ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО МЕХАТРОНИКЕ НА СТЕНДАХ FESTO
1 УДК Т.В. Ульяницкий, Н.Н. Дацун, Т.А. Устименко Донецкий национальный технический университет, г. Донецк кафедра прикладной математики и информатики, кафедра энергомеханических систем ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО МЕХАТРОНИКЕ НА СТЕНДАХ FESTO Аннотация УльяницкийТ.В., Дацун Н.Н.,УстименкоТ.А. Программный комплекс виртуальных лабораторных работ по мехатронике на стендах FESTO. Разработана структура учебного комплекса виртуальных лабораторных работ по мехатронике на стендах FESTO. Описан проект учебного комплекса и спроектированы программные модули. Разработана структура файловой системы и описан способ ее организации. Выполнен анализ функций и спроектирован интерфейс пользователь информационная система. Реализация выполнена средствами ActionScript 3.0 в среде FlashDevelop. Ключевые слова: программный комплекс, виртуальные лабораторные работы, интерфейс, пневмоавтоматика, мехатроника, FESTO. Постановка проблемы. Современное производство требует высококвалифицированных работников, которых готовы предоставлять ВУЗы нашей страны, обучая студентов по новым стандартам и подготавливая их к взаимодействию с компьютеризированными технологиями. Информационные технологии являются неотъемлемой составляющей при обучении. Поэтому международный концерн «Festo» разработал учебные стенды для обучения и подготовки специалистов в области пневмо-гидроавтоматики и мехатроники, которые способствуют развитию навыков работы с современным оборудованием и повышению квалификации работников, использующих такие системы. Данные стенды высоко эффективны при непосредственной работе с их элементами, но, к сожалению, не все университеты Украины имеют такое оборудование. Даже в ДонНТУ, где есть пневматический и гидравлический стенды, в условиях заочного образования время аудиторной работы ограниченно. Для того чтобы ознакомить студентов с принципами построения схем при работе с реальным оборудованием перспективным направлением является создание виртуальных лабораторий по изучению мехатроники. Для реализации подобной системы обучения нужно выполнить следующие этапы: проанализировать функциональные возможности существующих систем обучения инженеров-механиков; разработать структуру учебного комплекса виртуальных лабораторных работ и алгоритмы решения задач; разработать файловую систему и интерфейс учебного комплекса.
2 Анализ литературы. Были проанализированы существующие аналоги систем учебного комплекса [1-2] и определены характеристики для сравнения. Выявлены основные достоинства и недостатки. Результаты анализа систем приведены в таблице 1. Таблица 1 Сравнение программных средств Область Подсистема применения обучения Название системы FluidSIM EPLAN Education CIROS STEP 7 Trainer Package CoDeSys Системы моделирования Конструирование и моделирование Проектирование и моделирование Моделирование и виртуальная учебная среда Программирование Программирование Язык реализации, ОС - + GRAFCET + - CAE, CAD - + Siemens S7, MPS, SIMATIC - + STL, LAD, FCH, STEP 7-HiGraph, STEP 7-SCL - - FEC Цель проектирование структуры программного комплекса виртуальных лабораторных работ и создание алгоритмов решения задач обучения мехатронике на стендах FESTO, разработка файловой системы и проектирование интерфейса учебного комплекса. Постановка задачи исследования. Входными данными являются [1] множества пневмоэлементов, соединительных устройств и блок подготовки сжатого воздуха, необходимые для работоспособности схемы. На первом этапе выполнения работы пневмоэлементы представлены в условных обозначениях, на втором этапе моделями в двумерной графике. Выходными данными на каждом этапе является соответствующий граф, как результат выполнения работы по сборке схемы, и сообщение о работоспособности схемы. Рассмотрим постановку задачи виртуальной лабораторной работы 1 для этапа сборки схемы в условных обозначениях. Исходныеданные: Е: множество /* изображения пневмоэлементов */ E = C: множество /* изображения соединительных устройств */
3 C = B: множество /* блок подготовки сжатого воздуха */ SI: граф /*структура схемы в условии лабораторной работы */ Ограничения:. Результаты: S: структурная модель схемы R: множество /* выходные сообщения */ G: граф/* схема в условных обозначениях */ M: модель схемы Связь: M = <SI, E, C, B, R, G,S>, G: SI E С ->S,где E =, C= S ->R Виртуальный элемент множества B необходим для третьего этапа выполнения работы моделирования процесса, протекающего в схеме. Аналогично формулируется постановка задачи для второго этапа сборки схемы в 2D-графике. Множествами E и C в этом случае являются изображения объектов схемы в 2D-графике. Дополнительно модель второго этапа выполнения лабораторной работы включает в себя элементы, которые соответствуют функционалу схемы лабораторной работы: Исходное данное: A: множество /* операции пневмоэлементов */ Результат: W: операционная модель схемы. Тогда: M = <SI, E, C, B, A, R, G, S, W >, где W: S->A Решение поставленной задачи и результаты исследований. Учебный комплекс включает в себя три лабораторные работы по мехатронике и состоит из нескольких модулей «Графический интерфейс», «Модуль сборки схемы». Результат проектирования учебного комплекса виртуальных лабораторных работ в виде диаграммы UML[3] приведен на рисунке 1. Файловая система учебного комплекса образует иерархическую структуру, которая представлена на рисунке 2. Интегрированная среда разработки FlashDevelop по умолчанию размещает файлы проекта в папке src. Пользовательский интерфейс [4] представляет собой совокупность программных и аппаратных средств, обеспечивающих взаимодействие пользователя с компьютером. Основу такого взаимодействия составляют диалоги.
4 Рисунок 1 Диаграмма вариантов использования UML Были определены операции, которые должен выполнять пользователь в рамках возможностей, предоставляемых ему приложением: 1. просмотреть теоретический материал; 2. вернуться в главное меню 3. перейти к сборке условной схемы; 4. выбрать элемент условной схемы; 5. выбрать узел 1 условной схемы для соединения; 6. выбрать узел 2 условной схемы для соединения; 7. просмотр результата сборки условной схемы; 8. перейти к сборке схемы на стенде; 9. выбрать элемент схемы на стенде; 10. выбрать узел 1 схемы на стенде; 11. выбрать узел 2 схемы на стенде; 12. просмотр результата сборки схемы на стенде;
5 Рисунок 2 Иерархическая структура файловой системы 13. запустить выполнение схемы на стенде; 14. просмотреть результата выполнения схемы на стенде; 15. просмотреть отчет. Схема навигации с учетом пользовательских сценариев представлена на рисунке 3. Рисунок 3 Схема навигации На этапе проектирования конкретных диалогов была выбрана теоретикомножественная метафора. Есть два множества: объектов-данных и инструментов. Задание интерфейса уметь автоматически ассоциировать
6 выбранный пользователем объект с множеством инструментов, способных изменять этот объект и представлять в «удобоваримой» форме результаты это ассоциирования пользователю. На рисунке 4 представлен интерфейс программного комплекса виртуальных лабораторных работ, реализованный в среде FlashDevelop на языке ActionScript 3.0. Рисунок 4 Интерфейс приложения Выводы. Спроектирована структура программного комплекса виртуальных лабораторных работ на стендах FESTO по изучению 1-ого этапа мехатроники - пневмоавтоматики, созданы алгоритмы решения задач, разработана файловая система и спроектирован пользовательский интерфейс учебного комплекса. Реализация выполнена на языке ActionScript 3.0 в среде FlashDevelop. Список литературы 1. Учебные системы Актуальные предложения FestoDidactic/ Интернет-ресурс. Режим доступа: www/ URL: Загл. с экрана. 2. Festo. Программное обеспечение Изучение, управление, моделирование/ Интернет-ресурс. Режим доступа: www/ URL: Загл. с экрана. 3. Буч Г., Якобсон А., Рамбо Дж. UML. Классика CS. 2-е изд. / Пер. с англ.; Под общей редакцией проф. С. Орлова - СПб.: Питер, с. 4. Тидвелл Дж. Разработка пользовательских интерфейсов. 2-е издание. СПб.: Питер, с.