устройства связи с объектом;

▪ разрабатывается и отлаживается программное обеспечение

С первой, второй и даже третьей задачами вполне может справиться специалист по автоматизации – штатный сотрудник предприятия.

Ключевой момент здесь – четвертая задача, разработка ПО. Для этого во-первых, требуется программист.

Если задачи подобного рода на предприятии не являются каждодневной работой (а чаще всего так и бывает), то программист – человек со стороны, тонкости технологии ему надо объяснять. Во-вторых, насколько бы хорошо ни было продумано ТЗ, неминуемо всплывут неучтенные нюансы, в особенности если процесс автоматизируется впервые. Нюансы всплывают порой неожиданно, а влезть в программу и внести коррективы практически может только сам разработчик, который в это время может быть занят другой работой или вообще откажется от дальнейшего сотрудничества. Так же обстоит дело и с внесением модификаций. В подобных ситуациях неминуемо возникают напряженность в отношении с клиентом, экономические потери и другие неприятности.

В то же время такая ситуация вовсе не является неизбежной. Если системотехнические вопросы можно решить своими силами, то остается дать технологу в руки инструмент, позволяющий изложить свои требования на языке, содержащем описание необходимых логических связок. Кроме того, в его распоряжение очень желательно предоставить средства разработки пользовательского интерфейса – рабочих экранов. Это, по сути, специализированный графический редактор и библиотеки изображений типовых элементов систем.

Таким образом, практически отпадает необходимость в создании ПО в традиционном смысле: надо просто изложить исходные требования немного другими средствами.В этом случае привлечение сторонних или содержание своих программистов перестает быть необходимым: исчезает промежуточное звено, скорость разработки существенно повышается, качество – тоже.

Программные продукты, реализующие эту идею, называются SCADA-системами (Supervisory Control and Data Acquisition system – система наблюдения, сбора данных и управления).

Как уже упоминалось, среди всех проектных работ разработка чертежей, схем и другой документации требует наибольших затрат времени и человеческого труда, при том, что подавляющая часть операций при черчении имеет совершенно рутинный характер. Естественно, что ранние САПРы представляли собой именно чертежные программы.

В ранние времена, при слабых машинах и несовершенных устройствах ввода (ничего лучше сколки не было) бытовала идея типового чертежа, когда изображение детали неизменно, лишь варьируются сведенные в таблицу размеры. Доминирующей она не стала, поскольку разнообразие деталей все-таки слишком велико, хотя создание групповых документов в конструкторской практике – обычное дело.

Разумеется, даже в самых ранних программах графика уже была векторной, т. е. все изображение представляет собой комбинацию из графических примитивов – отрезков, дуг, окружностей, эллипсов, сплайнов, полигонов, ломаных линий (полилиний), штриховок, а также фрагментов текста. Мы уже говорили о том, что только векторное представление позволяет создавать и редактировать изображения с приемлемой трудоемкостью.

В некоторых CAD-программах сначала вычерчивается изображение, а затем проставляются необходимые размеры. При этом размерное число получается таким, как на изображении. В других системах изображение можно практически просто нарисовать, отразив чисто качественные свойства детали. Затем наносятся все необходимые размеры, и изображение автоматически модифицируется в соответствии с назначенными размерными числами.

Такое свойство CAD-программ называется параметризацией, а сама CAD-программа – параметрической. На первый взгляд, ничего особенного, однако параметризация придает CAD-программе новые и очень важные свойства.

Во-первых, редактирование чертежей сильно упрощается и ускоряется.

Во-вторых – и это, пожалуй, дает самый большой эффект - появляется возможность создания системы связанных чертежей, когда несколько параметров назначаются глобальными в рамках проекта. В этом случае изменение размера в одном чертеже приводит к автоматическому изменению этого размера во всех чертежах, с ним связанных – будь то сборки всех уровней или сопрягаемые детали.

Разумеется, при этом возможны коллизии вроде выхода отверстия за контур детали, налезания одной детали на другую и т. п., но в параметрической системе обязательно предусматриваются средства их выявления.

В-третьих, параметризация позволяет менять не только размеры, но и форму конструктивных элементов, вставляя тот или иной в зависимости от значения параметра, что наполняет новым содержанием идею типового чертежа.

Ну и, наконец, она дает возможность делать изображение «на скорую руку» в расчете на то, что точность обеспечится за счет параметризации.