Розробка мобільного додатку для керування ЧПУ-верстатом

Розробка мобільного додатку для управління ЧПУ-станком

ЧПУ-станок — це не 3D-принтер і не IoT-датчик. Системи управління класу Fanuc, Siemens Sinumerik, Heidenhain TNC, LinuxCNC — промислове обладнання з жорсткими вимогами до надійності, безпеки та точності управління. Мобільний додаток у цьому контексті не заміняє пульт управління — він його доповнює: моніторинг програми, завантаження NC-файлів, телеметрія стану шпинделя та осей, сповіщення про аварійні зупинки.

Інтерфейси промислових ЧПУ

Кожний виробник ЧПУ забезпечує свій API. Рівень відкритості — різний:

MTConnect — відкритий стандарт (ANSI/MTC1.4) для зчитування стану станка. Agent MTConnect адаптує проприетарні дані в XML-потік. Більшість великих виробників ЧПУ підтримують MTConnect як додатковий інтерфейс.

MTConnect: зчитування даних станка

Agent MTConnect надає HTTP API. Потоковість через current (снімок) та sample (історія з буфером):

class MTConnectClient(private val agentUrl: String) {

    suspend fun getCurrent(): MTConnectDocument {
        val response = httpClient.get("$agentUrl/current") {
            accept(ContentType.Application.Xml)
        }
        return parseMTConnectXml(response.bodyAsText())
    }

    // Long-polling потік змін від номера послідовності
    fun streamSamples(from: Long? = null): Flow<MTConnectEvent> = flow {
        var nextSequence = from
        while (true) {
            val url = if (nextSequence != null)
                "$agentUrl/sample?from=$nextSequence&count=100"
            else
                "$agentUrl/sample?count=100"

            val response = httpClient.get(url)
            val doc = parseMTConnectXml(response.bodyAsText())

            doc.streams.forEach { stream ->
                stream.events.forEach { event -> emit(event) }
            }

            nextSequence = doc.header.nextSequence
            if (doc.streams.isEmpty()) delay(500)
        }
    }
}

Типові DataItem з MTConnect-потоку: execution (ACTIVE/STOPPED/INTERRUPTED), program (назва поточної програми), line (номер рядка G-code), Xact/Yact/Zact (фактичні позиції осей), Sspeed (обороти шпинделя), load (навантаження шпинделя у %).

OPC UA: Siemens Sinumerik

Для Sinumerik 840D sl — OPC UA Server вбудований в NCU. Простір імен Siemens (urn:Siemens:SINUMERIK:NC) містить вузли для всіх параметрів ЧПУ: /NC/Channel/State/actSystemTime, /NC/Spindle/actSpeed, /NC/Axis/actPos.

Підключення через Eclipse Milo (Java/Kotlin):

class SinumerikOpcUaClient(private val endpoint: String) {
    private lateinit var client: OpcUaClient

    suspend fun connect() {
        val endpoints = DiscoveryClient.getEndpoints(endpoint).await()
        val ep = endpoints.first { it.securityPolicyUri == SecurityPolicy.None.uri }

        client = OpcUaClient.create(ep.endpointUrl,
            endpointFilter = { it == ep },
            configurer = { config ->
                config.setIdentityProvider(UsernameProvider("OpcUaClient", "password"))
            })
        client.connect().await()
    }

    suspend fun readSpindleSpeed(): Double {
        val nodeId = NodeId.parse("ns=2;s=/NC/Spindle[u1,1]/actSpeed")
        val value = client.readValue(0.0, TimestampsToReturn.Both, nodeId).await()
        return (value.value.value as Number).toDouble()
    }

    fun subscribeToAxisPositions(callback: (AxisPositions) -> Unit) {
        val subscription = client.subscriptionManager.createSubscription(500.0).await()
        val nodes = listOf("Xact", "Yact", "Zact").map { axis ->
            NodeId.parse("ns=2;s=/NC/Channel[u1,1]/MachineAxis[$axis]/actPos")
        }
        // MonitoredItem для кожної осі з інтервалом 100 мс
        subscription.createMonitoredItems(
            TimestampsToReturn.Both,
            nodes.map { MonitoredItemCreateRequest(ReadValueId(it, AttributeId.Value.uid(), null, null),
                MonitoringMode.Reporting, MonitoringParameters(0.0, 100.0, null, 10, true)) },
        ) { item, _ ->
            item.setValueConsumer { _, value ->
                // оновлюємо позицію осі
            }
        }
    }
}

Безпека команд управління

Запис команд у ЧПУ (зміна програми, запуск циклу) — потенційно небезпечна операція. Вимоги:

1. Аутентифікація та авторизація: тільки авторизовані оператори можуть відправляти команди. JWT з коротким TTL, MFA для критичних операцій.
2. Зона мережі: ЧПУ в ізольованій виробничій мережі, API-шлюз — єдина точка входу з логуванням усіх команд.
3. Блокування: команда запуску програми блокується якщо дверь станка відкрита (дані з safety PLC). Мобільний додаток не обходить фізичні блокування.
4. Аудит: кожна команда логується з timestamp, ID користувача, IP-адресою джерела.

suspend fun startProgram(programName: String) {
    // Попередня перевірка стану
    val state = getMachineState()
    require(state.doorsClosed) { "Дверь станка відкрита" }
    require(state.execution == Execution.STOPPED) { "Станок не зупинений" }
    require(state.emergencyStop == EmergencyStop.ARMED) { "E-Stop не взведен" }

    auditLogger.log(Action.START_PROGRAM, programName, currentUser)
    mtConnectAdapter.sendCommand(StartProgramCommand(programName))
}

Завантаження NC-програм

G-code програми (.nc, .mpf для Siemens, .cnc для Fanuc) завантажуються через FTP (LinuxCNC, більшість промислових ЧПУ підтримують FTP-сервер) або через проприетарний DNC-інтерфейс. У Flutter:

Future<void> uploadNcProgram(File program, String remotePath) async {
  final ftp = FtpConnect(
    host: machineIp,
    user: ftpUser,
    pass: ftpPassword,
    timeout: 30,
  );

  try {
    await ftp.connect();
    await ftp.changeDirectory(remotePath);
    final uploaded = await ftp.uploadFile(program);
    if (!uploaded) throw Exception('FTP upload failed');
  } finally {
    await ftp.disconnect();
  }
}

Розробка мобільного додатку для моніторингу та управління ЧПУ через MTConnect або OPC UA: 10–16 тижнів. Складність визначається типом ЧПУ та обсягом функцій управління. Вартість розраховується індивідуально після аудиту інтерфейсів конкретного обладнання.