Учредитель журнала

Автоматизация рабочего места машиниста подвижного состава

УДК 378.6
EDN: JSDOBK

Лященко Зоя
Доцент кафедры вычислительной техники и автоматизированных систем управления, Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), к. т. н.
e-mail: izv_ui@rgups.ru

Игнатьева Олеся
Доцент, заведующий кафедрой вычислительной техники и автоматизированных систем управления, Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), к. т. н.
e-mail: lesjaignateva@rambler.ru

Лященко Алексей
Доцент, декан факультета информационных технологий управления, Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), к. т. н.
e-mail: lam75@mail.ru

Глазунов Дмитрий
Доцент кафедры автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте, Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС), к. т. н.
e-mail: glazunovdm@yandex.ru

Введение

На рынке информационных услуг существует множество систем автоматизированных рабочих мет (АРМ), решающих разнообразные задачи в сфере машиностроения, например, при управлении подвижным составом, управлении производством, логистикой, бухгалтерским учётом. Каждая информационная система в сфере машиностроения имеет свой функционал, системы хранения, поиска и обработки информации, позволяющая её пользователю автоматизировать необходимые процессы управления, производства или предоставления услуг [1–3]. В результате анализа предметной области, был представлен ряд требований к информационной системе, используемой в сфере машиностроения, программному и аппаратному обеспечению устройства, на котором будет базироваться информационная система [4–7]. Проведя анализ аналогичных продуктов, можно выделить основные параметры, которыми должна обладать информационная система при автоматизации рабочего места машиниста подвижного состава: ознакомление оператора с расположением элементов системы, проверка навыков управления оператором локомотива, предоставление реалистичной модели взаимодействия системы, предоставление возможности специалистом установления определённой ситуации в течение движения, генерация сигналов производится в поддерживаемом Arduino-­Nano формате [1–17].
В статье разработано автоматизированное рабочее место локомотивной бригады, предназначенное для эксплуатации в мультимедийной аудитории в качестве обучающего тренажёра для подготовки машинистов и их помощников. Автоматизированным рабочим местом локомотивной бригады называется комплекс аппаратной и программной части, реализующий управление локомотивом и электронной системой безопасности.

Разработка концепции создаваемого приложения

Концепция создаваемого приложения описана с помощью диаграммы прецедентов. Главной задачей данного моделирования является установление основных функциональных требований к информационной системе [1]. На диаграмме представлены типичные взаимодействия между пользователями системы. Диаграмма прецедентов включает акторов – лиц, взаимодействующих с информационной системой, и действия – прецеденты. Каждому актору ставят в соответствие одно или несколько действий. Пара «актор – действие» образует роль. Перед созданием диаграммы необходимо выделить акторов, взаимодействующих с информационной системой. Определены названия прецедентов и приведено краткое описание каждого из них (в таблице 1).

Таблица 1. Описание прецедентов

После описания прецедентов сформирована диаграмма вариантов использования, представленная на рис. 1.

Рис. 1. Диаграмма прецедентов

На данной диаграмме определены следующие элементы: актор и его взаимоотношения с системой [1]; прецедент представляет собой сферу, в которой обозначается выполняемое системой действие [1]; граница системы представляет собой рамку, определяющую границы информационной системы [1].

Технология разработки информационной системы

Разрабатываемая информационная система относится к Metro-архитектуре(Metro-­Apps), так как представляет собой клиентское Windows-­приложение, которое выполняется на компьютере конечного пользователя исключительно на устройстве с предустановленной актуальной версией NET-Фреймворка. Программная часть создаваемого приложения представляет собой Windows-­приложение, использующее концепцию построения обмена данных, такую как RS‑232 (Recommended Standard 232). Данная концепция определяет принципы взаимодействия приложения и исполняющего микро-­контроллера по COM. Каждый COM-порт поддерживает следующие взаимодействия с ним: получение данных; добавление данных; модификация существующих данных; удаление данных. Для взаимодействия с микроконтроллером через COM-порт используется пространство имён System.IO.Ports. Для взаимодействия программной части и так называемого «end point» (конечного устройства) через COM-порт используются следующие классы:

  • SerialPort- получить.
  • SerialErrorReceivedEventsArgs – предоставляет данные об ошибках при передаче через объект SerialPort.
  • SerialPinChangedEventsArgs – предоставляет данные при сообщении что для порта, предоставленного SerialPort, возникло событие сигнала, не связанного с данными.
  • SerialDataReceivedEventArgs – предоставляет данные при получении данные через объект SerialPort.

Передача всех данных между клиентом и микроконтроллером осуществляется в синхронном или асинхронном режиме. Асинхронный режим позволяет реализовать работу по событиям, в то время как синхронный лишен этой возможности, но является более простым в реализации. Данные хранятся на стороне клиента. Клиентская часть приложения состоит из двух основных частей: обработка действия пользователя и генерация необходимого сигнала для передачи на микроконтроллер. Приложение написано на основе NET-фреймворка, использует функции операционной системы Windows (например, эмуляция COM-соединения) и является нативным. Подобные типы взаимодействия присутствуют и в кроссплатформенных языках программирования, однако это требует постоянного контроля зависимостей классов и пространств имён операционных систем, в которых исполнялось бы приложение. Так как приложение будет использоваться на ОС Windows, то было принято решение сделать приложение нативным. Составим диаграмму, которая представляет основные компоненты и зависимости информационной системы, диаграмма представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема архитектуры информационной системы

При разработке программы были использованы следующие модули компонента System:

  • ComponentModel – предоставляет классы, используемые для реализации поведения компонентов и элементов управления во время разработки и во время выполнения. Это пространство имен содержит базовые классы и интерфейсы для реализации атрибутов и преобразователей типов, привязки к источникам данных и лицензирования компонентов [4];
  • Collections – предоставляет возможность работы с коллекциями;
  • Windows Forms – технология пользовательского интерфейса для.NET представляет собой набор управляемых библиотек, которые упрощают выполнение многих задач, связанных с разработкой пользовательских приложений для Windows. Технология представляет набор объектов свой­ств, позволяющих работать с пользовательским интерфейсом [4];
  • Data – обеспечивает реализацию работы с данными;
  • Drawing – отрисовка элементов пользовательского интерфейса;
  • IO:: Ports – отвечает за работы с портами ввода-­вывода, позволяет передавать по ним данные, сохранять их и редактировать, минуя стадию авторизации данных программы внутри системы [6].

Пользовательский интерфейс, после отрисовки представлен на рис. 3.

Рис. 3. Пользовательский интерфейс программы

Перед началом работы с программой необходимо выбрать подсоединенный к исполняющему устройству COM-порт и соединить их с помощью соответствующей кнопки и элемента пользовательского интерфейса comboBox_COM (рис. 4).

Рис. 4. Меню выбора COM-порта через элемент combo_Box

В него в результате специальной функции записываются все доступные к подключению COM-порты.

Вывод

В ходе работы были решены следующие задачи:

  1. Выполнено uml-проектирование автоматизированного рабочего места локомотивной бригады.
  2. Выполнено проектирование модели взаимодействия проектируемой информационной системы и микроконтроллера.
  3. Выполнено проектирование архитектуры АРМ локомотивной бригады.
  4. Произведён выбор инструментальных средств разработки: был использован нативный способ разработки Windows-­приложения на объектно-­ориентированном языке C#.
  5. Реализовано взаимодействие АРМ и аппаратного модуля.
  6. Разработано клиентское приложение.

В результате выполнения данной работы разработан механизм создания автоматизированного рабочего места машиниста подвижного состава.