Kroki Projektowe: HLD

Nikt tak naprawdę nie ma wyraźnego, udokumentowanego zapisu myślenia, które weszło w projekt robota, więc postaramy się udokumentować serię kroków i myśli w logicznej kolejności. Inni podchodzili do tego w inny sposób, ale warto dać dobry przykład tego, jak można to zrobić w fazie projektowania. Na pewno powinniśmy napisać specyfikację projektu, tak jak zaleca to część 1. Przypuśćmy jednak, że mamy już napisaną specyfikację. Sensowne jest wzięcie głębszego oddechu na samym początku projektu i określenie, jaki sukces będzie miał sukces. Po zrobieniu tego i odczytaniu specyfikacji, nadszedł czas na rozpoczęcie projektu wysokiego poziomu (HLD).

Zasilanie

Każdy projekt robota powinien rozpocząć się od dokładnej analizy wymagań dotyczących zasilania. Omówimy zasilanie w oddzielnym rozdziale, więc wspomnijmy o tym teraz na marginesie. Jeśli źródło zasilania nie jest wystarczające do spełnienia wymagań, robot nie może działać prawidłowo. Aby spojrzeć na zasilanie, musimy spojrzeć na wagę, wymagane czynności, metody lokomocji, czas pracy, schematy magazynowania energii, automatyzację, komunikację i tankowanie (ładowanie).

Lokomocja

Przejdziemy do mechaniki robota w innej części, ale powinniśmy o tym wspomnieć teraz. Będziemy musieli spojrzeć na mechanikę potrzebną do poruszenia robota, moc potrzebną do wpływania na ruch, wymaganą prędkość i wymaganie niezawodności. Będziemy musieli spojrzeć na wymagane stopnie swobody. Możemy myśleć o stopniach swobody, prawie jak stawy w ludzkiej kończynie. Robot będzie musiał zginać różne kierunki i musi mieć osobną kontrolę nad każdą osią. Z wymaganiami dotyczącymi ruchu i szacunków mocy w ręku, mamy wszystkie podstawowe zasady zniesione. Wiemy, jak ciężki jest robot, ile będzie musiał przenieść i jakiego rodzaju źródła energii będziemy używać. Ta część HLD przypomina planowanie inwazji wojennej, takiej jak inwazja Niemiec w czasie II wojny światowej. Generał Bradley wiedział, ile czołgów jest wymaganych i jak daleko musieli jechać. Pozwoliło mu to na szybkie zgranie wstępnych planów zaopatrzenia w paliwo.

Automatyzacja

Następnie, po opracowaniu podstawowej logistyki, czas spojrzeć na automatyzację robota. Na chwilę obecną możemy przyjąć, że specyfikacje zostały już uproszczone, więc problemy z HLD są proste. Ponadto możemy założyć, że komputeryzacja jest już w planie. Podczas HLD postaramy się jeszcze bardziej uprościć. Komputer często przejmuje zadania, które mogą być wykonywane w inny sposób. Jeśli możemy przenieść niektóre funkcje robota do oprogramowania, zyskujemy dwie zalety. Po pierwsze, możemy opóźnić części projektu, dopóki oprogramowanie nie będzie musiało zostać napisane. Po drugie, możemy obniżyć koszty. Oprogramowanie jest bezpłatne w takim zakresie, w jakim programy mogą być ładowane do robota po robocie za darmo (po uzyskaniu oprogramowania). Oto konkretny przykład tego, co można zrobić w oprogramowaniu. Załóżmy, że robot ma akumulatory. Ponadto załóżmy, że specyfikacje wymagają powiadomienia operatora, gdy akumulatory są doładowywane. Można to zrobić na dwa sposoby:

•  Możemy wykorzystać inteligentne baterie, które mogą komunikować się z komputerem. Te baterie mają specjalne złącza, które przenoszą serializowane sygnały do interfejsu komputera. Możemy zaprogramować komputer do przesłuchiwania akumulatorów i zgłaszania ich statusu, ale istnieje łatwiejszy sposób.
•  Jeśli jesteśmy zadowoleni z dokładności, jaką nam daje, i jeśli nie martwimy się o konsekwencje otrzymywania złych informacji od czasu do czasu, możemy po prostu symulować baterie wewnątrz oprogramowania. Musimy tylko wiedzieć, jak długo baterie zostały wyczerpane przez robota i jak długo trwają ładowanie. Jeśli symulacja błądzi po stronie ładowania akumulatorów, komputer będzie w stanie wykonać tę funkcję całkowicie w oprogramowaniu. Jakie zalety ma zespół projektowy? Przede wszystkim będziemy potrzebować tylko standardowych akumulatorów sprzedawanych w sklepie. Nie będziemy potrzebować specjalnych baterii, które mogłyby się komunikować. Nie będziemy potrzebować interfejsu baterii na komputerze. W rezultacie robot będzie kosztować mniej.

Wiele innych funkcji można przenieść ze sprzętu do oprogramowania. Pamiętaj tylko, że możliwości komputera i programistów są ograniczone. Czasy będą występować, gdy włączenie sprzętu wyeliminuje potrzebę bolesnego i kosztownego programowania. Ponownie przeanalizuj projekt robota podczas procesu przeglądu HLD. Niech zespół spotka się i porozmawiaj o dobrobycie nowego potomstwa. Wezwij doradców zewnętrznych do spotkania przeglądowego, który może być w stanie dostrzec rzeczy, których inni nie mogą. Należy zająć się kilkoma kwestiami, w tym:

• Czy jest wystarczająco prosty i niezawodny? Jeśli członkowie zespołu nie są zadowoleni z części projektu, jest to miejsce do rozpoczęcia dyskusji.
• Przyjrzyj się dokładnie wszystkim częściom, które mogą mieć wysokie awarie lub mogą być wrażliwe na środowisko. Zmniejsz zapotrzebowanie na te części, jeśli to w ogóle możliwe.
• Zmniejsz potrzebę ryzykownych operacji lub mechaniki. Najlepsze konstrukcje mechaniczne wydają się być wyjątkowo proste.
• Sprawdź, czy mogą wystąpić awarie miejsc. Nie trzeba eksperta, aby wyczuć, gdzie projekt może mieć problemy.
• Spójrz na wymagania dotyczące automatyzacji. Jakie algorytmy będą używane?
•  Czy oprogramowanie jest wystarczająco proste? Czy programiści szaleją?
•  Czy oprogramowanie może same powodować awarie? Niezawodność oprogramowania jest ważnym technicznym obszarem z konferencjami, zestawami narzędzi, specjalistami i tak dalej.
•  Czy są wystarczające marginesy projektu? Czy siłowniki, akumulatory i obwody komput
erowe mają więcej koni mechanicznych, aby osiągnąć swoje cele? Podczas określania tych elementów warto rozróżnić znaczną część marginesu. Większość projektów rozwija się w nieco nieplanowany sposób. Więc skacz na niego i zarezerwuj zapasowe zasoby, które robot może wykorzystać.

Po ustaleniu podstaw robota i zapisaniu HLD i przejrzeniu, nadszedł czas na pełne zorganizowanie w celu rozwoju. Żaden inżynier nie lubi czekać na ukończenie pracy innego inżyniera, nie docenia też utknięcia z powodu decyzji lub zasobów. Ważne jest zebranie roboczych wytycznych i planów, które sprawiają, że wszystko działa sprawnie. Oto jeden sugerowany sposób, aby pomóc w tym. Podziel zespół na niezależne grupy. Jedna grupa poradziłaby sobie z mechaniką i systemami zasilania. Druga grupa może obsłużyć automatyzację. Niech zespoły zasiądą na początku i opracuj wszystkie interakcje między dwiema grupami. W tym konkretnym przypadku należy zająć się następującymi kwestiami:

•  Jakie sygnały dostarcza mechanika komputerowi i jakie sygnały będzie komputer dostarczał mechanikom?
•  Usiądź, wyciągnij i wyjaśnij wszystkie główne ruchy i funkcje robot w formie storyboardu. Nie wszyscy będą czytać specyfikacje. Dalej, wielu ludzi nie może po prostu czytać specyfikacji i wizualizować operacji. Niektórzy ludzie muszą widzieć rzeczy i słyszeć je, zanim w pełni zrozumieją.
•  Porozmawiaj o tym, które testy zostaną wykonane i kto będzie dokumentował schematy badań.
• Omów, które systemy wspomagania komputerowego (CAD) będą wykorzystywane konstrukcja mechaniczna i elektryczna. Idealnie byłoby, gdyby te systemy były zintegrowane tak, aby łatwiej było dopasować obwody drukowane (PCB) do urządzeń na mechanicznym podwoziu.
•  Porozmawiaj o tym, jak mechanika zmieści się w robocie. Chociaż system CAD może być użyty do wyrównania, prawie nic nie może zastąpić kontroli krytycznych obszarów robota. Na przykład załóżmy, że projektujemy PCB, które musi zmieścić się w robocie. Załóżmy, że systemy CAD nie są zintegrowane, jak to często bywa. Sporządź arkusz kalkulacyjny każdego punktu interakcji w robocie, w którym PCB może wchodzić w interakcję z mechaniką i opakowaniem. Przez interakcję rozumiemy dotyk lub wymagamy zakwaterowania. Dla każdego z punktów interakcji wprowadź wszystkie odpowiednie wymiary tego punktu do arkusza kalkulacyjnego, w tym współrzędne XYZ. Dzięki dokładnemu zestawieniu punktów interakcji, znacznie łatwiej jest ustalić, czy PCB zmieści się w mechanice robota bez błędu. Bez takiej dbałości o szczegóły, bardzo łatwo jest nagle uświadomić sobie, że post jest dokładnie tam, gdzie myśleliśmy, że PCB pójdzie. W razie potrzeby wykonuj makiety ze styropianu i tektury. Po prostu nie pozwól, aby "klient" to zobaczył!
•  Zaakceptuj metody komunikacji między dwoma zespołami. Spotykać się tak często, jak to konieczne, aby utrzymać właściwy przepływ informacji.
Po usunięciu wszystkich tych szczegółów dobry menedżer projektu może utrzymać oba zespoły podczas pracy. Bądź na bieżąco ze wszystkimi inżynierami i bądź czujny. Problemy mogą się szybko rozwijać. Przenieś się tak szybko, jak to możliwe, w kierunku wykonania pierwszego schematu testowego, a projekt powinien pójść dobrze.