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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(wèn)題，結(jié)合機(jī)電一體化系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)，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(lái)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(lái)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(guò)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(kāi)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(shuō)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(lèi)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(chéng)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(guò)程中和未來(lái)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(lèi)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?cè)跈C(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(mǎn)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(kāi)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(wèn)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(méi)有跟上其步伐。相比程序語(yǔ)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(yǔ)言不夠強(qiáng)大
目前，在機(jī)電一體化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，大量應(yīng)用的還是匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言，C++語(yǔ)言應(yīng)用也很廣泛，所用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)無(wú)外乎BC、TC、VC等。之所以說(shuō)其不夠強(qiáng)大，并非指這些語(yǔ)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?cè)跈C(jī)電一體化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，這也是這些語(yǔ)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(yǔ)言的迅速發(fā)展?fàn)顩r。例如JAvA和例等，各類(lèi)功能更加強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)平臺(tái)如：JBuilder、．N1玎的出現(xiàn)。雖然這些語(yǔ)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(shì)決定了它們將在越來(lái)越廣泛的領(lǐng)域中成為主流的開(kāi)發(fā)工具，它們的優(yōu)勢(shì)也越來(lái)越明顯的表現(xiàn)出來(lái)：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(kāi)發(fā)過(guò)程中，從事軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)人員一般不是專(zhuān)門(mén)從事軟件開(kāi)發(fā)的人員，他們盡管對(duì)機(jī)電系統(tǒng)中的軟件開(kāi)發(fā)很熟悉，而且有過(guò)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(kāi)發(fā)過(guò)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(chēng)合理的代碼布局。又由于所用的編程語(yǔ)言自身的一些問(wèn)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(kāi)發(fā)和模塊的重復(fù)組裝利用，直接影響到開(kāi)發(fā)的效率。2．3軟件系統(tǒng)往往不能滿(mǎn)足用戶(hù)需求或不能按期完成軟件產(chǎn)生之初，便存在了問(wèn)題，最主要的問(wèn)題就是不能恰當(dāng)?shù)亓私庥脩?hù)的需求，不能提供給非專(zhuān)業(yè)用戶(hù)更多、更廣的選擇范圍，不能考慮到用戶(hù)未考慮到的其他應(yīng)用中將會(huì)遇到的問(wèn)題，從而造成開(kāi)發(fā)出來(lái)的軟件無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)需求的問(wèn)題。因此，軟件系統(tǒng)發(fā)展過(guò)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(kāi)發(fā)，從而提高了軟件開(kāi)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(guò)程中，技術(shù)人員可能更多地關(guān)注其他系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，而沒(méi)有按工程的理念來(lái)開(kāi)發(fā)其中的軟件系統(tǒng)，從而使得軟件系統(tǒng)沒(méi)有達(dá)到用戶(hù)的需求，甚至不能按期完成工程項(xiàng)目。
2．4軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中重復(fù)勞動(dòng)較多等問(wèn)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(wèn)題，就是開(kāi)發(fā)過(guò)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(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)無(wú)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(méi)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(lái)說(shuō)并不重要的問(wèn)題，無(wú)法在一個(gè)工程項(xiàng)目中提高整個(gè)開(kāi)發(fā)效率。3解決機(jī)電一體化系統(tǒng)中軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)問(wèn)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(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)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(kāi)發(fā)中建立工程的概念。嚴(yán)格按照工程學(xué)方法來(lái)指導(dǎo)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，遵循合理的開(kāi)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(cè)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(kāi)發(fā)人員并不都是專(zhuān)門(mén)的軟件開(kāi)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(kāi)發(fā)的效率。其次，需要有專(zhuān)門(mén)人員來(lái)研究機(jī)電一體化系統(tǒng)中，軟件模塊的開(kāi)發(fā)和封裝。以組件的概念來(lái)開(kāi)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(yǔ)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(kāi)發(fā)效率，解決出現(xiàn)的～些問(wèn)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(yǔ)言如J烈，A等，它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域可以說(shuō)是如魚(yú)得水，但是，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，似乎還是無(wú)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(zhuān)業(yè)的劃分越來(lái)越細(xì)，人工智能飛速發(fā)展，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，現(xiàn)代控制理論越來(lái)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(yǔ)言來(lái)進(jìn)行其中的軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。因此，一些經(jīng)典的編程語(yǔ)言在將來(lái)肯定不能滿(mǎn)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(yǔ)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(yǔ)
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(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的一些亟待解決的問(wèn)題，并從理論上分析了問(wèn)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(kāi)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(kāi)發(fā)的技術(shù)人員一些參考。
參考文獻(xiàn)
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【2】方建軍．光機(jī)電一體化系統(tǒng)的軟件技術(shù)【M】．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．5
【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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