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探究機(jī)電一體化系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)及討論
摘要:提出目前機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)上存在的若干問題,結(jié)合機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢,借鑒軟件工程學(xué)的方法和理論,在理論上提出若干可行的解決方法,對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。并對(duì)未來機(jī)電一體化系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向展望.
關(guān)鍵詞:機(jī)電一體化軟件工程
引言
隨著機(jī)電一體化的進(jìn)程加快加深,機(jī)電一體化系統(tǒng)中對(duì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也越來越高。但是,在很多機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)者對(duì)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中還是存在很多片面的理解,軟件設(shè)計(jì)中存在很多不規(guī)范的因素,甚至有些存在嚴(yán)重的不足。本文就機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行了一些探討,并對(duì)軟件在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的發(fā)展進(jìn)行了一些展望。
1 機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)的重要性20世紀(jì)70~80年代為機(jī)電一體化系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期,計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技
術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展,為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展,為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展中,智能化是一個(gè)很重要的發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化建設(shè)中的研究日益得到重視,機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用。這里所說的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述,是在控制理論的基礎(chǔ)上,吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法,模擬人類智能,使它具有判斷推理、
邏輯思維、自主決策等能力,以求得到更高的控制目標(biāo)。誠然,使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或人的部分智能,則是完全可能而又必要的。從機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展過程中和未來的發(fā)展方向上看,計(jì)算機(jī)技術(shù)始終處于一個(gè)關(guān)鍵
的位置,是一體化、自動(dòng)化、智能化進(jìn)程中的關(guān)鍵紐帶。然而,計(jì)算機(jī)只是一個(gè)軟件運(yùn)行的平臺(tái),它所提供的是高效率的數(shù)據(jù)處理,而真正在機(jī)電一體化系統(tǒng)中起作用并控制計(jì)算機(jī)做有效工作的則是凝結(jié)了人們智慧結(jié)晶的各類軟件。.一些大型的并且獨(dú)立的軟件(比如:pro/e、AuIoa氣D、ANSYS等)并不在這篇文章的討論之中。雖然它們在機(jī)電一體化系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,并且已經(jīng)發(fā)展地相當(dāng)成熟,但本文所討論的是針對(duì)那些具體的工程中,在機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,為了滿足具體工程所提出的具體要求和細(xì)節(jié)而需要我們獨(dú)立開發(fā)和設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)。
2 當(dāng)前機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)存在的問題
隨著機(jī)電一體化系統(tǒng)的飛速發(fā)展,軟件系統(tǒng)的發(fā)展并沒有跟上其步伐。相比程序語言的發(fā)展和軟件在其他領(lǐng)域的應(yīng)用中,則更顯落后。主要表現(xiàn)在:
2.1 編程語言不夠強(qiáng)大
目前,在機(jī)電一體化系統(tǒng)的開發(fā)過程中,大量應(yīng)用的還是匯編語言和C語言,C++語言應(yīng)用也很廣泛,所用的開發(fā)平臺(tái)無外乎BC、TC、VC等。之所以說其不夠強(qiáng)大,并非指這些語言本身不能夠勝任目前的機(jī)電一體化系統(tǒng)的要求。相反,它們在機(jī)電一體化系統(tǒng)的開發(fā)中有不可比擬的優(yōu)勢,這也是這些語言得以存在并還將繼續(xù)存在的原因。但是,我們也應(yīng)看到編程語言的迅速發(fā)展?fàn)顩r。例如JAvA和例等,各類功能更加強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)如:JBuilder、.N1玎的出現(xiàn)。雖然這些語言和平臺(tái)還不能很好的適用在機(jī)電一體化系統(tǒng)之中,但是它們的發(fā)展趨勢決定了它們將在越來越廣泛的領(lǐng)域中成為主流的開發(fā)工具,它們的優(yōu)勢也越來越明顯的表現(xiàn)出來:如方便、快捷、高效、高安全性等。
2.2編程風(fēng)格差
一般在機(jī)電一體化系統(tǒng)開發(fā)過程中,從事軟件系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)人員一般不是專門從事軟件開發(fā)的人員,他們盡管對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中的軟件開發(fā)很熟悉,而且有過硬的技術(shù)和奇妙的思想,但是他們之中還是有部分人在軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程中不能形成良好的編程風(fēng)格,比如清晰的注釋、遵守一定意義的命名規(guī)則和勻稱合理的代碼布局。又由于所用的編程語言自身的一些問題,使得這些程序難以閱讀和維護(hù),一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤,將浪費(fèi)很多的時(shí)間去尋找和糾正。而且,也不利于其他技術(shù)人員進(jìn)行二次開發(fā)和模塊的重復(fù)組裝利用,直接影響到開發(fā)的效率。2.3軟件系統(tǒng)往往不能滿足用戶需求或不能按期完成軟件產(chǎn)生之初,便存在了問題,最主要的問題就是不能恰當(dāng)?shù)亓私庥脩舻男枨,不能提供給非專業(yè)用戶更多、更廣的選擇范圍,不能考慮到用戶未考慮到的其他應(yīng)用中將會(huì)遇到的問題,從而造成開發(fā)出來的軟件無法滿足用戶需求的問題。因此,軟件系統(tǒng)發(fā)展過程中借鑒了工程的方法,形成了成熟的軟件工程理論,用工程學(xué)的方法知道軟件系統(tǒng)開發(fā),從而提高了軟件開發(fā)的效率。但是在機(jī)電一體化系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,技術(shù)人員可能更多地關(guān)注其他系統(tǒng)的開發(fā),而沒有按工程的理念來開發(fā)其中的軟件系統(tǒng),從而使得軟件系統(tǒng)沒有達(dá)到用戶的需求,甚至不能按期完成工程項(xiàng)目。
2.4軟件系統(tǒng)開發(fā)中重復(fù)勞動(dòng)較多等問題
機(jī)電一體化系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)還存在另一個(gè)問題,就是開發(fā)過程中,重復(fù)勞動(dòng)較多。這是因?yàn)槊總(gè)工程之間本身就存在很大差異,即便是實(shí)現(xiàn)相同功能的軟件系統(tǒng),嵌入到不同的工程之中的時(shí)候,都會(huì)有所變化,甚至要進(jìn)行較大的修改,這就導(dǎo)致了一個(gè)工程中開發(fā)的軟件系統(tǒng)無法為另一個(gè)工程所使用,技術(shù)人員要進(jìn)行大量的重復(fù)勞動(dòng),即浪費(fèi)時(shí)間,又沒有效率。造成了大量的人力物力資源的浪費(fèi)。盡管現(xiàn)在有些封裝好的模塊,能適用于很多系統(tǒng),但是這些解決的都是相對(duì)來說并不重要的問題,無法在一個(gè)工程項(xiàng)目中提高整個(gè)開發(fā)效率。3解決機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)開發(fā)問題需要做的工作要解決在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中出現(xiàn)的一些問題,首先還是應(yīng)該呼喚工程概念的回歸。即,重新在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的軟件開發(fā)中建立工程的概念。嚴(yán)格按照工程學(xué)方法來指導(dǎo)軟件系統(tǒng)的開發(fā),遵循合理的開發(fā)流程。從可行性分析、需求分析到具體的設(shè)計(jì),再到最后的封裝測試,都按照嚴(yán)格的工程體系,建立清晰可靠的文檔,形成良好的工作流程。鑒于開發(fā)人員并不都是專門的軟件開發(fā)人員,可以對(duì)他們進(jìn)行一些必要的培訓(xùn),包括編程風(fēng)格的指導(dǎo)和軟件工程概念的灌輸,這樣可以大幅提升工程開發(fā)的效率。其次,需要有專門人員來研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中,軟件模塊的開發(fā)和封裝。以組件的概念來開發(fā)軟件系統(tǒng),研究如何劃分高內(nèi)聚低耦合的模塊,如何提供模塊的接口,如何盡可能提高軟件模塊的
可重復(fù)利用率。最后,要提高那些更高級(jí)的編程語言在機(jī)電系統(tǒng)中的應(yīng)用率,這需要機(jī)電一體化領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域更進(jìn)一步的融合。
4展望
要提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)的開發(fā)效率,解決出現(xiàn)的~些問題,還需要進(jìn)行更多的研究和兩個(gè)領(lǐng)域在更高層次上的融合。對(duì)于比C++更高層的面向?qū)ο蟮恼Z言如J烈,A等,它們在網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域可以說是如魚得水,但是,在機(jī)電一體化系統(tǒng)中,似乎還是無用武之地。然而隨著機(jī)電一體化的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)制造和網(wǎng)絡(luò)合作發(fā)展迅速。專業(yè)的劃分越來越細(xì),人工智能飛速發(fā)展,自動(dòng)化程度要求越來越高,現(xiàn)代控制理論越來越成熟,機(jī)電系統(tǒng)需要更高效、更智能化、能提供更高安全性的語言來進(jìn)行其中的軟件系統(tǒng)開發(fā)。因此,一些經(jīng)典的編程語言在將來肯定不能滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)的要求,這就迫切需要機(jī)電一體化領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域進(jìn)一步的、高層次的融合,要出現(xiàn)更適合機(jī)電系統(tǒng)的編程語言,要對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)提出更高的要求和規(guī)范。這一切,還都需要我們進(jìn)行更多的研究和努力。
5結(jié)束語
本文分析了當(dāng)前機(jī)電一體化系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)的開發(fā)過程中遇到的一些亟待解決的問題,并從理論上分析了問題產(chǎn)生的原因和解決的方法。并對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)行了一些展望。相信能提供給在目前工程應(yīng)用中進(jìn)行軟件開發(fā)的技術(shù)人員一些參考。
參考文獻(xiàn)
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【3】(日)高森年編著;趙文珍譯.機(jī)電一體化【M】.北京:科學(xué)出版社,2001.1
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