Информатика реального времени как вектор развития современной автоматизации

Формально, с точки зрения теории управления, нет разницы, каким объектом управлять: будет ли это станочный комплекс, оборудование пивоваренного завода или же лифт - принципы те же. Система управления – понятие широкое, а с нынешними темпами развития автоматизации скоро оно перейдет в категорию необъятных. Я сконцентрируюсь на системах управления технологическими объектами и процессами, где, собственно, и лежит область моих интересов. К этим системам относятся контроллеры следящих приводов (DC – Drive Control), программируемые логические контроллеры (PLC – Programmable Logical Control), контроллеры автоматизации (PAC – Programmable Automation Controller), контроллеры движения (МС – Motion Control), системы управления роботами (RC – Robot Control) и системы числового программного управления (CNC – Computer Numerical Control). Подсчитано, что порядка 5-15% мощности современных процессоров достаточно для решения задачи управления в реальном времени. Появилась возможность использовать свободные ресурсы для расширения сервисных возможностей систем и повышения их функциональной привлекательности.

Помимо традиционных задач управления, таких как геометрическая (отвечающая за формообразование в системах ЧПУ и за траекторию перемещения в контроллерах движения), логическая (отвечающая за управление периферией посредством электроавтоматики), терминальная (отвечающая за диалог с оператором) и технологическая (отвечающая за управление технологическими параметрами процесса обработки), появились и новые задачи управления. Так, например, диагностическая задача - она реализует диагностические функции системы в целом и ее ключевых модулей (привода, электроавтомтатика). Коммуникационная задача обеспечивает единообразный механизм обмена данными между модулями при распределенной архитектуре систем управления. Сетевая задача – отвечает за on-line интеграцию систем управления в производственную среду, а это не только системы учета производства, но и системы управления технического оборудования и отслеживания плановых ремонтов.

Тогда встает следующий вопрос. Расскажите, пожалуйста, о новых технологиях разработки программного обеспечения систем управления.

Время программистов-одиночек прошло, я обозначаю тот этап, как этап «зубров». Сейчас, когда в системы управления ежегодно инвестируют сотни человеко-лет, мы проходим эпоху командных разработок и вступили в эпоху виртуальных корпораций, постоянно сталкиваемся с понятиями удаленной разработки, аутсорсинга (outsourcing) и так далее.

Нельзя считать разработчиком человека, усвоившего, пусть даже в совершенстве, лишь язык программирования. Это также наивно, как и позиционировать кого-то как выдающегося литератора или поэта только на основании того, что он овладел грамотностью. Здесь требуются новые навыки для командной разработки, владение инструментарием отладки, системами хранения историй изменения исходных кодов, системами управления ошибками, инструментами анализа и оптимизации кодов, CASE-системами, чему мы в университете «Станкин» и обучаем наших студентов.

Если говорить о системах управления конкретно, то в ядре остается решение на базе С/С++, а в терминальной части используются платформо-независимые решения, как Java и C# для .NET (рис. 1). Интерес представляет использование программных технологий и решений из смежных областей. Сейчас строят удаленные терминалы систем управления с применением Web-браузеров, используют язык XML дл конфигурационных данных, клиент-серверные технологии для реализации удаленной диагностики и технической поддержки, технологию XSLT для генерации отчетов, регулярные выражения для фильтрации ввода, нейронные сети и решения нечеткой логики для адаптивного управления.

Георгий Мартинович, Вы являетесь заведующим кафедрой «Компьютерные системы управления». Какова же история создания этой кафедры?

Наша кафедра со своим первоначальным названием «Числовое программное управление станками и комплексами» была организована в августе 1986 года моим учителем и другом, заслуженным деятелем науки РФ, почётным работником высшего образования РФ, доктором технических наук, профессором Владимиром Лазаревичем Сосонкиным. Кафедра уже на момент образования обладала одной из лучших в стране лабораторией систем управления станками, оснащенной самыми современным отечественным и зарубежным оборудованием с ЧПУ и собственным микропроцессорным классом. Кафедра сразу заняла активную позицию, поддерживала учебный процесс на дневном и вечернем факультетах, а также на факультете дополнительное образование специалистов с производства. Для молодой кафедры это было непросто, но под умелым руководством своего создателя, она успешно справилась с этой работой и заняла лидирующие позиции среди родственных кафедр в стране.

В начале 90-х потребовалось расширить специализацию подготовки специалистов и перейти к более широкому классу задач, ориентированных на управление на основе компьютеров и вычислительных сетей. Таким образом в 1991 году кафедру переименовали в «Компьютерные системы управления» -хорошо продуманное и весьма удачное название, на мой взгляд.

На настоящий момент кафедра «Компьютерные системы управления» является ведущей кафедрой среди 140 машиностроительных ВУЗов РФ в рамках специальности «Автоматизация технологических процессов и производств» по учебно-методическому объединению по автоматизации машиностроения (УМО АМ).

Каков же порядок приема абитуриентов и подготовка специалистов в области «Информатики реального времени»?

Что касается приема абитуриента в этом году, то здесь мы столкнулись с проблемой национального масштаба: все меньше и меньше студентов хотят заниматься техникой и, в частности, проблемами автоматизации. Но, как заметил Вице-президент Международного общества автоматизации (ISA) А.В. Бобович на брифинге для журналистов ПТА-2009 – это проблема мирового масштаба, притом, что потребность в таких специалистах ежегодно возрастает.

Кроме того, проблема усугубляется тем, что зачастую молодые специалисты, да и не только молодые, боятся сложности прикладных задач в управлении технологическими объектами и системами – то, что мы относим к понятию «информатика реального времени», ведь это влечет за собой ответственность за принятие решений и качество реализации программного обеспечения. Сегодня многие хотят заниматься «высокой» информатикой, оторванной от прикладной области, не привязанной ни к чему, то есть, как бы что-то делаем, но ни за что не отвечаем. Но здесь не может быть того удовлетворения, которое специалист получает, видя работающее оборудование, созданное его кропотливым трудом, функционирующее в рамках жестких временных ограничений.

Должен заметить, что термин «информатика реального времени» принадлежит нашей кафедре, подобно тому, как термин «наноинтерполяция» является trade mark компании «Fanuc», в то время, как многие производители систем ЧПУ «Hi-End” класса реализуют алгоритмы интерполяции с нанометрической точностью. «Информатика реального времени» должна ассоциироваться, прежде всего, с высоким профессионализмом и ответственностью за свою работу. По аналогии с операционными системами: все пользуются ими, но только лучшие способны заниматься их разработкой.

Несмотря на большую занятость, я стараюсь выделять дни для общения со специалистами предприятий, чтобы быть в курсе того, что происходит в области оборудования с ЧПУ, то есть «держать руку на пульсе». Это общение обогащает мои лекции и занятия практическими примерами, которые студенты не смогут найти в учебниках.

Есть ли трудности с трудоустройством выпускников кафедры в условиях кризиса?

Вопрос весьма актуальный с учетом кризисной ситуации. Мы выпускаем поистине квалифицированных специалистов, которые достойны приличных зарплат, в соответствии с их знаниями и умениями. К сожалению, у нас в России пока не сложилось осознанное понимание необходимости оплачивать подготовку специалистов. Компании зачастую перехватывают друг у друга специалистов, оплачивают услуги «head hunters» для поиска специалистов, но принципиально не заказывают подготовку молодых специалистов и не покупают выпускников у Университетов. Кстати, эту проблему год назад мы обсуждали на круглом столе ПТА-2008 «Кадровый вопрос в сфере промышленной автоматизации: состояние и перспективы» (http://www.pta-expo.ru/moscow/2008/round_t.htm).

Сейчас мы сталкиваемся с новой проблемой – заводы, которые несколько лет назад оплачивали целевое обучение своих студентов, сегодня не в состоянии платить – ребята попросту «повисли в воздухе». Наш университет по каждому из таких студентов принимает конкретное решение, не оставляя ребят на произвол судьбы.

Что касается конкретно трудоустройства наших выпускников, то российские представительства таких фирм, как «Siemens» и «Heidenhain» комплектуют свои отделы технической поддержки в значительной степени выпускниками нашей кафедры. Устойчиво высокий спрос на наших выпускников у таких флагманов отечественного машиностроения, как ФГУП «ММПП «Салют», ОАО «РСК «МиГ», ОАО МПО им. Румянцева, РКК «Энергия», НПО им С.А. Лавочкина, ОАО «ОКБ Сухого». Наши специалисты успешно работают на предприятиях атомной энергетики, в нефтегазовой сфере. Базовая школа подготовки позволила реализоваться нашим выпускникам в такой смежной области, как Интернет-индустрия, и занять ключевые позиции в таких компаниях, как Yandex и KM («Кирилл и Мефодий»).

Бывает, я встречаю своих бывших студентов – в беседе вспоминается их учеба, как они защищали свои проекты, и часто удивляюсь - ничем не выделявшиеся в учебе ребята уже являются начальниками отделов, руководителями групп и проектов, системными аналитиками и т.д. Но в этом и состоит концепция учебного процесса кафедры – из обычных студентов формировать неординарных специалистов.

Помогают ли кафедре и ее выпускникам партнерские программы?

С фирмой Siemens (мировым лидером в области промышленной автоматизации) мы плодотворно работаем в области ЧПУ уже четвертый год. В рамках партнерской программы специалисты кафедры ведут обучение специалистов предприятий по трем курсам:

За прошлый год мы обучили порядка 100 специалистов с предприятий более, чем из 20 регионов России. Посмотрите на карту, где представлены регионы, откуда к нам приезжают специалисты на обучение – она говорит сама за себя.

Но основное в этой партнерской программе то, что мы используем современное оборудование фирмы «Siemens», для ее реализации привлекаем высококвалифицированных специалистов кафедры, а все лучшие методические материалы используем в повседневном учебном процессе. Студенты 5-го курса в рамках дисциплины «Структура и матобеспечение систем управления» имеют возможность бесплатно получить знания и навыки, формируемые этими курсами, при том, что стоимость курсов превышает годовую стоимость обучения студента на коммерческой основе.

С немецкой фирмой «Heidenhain», занимающей третью позицию в мировом списке производителей систем ЧПУ, в пошлом году начали работать по аналогичной схеме. Успели до кризиса получить оборудование и сразу же запустили его в учебный процесс, сейчас прорабатываем вопрос по организации коммерческих курсов.

В области контроллеров электроавтоматики мы реализуем партнерскую программу с компанией «Сервотехника», предоставившей нам оборудование «Fatec». Для оперативной разработки лабораторных работ на этом оборудовании мы активно привлекаем наших аспирантов и магистров – у них свежий взгляд на эти вещи – получаем замечательные результаты, которые, конечно же, в процессе преподавания совершенствуем.

У нас на кафедре работает совместный с ИПУ РАН научно-образовательный центр в области «Компьютерного моделирования и управления технологическими системами», который активно задействован в наших научных и образовательных проектах. В рамках этого НОЦ мы вовлекаем в научные разработки студентов младших курсов – они работают в командах под руководством магистров и аспирантов. В этом мы видим возможность привить интерес к исследованиям и любовь к науке, готовить достойные кадры для российской промышленности и для университета. Весной мы начали активно работать с Национальным институтом авиационных технологий – НИАТ.

ИПУ РАН и НИАТ - организации для нас стратегически интересны. С одной стороны, тем, что имеют превосходные базы для технологической практики наших студентов, а с другой стороны, это наши партнеры в научных проектах, Последнее для нас жизненно важно, если учесть, что за последние два года бюджет института по науке возрос практически на порядок.

Наше знакомство с Вами, Георгий Мартинович, произошло на пресс-туре, организованном во время проведения выставки ПТА-2009, в связи с эти хочется узнать, что Вы думаете об итогах выставки?

IX Международный смотр Передовых Технологии Автоматизации прошел в непростое время, когда потребности Европейского рынка и соответственно производство промышленной автоматизации сократилось в среднем на 50%, а на отечественном рынке дела обстоят еще хуже. Но смотр нужен, потому, что остановка процесса разработки в таком высокотехнологичном секторе как автоматизация однозначно приводит к безвозвратной потере позиций на рынке.

На выставке МГТУ «Станкин» успешно апробировал инновационную форму участия в виде научного пресс-тура. Нельзя не отметить снижение масштаба выставки на 30% по сравнению с прошлым годом, что связано с мировым финансовым кризисом, но одной из основных целей научного тура, который мы провели с моим молодым коллегой Григорьевым А.С., было - показать, что кризис не остановил разработки в области автоматизации и отечественная промышленность готова к грядущему скачку. Если посмотрите на интеллект-карту (Mind Map) тура (рис. 3), увидите, что то были затронуты все ключевые направления автоматизации и продемонстрированы появившиеся на рынке новинки.

Изготовители систем управления реализуют передовые концепции и инновационные технологийи в виде новейшего программного и аппаратного обеспечения. При этом обеспечивается совместимость с предыдущими версиями, что позволит запустить на новейших системах ранее разработанное программное обеспечение. Стремясь сохранить вложенные инвестиции, производители предпочитают развивать ранее созданные системы путем расширения их функциональностей и (или) изменения ядра. Этим, собственно, объясняется тот факт, что в последнее время на рынке не появляются революционно новые технические решения, а системы управления планомерно эволюционируют.

Следует отметить, что ПТА-2009 продемонстрировала укрепление научной составляющей выставки, что выразилось в более активном привлечении университетов в качестве экспонентов на льготных условиях, расширении Международной конференции по АСУ ТП и встраиваемым системам, которая проходила в двух залах и проведении более 50 семинаров, презентаций и лекций.