Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка конфигурируемого пользовательского интерфейса для мобильных терминалов оператора

Сведения об участнике
ФИО
Сорокоумова Маргарита Максимовна
Вуз
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Информационные технологии и вычислительные системы
Раздел области наук
Информационные технологии
Тема
Разработка конфигурируемого пользовательского интерфейса для мобильных терминалов оператора
Резюме
Работа посвящена разработке конфигурируемого пользовательского интерфейса для системы числового программного управления (ЧПУ) на основе мобильного приложения. Предложенное решение позволит повысить мобильность операторов станочного оборудования. Базовое приложение построено с помощью кроссплатформенной среды разработки Framework Qt и языка QML. Разработан механизм конфигурации пользовательского интерфейса на основе XML-данных. Представлен пример использования мобильного терминала для управления роботом-манипулятором.
Ключевые слова
ЧПУ, система ЧПУ, специализированный терминал, конфигурируемый пользовательский интерфейс, мобильный терминал, XML, Qt, QML
Цели и задачи
Цель: создание специализированного терминала системы ЧПУ на основе мобильного приложения для основных операционных систем (iOS, Android) для повышения мобильности операторов станочного оборудования.
Задачи:
1. Анализ инструментальных средств для обеспечения кроссплатформенности приложения для устройств на основе ОС Android и ОС iOS.
2. Разработка механизма конфигурации мобильного терминала на основе XML данных
3. Разработка специализированных элементов управления для интерфейса терминала
1) многопозиционный переключатель;
2) маховик;
3) аварийная кнопка;
4) кнопка с индикацией.
Введение

При выполнении работ по запуску и наладке крупногабаритных станков инженеры-операторы сталкиваются с множеством проблем. Одной из таких проблем является мобильность и доступ к функциям управления оборудованием станка. Терминал управления системы числового программного управления, как правило, механически закреплён в конструкции станка, при этом оператору требуется свобода перемещения в зоне настройки. Мобильность наладчика повышает выносной пульт, но пульт механически связан со станком кабелем. Для решения задачи мобильности инженеров-операторов станочного оборудования предлагается новый способ управления станком - мобильный терминал с конфигурируемым пользовательским интерфейсом, построенный на базе мобильного приложения.

Методы и материалы

Теоретические исследования в работе базируются на методах системного анализа, объектно-ориентированного проектирования (декомпозиции, абстракции, иерархии), концепции объектно-ориентированного программирования. В качестве инструментальных средств построения приложений применяются интегрированная среда разработки Framework Qt, язык программирования С++, язык разметки графических интерфейсов QML и язык разметки данных XML.

Современные мобильные приложения, как правило, разрабатываются для устройств на базе операционных систем iOS и Android. Необходимо учитывать все различия между этими двумя операционными системами: они имеют различные интерфейсы, ОС Android имеет открытый код в отличие от iOS, и не маловажным считается то, что Android имеет возможность прямого переноса файлов на устройство без дополнительных программ, а в ОС iOS это осуществляется с помощью сервиса iTunes. Поэтому для разработки элементов управления для мобильного терминала управления (Рис. 1) была выбрана кроссплатформенная инструментальная среда Framework Qt и язык разметки пользовательского интерфейса QML.

Рис. 1 Мобильный терминал

Преимуществами Framework Qt являются:

  • хорошая графика: Qt Quick (QML) базируется на OpenGL ES;
  • производительность разработки: приложение разделяется на front-end (QML + JavaScript) и back-end (Qt C++) части.
  • Кроссплатформенность: код разрабатывается сразу под все поддерживаемые операционные системы; 
  • открытость: Qt это развивающийся open-source проект.
Описание и обсуждение результатов

В архитектуре приложения мобильного терминала можно выделить две части (Рис. 2), разработанные соответственно на C++, c использованием библиотек инструментария Qt, и на языке разметки QML. В соответствии с общим подходом в разработке мобильных приложений в структуре выделяются следующие части:

  1. Front-end. Используется язык программирования QML. Разработка дизайна приложения. Создание эргономичных пользовательских интерфейсов с поддержкой анимации. 
  2. Back-end. Используется кроссплатформенный фреймворк Qt (C++). Реализуется логика приложения, работа с сетью, файловой системой и т.п.

Рис. 2 Архитектура приложения мобильного терминала

Для реализации функций конфигурирования интерфейса пользователя был использован язык разметки документов XML, который позволил записывать и сохранять структурированные данные о размещении и используемом наборе элементов управления.

Рис. 3 Схема XML-документа для конфигурации пользовательского интерфейса

В качестве примера использования мобильного терминала представлено управление приводами робота-манипулятора. Структурная схема взаимодействия компонентов мехатронной системы показана на Рис.4. От элементов управления (Controls), написанных на языке QML передаются команды в Tcp Handler. Команда направляется в Tcp Client, написанный на Qt Framework, который по протоколу TCP\IP подключается к Tcp Server, имитирующему работу ядра системы ЧПУ. Сервер выполняется на миникомпьютере Raspberry. При подключении создается объект Client Session, который принимает команды от клиента, обрабатывает их и передает объекту Drives Handler. Drives Handler по шине I2C отправляет управляющий пакет приводам.

Рис. 4 Структурная схема системы управления роботом-манипулятором

Применение мобильных терминалов для обеспечения мобильности операторов станочного оборудования имеет ряд положительных характеристик: возможность перемещения оператора без ограничения; использования устройств разных размеров, от маленьких мобильных устройств до больших планшетов; настройка пользовательского интерфейса в зависимости от решаемых технологических задач; эргономичный и современный пользовательский интерфейс.

Разработаны классы элементов управления, которые наследуют и расширяют функции классов библиотеки Qt Framework. Специализация этих классов направлена на предоставление оператору станка и другого технологического оборудования удобных, эргономичных и безопасных инструментов управления и контроля.

В ходе работы были разработаны варианты компоновки пользовательского интерфейса, в том числе интерфейс терминала для управления роботом-манипулятором. Таким образом, возможна реализация полноценного представления интерфейса терминальной задачи для системы ЧПУ (например, выносного пульта) на основе разработанных элементов управления, механизмов конфигурирования и настройки представления.

Используемые источники
1. Н.В. Козак, М.М. Сорокоумова Разработка специализированных элементов управления для терминальной части системы ЧПУ в инструментальной среде Qt. Труды XXVII Международной инновационно-ориентированной конференции молодых ученых и студентов (МИКМУС-2015). М: Изд-во ИМАШ РАН, 2015. с. 516-519.
2. Соколов С.В. Специфика реализации мониторинга технологических параметров в системе управления мехатронным оборудованием // Вестник МГТУ "Станкин" №4(17), 2011, с. 89-92.
3. Сорокоумова М.М., Козак Н.В. Разработка конфигурируемого пользовательского интерфейса для мобильных терминалов оператора. Сборник трудов Международной школы молодых ученых и специалистов в области Робототехники, Производственных технологий и Автоматизации. М.: ФГБОУ ВО "МГТУ "Станкин", 2016. с.98-99.
Information about the project
Surname Name
Sorokoumova Margarita
Project title
Development configurable user interface for mobile operator terminals
Summary of the project
The work is devoted to the configurable user interface for the numeric control system based mobile application. The proposed solution will allow to increase the mobility of operators of machine tools. The basic app is built using cross-platform development environment Qt Framework and QML language. The mechanism of the configuration UI based on the XML data. An example using the mobile terminal to control a robot manipulator.
Keywords
CNC, NC system, specialized terminal, the mobile terminal, the configurable user interface, XML, Qt, QML