基於構架7構件復用的開放式數控系統研究

2022-10-16 11:45:10 字數 4768 閱讀 3170

此外,構件也被引以為例到可以再度使用的資料通訊元件中,這不同於一般的構件。推出了數控系統的刻面模組分揀、表達、儲存和檢索系統。結合上述各種有用資訊,綜合開發,構建出開放式數控系統平台。

支援這個平台的開放式數控系統的開發流程包括兩個相關課程:數控重用元件開發、這些重用元件與應用系統的建設。此外,數控應用系統在ms—windows上的實時應用能力可以通過這個平台檢驗。

關鍵詞:數控,開放式,元件,軟體重用,域工程

1.簡介

由於硬體技術的雙快速發展,電腦數值控制系統的複雜性提高,與第三方軟體提高的要求相適應,開發商頻繁的跳槽,及技工兄弟間割喉式的競爭等原因, 數控系統的製造商不得不盡力去不斷提高自己系統的質量和縮短該產品的開發時間,因此,開放架構正成為數控技術當前的發展趨勢,且其主要問標是要建立乙個統一的識別系統平台。與開放式平台的發展相比,cnc應用系統將更加模組化和靈活化,因此,這一系統的使用者將可以選擇功能模組,甚至整合、修改、拓展系統功能,以滿足不同的應用要求。關於開放式數控系統一系列意見可以總結如下〔1-4〕:

(1)開放式數控系統具有靈活的硬體和軟體。因此,它不僅允許硬體改變其基本配置而ii也允許軟體修改各級控制。

(2) 乙個開放式數控系統提供了即插即用相容的真正意義。

(3) 乙個開放式數控系統的標準化,允許第三方開發能滿足其要求的新的硬體和軟體。

(4)開放式數控系統有能力融入與這個標準相同水平的其他成分,還可以共享資料中的主要成分。

(5)開放式數控系統可以同其他系統在系統水平上一致。

鑑於上述原因,我們把為專用數控域建立開放式數控系統模型作為可行的方法視為自然,但在另一方面,軟體重用是應用軟體開發過程中,特別是在同一領域更深程度的應用,因為新的制度一向與前一期關係非常緊密〔5〕。。所以軟體構架的重要性正在得到承認。近年來建築7元件技術在眾的軟體重用技術中發展迅速〔6,7〕。

基於上述觀點,本文主要對開放式數控系統及軟體構架/構件復用技術,開放式數控系統的結構和開發的數控系統的整合平台進行研究。

軟體架構是指總體結構設計和抽象的系統說明的劃定。這是乙個對軟體系統的組成,結構和工作方式的巨集觀描述。簡而言之,軟體構架描述了元件及系統中元件間的內在聯絡。

軟體開發基於構架把其重點從典線轉向較大粒度的建築元素(例如,元件),以及整體結構相互之問的這些元素。發展的基調是構築重用的軟體體系結構;它強調分析與設計的重用,而不是限制**的重用。

元件是乙個功能上相對獨立的單位。它可以清晰分辨,在軟體系統中可重複使用。這可能是一類,一類樹、框架、或普通艙。

隨著對軟體重用概念的嵌入式理解, 元件成分已不再侷限於**元件,而是擴充套件到需求、結構、檔案、測試計畫、測試用例和資料,以及其他有關開發啟用的有用資訊。

基於構架7構件技術的軟體重用包括兩個相關過程:可重用元件的開發和包含可重用元件的應用系統的開發。軟體體系結構7元件技術在發展的過程的功能可以表示成圖1。

首先,通過域工程方法可以分析特殊領域,並且能得到這個特殊域的軟體架構。然後元件開發的程序、分揀和儲存,都可用這個架構來引導。當乙個新的應用系統需要發展的時候,一些相關元件被從領域構件庫或其他一般元件庫中搜出和提取出來,緊接著那些合適的元件將通過挑選和改良以適應系統,最後,這些元件被組裝在乙個新的應用系統中。

開放系統技術的第一條原則是在系統開發過程中應用介面標準,在此時按介面標準去實現。這為系統開發的設計決策和系統演化提供了乙個穩定的基礎,同時還保證了系統間的相互操作〔8〕。

從20世紀80年代起,開放式數控系統的研究專案巳在世界各國紛紛展開研究, 其中一些還具有很大的影響力,美國的omac,歐洲的osaca和日本的osec。osaca 通過通訊系統實現工作領域間的資料通訊,其系統模型是基於分層結構,每乙個功能模組的應用系統和內部執行機制的所有資料結構的基礎上,該模組的這些資料結構必須定義徹底它需要複雜的配置系統,以建立並維持鬆散的應用系統的拓撲結構。

圖1.軟體構件乂元件在開發過程中的功能現在,軟體復用技術能最好的支援開放式體系,尤其是符合介面標準的部件, 可以利用「插頭發揮」法容易地整合到系統,這是乙個重新利用的黑匣子。這樣, 元件可以獨立發展,報據介面標準。

這就是有名的實現數控系統的開放即基於構架丨構件技術的軟體重用的潛在途徑。數控系統的開放與軟體的重新利用出現的偶然性可見如下三個方面:

(丄)在舊版本的基礎上,加入了新功能,產生了新的數控系統的版本,適應了一些新的要求。

(之)修正部分以適應執行平台,讓軟體可以在另乙個系統平台上執行……

^將數控系統的軟體(或其組成部分)應用到另乙個數控應用系統,使舊系統演變成具有不同的功能和用途的新系統。

基於域工程的數控系統結構的分析和建模

為設計系統得到正確的結構是非常重要的。而域丁程的方法〔9-12〕必須釆取對數控系統進行分析,以便獲得正確的系統結構。領域指一套被具有類似的要求的應用系統覆蓋的功能8。

領域工程包含三個主要階段:領域分析,領域設計和領域實現。在域分析和建模這一程序巾,主要的問題是要實現開放式數控系統的關鍵環節。

通過用領域工程方法分析典型數控系統,我們可以發現數控系統的程序和執行緒可以和在一些功能部件起關鍵作用的資料通訊組織起來。這種組織形式的優點如下所示:

(!)鑑於元件整合軟體的發展方向,資料通訊模組可作為骨架去組織系統;這使得系統的組織較前者容易。

(之)以資料通訊作為關鍵環節的該系統巳不再是乙個層次結構。每乙個模組都有乙個只與資料通訊模組連線的介面。開發商只需要注意這個介面,而不需考慮其他模組的組織模式。

⑵)為乙個系統詳細的定義資料通訊模組的介面是足夠的,勹介面相一致,開發商需要做的,是發展其中有沒有必要界定的內部資料結構和建立有效的完全基於這些資料結構的內部執行機制的個體模組。

〔4〕如果系統的資料通訊是確定的,整個系統的拓撲關係將嚴格界定。它確保了軟體零件間的互互操作性。

我們強調系統巾每模組的自主性。所謂自主意思是每乙個模組都是乙個獨立的個體,每個單元的ii標和ii標值都是獨立的,甚至可以自己做出決定,制定計畫, 採取行動去實現本身的目標,以及應付任何意外,因為它的行為是可控的。自治模組間亳無功能聯絡和記憶分享。

所有資訊通訊都通過資料通訊模組實現。每個模組只能處於可選擇狀態:執行或睡眠。

模組本身控制這兩個狀態。關鍵環節-資料通訊模組-具有相同的特性。

圖2,眾起爻鍵作閣的資料溝通的(:…領域功能的模型

將資料通訊模組作為關鍵環節的數控系統的功能型號如圖2所示。資料通訊的功能模組有幾個元件介面.這些介面,可與其他功能部件,如(;**譯員組成刀具補償元件和插補元件等相聯絡。

每個部件的輸入和輸出資料都通過其介面以交換關鍵環節來實現;資料通訊模組從每乙個介面讀取資料,並自主送回。

只有兩種基於功能模式的域行為:(丨)傳送7接收資料資訊和控制資訊;(之) 配套活動,如?ix程式設計,(;**檔案的管理和編輯,引數設定等。

通過對部件實現的系統功能和元件必須自主化的強調,我們可以從開放數控系統的關鍵環節一資料通訊模組開始分析數控系統的結構。劃分元件的原則是實現最少功能耦合和元件問最可能獨立,要努力使部件功能的業務資料流獨立。元件的設計應遵循領域的普通技術標準。

例如,基於肥-機!!如奶2000的數控系統的結構和高效能運動控制卡的分析如下。整個系統通過資料通訊模組組織起來。

建築描述了全球系統組織,該系統的控制了部件的結構、部件問的通訊及其部件間的協議、元件的問步化、元件的功能分配元件的實物分配、元件的整合、整個系統的伸縮性等等。

首先,對域和介面的關係如經營環境和資料要求進行分析。變異也將進行鑑定。 在領域範闈被確定之後,跨社群和不同領域的應用將予以分析,它包括域特點,要

求在領域中實現應用的領域知識信總和資料的需求資訊,資料和控制流的操作。在此基礎上,後續工作就是對並行程序和單位域物件,定義過程,這些程序和模組的後天分布特徵,功能和資料物件進行識別,為在領域巾應用提供解決軟體,最後開發出域的建築模型。

被提取的開放式數控系統的結構見閣3。數控系統軟體可分為兩部分:在電腦

上執行的上部和在高表現運動控制卡的03?上執行的下部。它是乙個多程式和多線的多工系統。

該系統的結構可以分為四種型別:裝置驅動元件,基本元件,數控領域的普通元件及特殊應用元件。

數控系統硬體的裝置驅動程式被標準化到元件,這樣使⑷者可以像操作其他一般元件一樣選擇和安裝裝置驅動元件。

基木元件就是那些實現計算機系統共同的功能的元件,例如多**通訊元件, 檔案管理元件和奇異硬體測試元件。

域的共性成分就是那些有條件實現數控系統的域通用功能的成分。這些成分就是數控系統中通過域工程分析所獲得的最重要的成就。通常,它包含了資料通訊元件、人機介面組成、任務排程元件、(;**編譯元件、插補元件、刀具補償元件、 運動控制項、診斷元件、?

ix程式解讀和編輯組成、?ix的執行元件、引數設定組成、資料庫操作元件、實時誤差補償元件等。

特殊應爪構件就是為某些特殊應爪開發的元件,如螺旋圓錐齒輪的計算元件。

外部網路

系統檢測

資料通仏

0**編譯

人機交接

刀具補償

資料庳操作

檔案管理

設袼驅動積序

佩…隱7000

控制卡資料通訊

誤差補償

任務排程

?ix:邏輯

運動控制

輸入7輸出端ii

運動軸控制終端

圖3丨基於「!!如卵2000和運動控制的(:…系統的構件

冃前,卅界上有四種描述和表示軟體體系的型別:(丨)繪畫矩形定向線段的數字表達;〔2〉模組中連線傳統的程式語言模組的路徑語言;(幻結合物件導向技術與傳統程式語言的發展經驗的特殊軟體構架描述語言(^^);(幻基於元件的系統描述語言。

第一類是通常釆用的方法。但這種方法的「圖案和注釋」始終是隨機的並沒有正式確定的,就是不嚴格的。彌補了其他種類的缺點並不是偶然的。

通過我們對每種有關的系統資料通訊元件的構件的例示,致使軟體構件不冉是抽象意義上的概念模型,但是程式**按照宇宙法能被其他元件所重複使用。由於開發環境的不同, 每個系統結構都最少符合乙個資料通訊元件,而每個資料通訊元件僅符合乙個獨特系統抽象體系結構。

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