Разработка мобильного приложения для управления ЧПУ-станком

Разработка мобильного приложения для управления ЧПУ-станком

ЧПУ-станок — это не 3D-принтер и не IoT-датчик. Управляющие системы класса Fanuc, Siemens Sinumerik, Heidenhain TNC, LinuxCNC — промышленное оборудование с жёсткими требованиями к надёжности, безопасности и точности управления. Мобильное приложение в этом контексте не заменяет пульт управления — оно дополняет его: мониторинг программы, загрузка NC-файлов, телеметрия состояния шпинделя и осей, оповещения об аварийных остановках.

Интерфейсы промышленных ЧПУ

Каждый производитель ЧПУ предоставляет свой API. Уровень открытости — разный:

MTConnect — открытый стандарт (ANSI/MTC1.4) для чтения состояния станка. Агент MTConnect адаптирует проприетарные данные в XML-стрим. Большинство крупных производителей ЧПУ поддерживают MTConnect как дополнительный интерфейс.

MTConnect: чтение данных станка

MTConnect Agent предоставляет HTTP API. Потоковое чтение через current (снимок) и sample (история с 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 стрим изменений от sequence number
    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)
        }
    }
}

Типичные DataItem из MTConnect-потока: execution (ACTIVE/STOPPED/INTERRUPTED), program (имя текущей программы), line (номер строки G-code), Xact/Yact/Zact (фактические позиции осей), Sspeed (обороты шпинделя), load (нагрузка шпинделя в %).

OPC UA: Siemens Sinumerik

Для Sinumerik 840D sl — OPC UA Server встроен в NCU. Пространство имён Siemens (urn:Siemens:SINUMERIK:NC) содержит узлы для всех параметров ЧПУ: /NC/Channel/State/actSystemTime, /NC/Spindle/actSpeed, /NC/Axis/actPos.

Подключение 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 каждой оси с интервалом 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 ->
                // обновляем позицию оси
            }
        }
    }
}

Безопасность управляющих команд

Запись команд в ЧПУ (смена программы, запуск цикла) — потенциально опасная операция. Требования:

1. Аутентификация и авторизация: только авторизованные операторы могут отправлять команды. JWT с коротким TTL, MFA для критических операций.
2. Зона сети: ЧПУ в изолированной производственной сети, API-шлюз — единственная точка входа с логированием всех команд.
3. Блокировки: команда запуска программы блокируется если дверь станка открыта (данные из safety PLC). Мобильное приложение не обходит физические блокировки.
4. Аудит: каждая команда логируется с timestamp, user ID, IP источника.

suspend fun startProgram(programName: String) {
    // Предварительная проверка состояния
    val state = getMachineState()
    require(state.doorsClosed) { "Дверь станка открыта" }
    require(state.execution == Execution.STOPPED) { "Станок не остановлен" }
    require(state.emergencyStop == EmergencyStop.ARMED) { "E-Stop не взведён" }

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

Загрузка NC-программ

G-code программы (.nc, .mpf для Siemens, .cnc для Fanuc) загружаются через FTP (LinuxCNC, большинство промышленных ЧПУ поддерживают FTP-сервер) или через проприетарный DNC-интерфейс. В 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();
  }
}

Разработка мобильного приложения для мониторинга и управления ЧПУ через MTConnect или OPC UA: 10–16 недель. Сложность определяется типом ЧПУ и объёмом управляющих функций. Стоимость рассчитывается индивидуально после аудита интерфейсов конкретного оборудования.