サーボシステムとソフトウェアアーキテクチャが出会うとき：「整理整頓」についてのランダムな話

あなたの作業場に数年間使用されている多軸ロボット アームがあると想像してください。最初は非常にうまく機能していましたが、動作を変更したり、センサーをアップグレードしたりするたびに、ワイヤーでいっぱいの昔ながらの電話を分解するようなものでした。1 か所移動すると、全体が台無しになってしまいます。さらに厄介なのは、特定のサーボ制御モジュールに問題が発生し、ライン全体が停止しなければならないことです。これには見覚えがあるでしょうか？

実は、ソフトウェアの世界の悩みは驚くほどこれに似ています。すべてのコードが混在する巨大なシステムは、ロボット アームのようなものです。髪の毛 1 本で体全体を動かすことができます。今日は、非常に技術的に聞こえますが、非常に実用的な核を持つ 2 つの概念、クリーン アーキテクチャとマイクロサービスについて説明します。これらは魔法ではなく、より賢い組織のアイデアのようなものです。

いったい何が私たちを悩ませているのでしょうか？

まず質問から始めましょう。なぜ改造はこれほど高価で危険なものになったのでしょうか?多くの場合、依存関係が複雑すぎることが原因です。コードでは「部品」が乱雑に接続され、ビジネスロジック、データベース操作、ユーザーインターフェイスが接着されています。これは、サーボモーターの制御、電源回路、機械固定フレームを 1 つの基板上に溶接するようなものです。変わりたいですか？アセンブリ全体を分解して再構築する必要がありました。

この「ハード接続」は、いくつかの典型的な問題を引き起こします。

• 変えるのが難しい: あらゆる調整はドミノのようなもので、一連の未知の効果を引き起こします。
• 独立してテストできない: コア コンピューティング モジュールを個別に検証しますか?申し訳ありませんが、最初に「ロボット」全体を起動する必要があります。
• テクノロジースタックがロックされています: 最初に選択した特定の基礎となるライブラリまたはフレームワークがコードのすべての層にインプリントされるため、将来的に置き換えるのが困難になります。

よりクリーンな考え方

Clean Architectureは、タマネギのように同心円を重ねることを提案します。中心的な考え方はシンプルです。ビジネス ルール (実際に解決しようとしている問題) を中心に置き、外部の世界から独立させます。データベース、Web フレームワーク、ユーザー インターフェイスなどの「外部詳細」は、外側の層に配置されます。内層は外層に依存しません。

これはどのようなメリットをもたらしますか?ステアリング ギア制御システムを設計することを想像してください。要は「角度とトルクをいかに正確に制御するか」（ビジネスロジック）です。これ自体は、信号が PWM、CAN バス、またはイーサネット (外部インターフェイス) から来るかどうか、また位置データが SQL データベースまたはテキスト ファイル (インフラストラクチャ) に保存されているかどうかを気にする必要はありません。つまり、純粋で、テスト可能で、安定している必要があります。

このようにして、通信プロトコルが CAN から EtherCAT にアップグレードされる場合、最も外側のアダプターを変更するだけでよく、コア モジュールはそのままで、テストは依然として有効です。これは、ロボット アームの端子台を新しいものに交換するようなもので、内部の精密ギア セットを変更する必要はありません。

マイクロサービスについてはどうでしょうか? 「整理整頓」と同じでしょうか？

正確にはそうではありませんが、多くの場合、それらは密接に関連しています。クリーン アーキテクチャはコードをどのように編成するかに重点が置かれているのに対し、マイクロサービスはシステムを物理的に分割してデプロイする方法に重点を置いています。

巨大なモノリス アプリケーションを複数の小さなサービスに分割し、それらのサービスを個別にデプロイし、クリーン アーキテクチャによって引かれた明確な境界に従って個別に実行できます。各マイクロサービスは、内部的にクリーンなアーキテクチャを採用し、特定のことに重点を置くことができます。たとえば、あるサービスは「サーバー位置調整」のみを担当し、別のサービスは「動作軌道計画」専用に担当します。

これは、複雑な工作機械全体を、独立したパワー モジュール、制御モジュール、センシング モジュールなどのいくつかの標準機能ユニットにモジュール化することに似ています。各モジュールは、生産ライン全体を停止することなく、個別にアップグレード、メンテナンス、さらには再起動することができます。

現実にこの理想に近づくにはどうすればよいでしょうか?

言うは易し行うは難し？おそらく小さなことから始めてください:

1. コアの特定: プロジェクト内で変更される可能性が最も低いビジネス ルールは何ですか?それを剥ぎ取ります。
2. 明確な境界線を引く：詳細（使用モーター、通信プロトコルなど）は何ですか？それらをコードの境界まで押し込んでみてください。
3. 依存関係が指すもの: 依存関係は、その逆ではなく、常に「詳細」から「コア」を指すようにします。
4. 完璧である必要はない: 最初は完全には不可能かもしれませんが、この方向に進むと、コード構造は自然に柔軟になります。

もちろん、マイクロサービスの分割には注意が必要です。これは万能薬ではなく、サービス間の通信やデータの一貫性などの新たな課題をもたらすでしょう。それは機械設計のようなもので、モジュール化によってインターフェイスやコネクタが追加されます。細分化しすぎると管理が複雑になります。したがって、ある程度の規模と明確な境界がある中規模および大規模システムに適しています。

感情について話す

私たちはアーキテクチャについて、最終的には変化への対応について話します。市場は変化し、テクノロジーは反復され、需要は変動します。優れたアーキテクチャとは、適切に設計されたモジュラー機械プラットフォームのようなものであり、より低コストで、より少ないリスクでこれらの変化に対応できるようにする必要があります。

それは自動的に起こるものではなく、思考と設計が必要です。しかし、明確なアーキテクチャのおかげで新しい機能が迅速かつ安定して追加されているのを見ると、主要なライブラリを置き換える必要があるが、コアのビジネス コードは無傷のままである場合、そのスムーズな感覚は、によって構築されたマシンを聞いているようなものかもしれません。キロパワー精密なサーボシステムによって駆動される機器は、滑らかで信頼性の高い動作音を響かせ、すべてが整然と、それぞれの役割を果たし、ゆったりとしています。

これは「整理整頓」と「サービス指向」の最もシンプルな追求かもしれません。

2005年に設立され、キロパワーは、中国広東省東莞に本社を置く、コンパクトモーションユニットの専門メーカーです。モジュラードライブテクノロジーのイノベーションを活用し、キロパワー高性能モーター、高精度減速機、マルチプロトコル制御システムを統合し、効率的でカスタマイズされたスマート ドライブ システム ソリューションを提供します。 Kpower は、スマート ホーム システム、自動エレクトロニクス、ロボティクス、精密農業、ドローン、産業オートメーションなどのさまざまな分野をカバーする製品で、世界中の 500 を超える企業クライアントにプロフェッショナルなドライブ システム ソリューションを提供してきました。