रॉकेट से लेकर रोबोट तक और पायथन का इससे क्या लेना-देना है। GeekBrains पूर्व छात्रों की कहानी

आज हम एंड्री वुकोलोव के आईटी में परिवर्तन की कहानी प्रकाशित कर रहे हैं। अंतरिक्ष के प्रति उनके बचपन के जुनून ने एक बार उन्हें MSTU में रॉकेट विज्ञान का अध्ययन करने के लिए प्रेरित किया। कठोर वास्तविकता ने मुझे सपने के बारे में भूलने पर मजबूर कर दिया, लेकिन सब कुछ और भी दिलचस्प हो गया। सी++ और पायथन का अध्ययन करने से मुझे समान रूप से रोमांचक काम करने की अनुमति मिली: रोबोट नियंत्रण प्रणालियों के तर्क को प्रोग्रामिंग करना।

शुरू

मैं भाग्यशाली था कि मैं बचपन भर अंतरिक्ष के बारे में सोचता रहा। इसलिए, स्कूल के बाद, मुझे एक मिनट के लिए भी संदेह नहीं हुआ कि मुझे पढ़ने के लिए कहाँ जाना चाहिए, और मैंने एमएसटीयू में प्रवेश किया। बॉमन, रॉकेट प्रोपल्शन इंजीनियरिंग विभाग को। हालाँकि, पाठ्यक्रम की शाखा - अंतरिक्ष रॉकेट के पाउडर या तरल इंजन - को बिल्कुल भी चुनने की आवश्यकता नहीं थी: 2001 में, एक विशेष संकाय आयोग ने अभी भी आवेदकों के लक्षित समूहों को वितरित किया। मैं बारूद के ढेर में फंस गया था।

उस समय, "रॉकेट बूम" केवल योजनाओं में मौजूद था; इंजीनियरों को अल्प वेतन मिलता था और वे विशेष बंद डिजाइन ब्यूरो और अनुसंधान संस्थानों में काम करते थे, जहां करियर और पेशेवर विकास की कोई संभावना नहीं थी। फिर भी, रूस में पाउडर रॉकेट पूरी तरह से सैन्य उत्पाद हैं।

अब यह क्षेत्र मांग में है, लेकिन अपनी पढ़ाई के दौरान ही मुझे एहसास हुआ कि रॉकेट विज्ञान में अपनी पहल पर कोई भी गतिविधि लगभग असंभव है। वस्तुतः यह सैन्य सेवा है। उदाहरण के लिए, रॉकेट उद्योग में काम करते हुए, मैं स्वतंत्र रूप से सॉफ़्टवेयर विकसित करने के अवसर से पूरी तरह वंचित हो जाऊँगा, यहाँ तक कि अपने लिए भी, क्योंकि यह गतिविधि सख्ती से विनियमित है।

सभी सॉफ़्टवेयर उत्पाद विशेष रूप से विशेष आदेश पर और गोपनीयता आयोग (अब FSTEC का एक प्रभाग) के अनुमोदन से विकसित किए जाते हैं। वहां डेवलपर को कोड की प्रत्येक पंक्ति को पंजीकृत करने और लाइसेंस देने की आवश्यकता होती है। सभी सॉफ़्टवेयर प्रारंभ में कार्य स्तर पर गुप्त होते हैं। यह आंशिक रूप से बताता है कि क्यों रॉकेट विज्ञान के छात्रों को प्रशिक्षित करने के लिए अब इस्तेमाल किया जाने वाला सॉफ्टवेयर 90 के दशक में विकसित किया गया था।

जब मैंने संस्थान से स्नातक की उपाधि प्राप्त की, तब तक मैं तंत्र सिद्धांत विभाग में काम करने में कामयाब रहा और C++ में एक शैक्षिक प्रक्रिया सिम्युलेटर विकसित करना शुरू कर दिया, इसलिए मेरे पास तुलना के लिए एक उदाहरण था और मैं पेशेवरों और विपक्षों का मूल्यांकन कर सकता था। विकल्प स्पष्ट था और मैं धीरे-धीरे आईटी और रोबोटिक्स की ओर बढ़ने लगा। एप्लाइड मैकेनिक्स रॉकेट साइंस की तुलना में कहीं अधिक मजेदार था: कई अनसुलझी समस्याएं, एक खुला वातावरण, विकास उद्योग की कमी, सिमुलेशन सॉफ्टवेयर की तत्काल आवश्यकता। रोबोटिक्स में, सामान्य सॉफ़्टवेयर की एक अस्थिर संरचना होती है और फ़ज़ी लॉजिक और एआई की शुरुआत सहित जटिल एल्गोरिदम को बार-बार लागू करने की आवश्यकता होती है। इसलिए, प्रयोगात्मक डेटा प्रसंस्करण के लिए अपने पहले कार्यक्रमों के बाद, मैं लगभग कभी भी रॉकेट पर नहीं लौटा (मेरे स्नातक प्रोजेक्ट के अपवाद के साथ)।

परिणामस्वरूप, मुझे एयरोस्पेस उद्योग के लिए मिश्रित संरचनाओं के लिए मॉस्को के पास एक संयंत्र में स्नातक होने से पहले केवल चार महीने के लिए अपनी विशेषज्ञता में काम करने का अवसर मिला। अपनी पढ़ाई पूरी करने के बाद, मुझे नौकरी की तलाश भी नहीं करनी पड़ी - मैं तुरंत रोबोटिक्स विभाग में एप्लाइड मैकेनिक्स पढ़ाने आ गया।

शिक्षण से लेकर प्रोग्रामिंग तक

IFTOMM विश्व कांग्रेस में अनुसंधान समूह के छात्र सदस्यों के साथ (मैं दाईं ओर)

मैंने एमएसटीयू में सैंपलिंग विभाग में 10 वर्षों तक काम किया और तंत्र के सिद्धांत पर एक पाठ्यक्रम पढ़ाया। उन्होंने वैज्ञानिक कार्य प्रकाशित किए (लेख का अंत देखें), धीरे-धीरे यांत्रिकी से सीएडी और रोबोटिक्स की ओर बढ़ गए। और आख़िर में उन्होंने पढ़ाना छोड़ने का फैसला कर लिया. इस निर्णय के कारणों को स्पष्ट रूप से समझाने के लिए, मैं कहूंगा कि दस वर्षों में मेरे द्वारा पढ़ाए गए अध्ययन पाठ्यक्रम में दशमलव का एक भी स्थान नहीं बदला है। यद्यपि व्यावहारिक यांत्रिकी, प्रकाशनों को देखते हुए, बहुत, बहुत सफलतापूर्वक आगे बढ़ी।

इसके अलावा, कार्य अधिक से अधिक नौकरशाही कार्य जैसा दिखता था - रिपोर्ट, कार्यक्रम, मानक और ढेर सारा कागज। ऐसी स्थितियों में, शिक्षण के आनंद को इस आनंद की प्राप्ति पर रिपोर्ट करने से बदल दिया गया, और यह एक अभ्यास विशेषज्ञ के लिए अप्रिय से भी अधिक है।

और अंततः मैं रोबोटिक्स में इस तरह आया: 2007-2009 में, प्रोफेसर ए. गोलोविन और एन. उमनोव के साथ, हमने पहला वैज्ञानिक कार्य तैयार करना शुरू किया। वहां मुझे स्ट्रोब फोटोग्राफी से वस्तुओं के पथ निर्धारित करने के लिए एल्गोरिदम का उपयोग करना पड़ा। इस विषय से यह मशीन विज़न, ओपनसीवी और रोबोटिक ऑपरेटिंग सिस्टम की ओर एक कदम है (हालाँकि उस समय मैंने ऐसे पैमाने के बारे में सोचा भी नहीं था)। उसके बाद, मैंने अंततः अनुसंधान में व्यावहारिक यांत्रिकी और रोबोटिक्स पर ध्यान केंद्रित किया, और विकास एक सहायक गतिविधि बन गया।

हालाँकि, रोबोटिक्स में एक नई नौकरी खोजने के लिए, मेरे प्रोग्रामिंग ज्ञान को सुधारना और पूरक करना आवश्यक था। आख़िरकार, मैंने कभी भी विशेष रूप से आईटी का अध्ययन नहीं किया, एक साल के विश्वविद्यालय पाठ्यक्रम (सी++ में ऑब्जेक्टपास्कल और बोरलैंड वीसीएल) को छोड़कर, और विकास के सैद्धांतिक पहलुओं के लिए गणित पर निर्भर रहा।

सबसे पहले मैंने अपने मूल संस्थान में पूर्णकालिक पाठ्यक्रमों के विकल्पों पर विचार किया। सच है, यह जल्दी ही स्पष्ट हो गया कि अनियमित कार्यक्रम और अपने स्वयं के कार्यक्रम (प्रतिस्थापन, आदि) के बाहर लगातार काम के कारण इस तरह के अध्ययन को विभाग में काम के साथ जोड़ना लगभग असंभव होगा। इसलिए धीरे-धीरे मेरे मन में दूर से सशुल्क पाठ्यक्रम पूरा करने का विचार आया। मैं बॉमंका में स्थित Mail.ru टेक्नोपार्क प्रशिक्षण केंद्र के प्रोफेसरों की सिफारिश पर गीकब्रेन में आया और पायथन प्रोग्रामर पाठ्यक्रम में दाखिला लिया।

पाठ्यक्रमों से कोई कठिनाई नहीं हुई, एकमात्र समस्या यह थी कि मुझे लगातार उन्हें विभाग के काम, वैज्ञानिक कार्यों और आयोजनों के साथ जोड़ना पड़ा। समय इतना तंग था कि घर के बाहर अधिकांश सामाजिक संबंधों का त्याग करना पड़ा (सौभाग्य से, अस्थायी रूप से)।

इस तरह मैंने कार्यभार का सामना किया: मैंने सड़क पर समस्याओं का समाधान किया। कई व्यावसायिक यात्राओं के माध्यम से विकसित किया गया यह कौशल बहुत उपयोगी साबित हुआ, क्योंकि इसके बिना मैं अपना सारा होमवर्क भी पूरा नहीं कर पाता (और यह ध्यान की जगह भी ले लेता है...)। मैंने अपने लैपटॉप, स्मार्टफ़ोन और वायरलेस स्मार्टफ़ोन कीबोर्ड का उपयोग करके चलते-फिरते कोड करना सीखा।

मेरा लैपटॉप डेल लैटीट्यूड 3470 है, और लॉजिटेक के 5.5 बीटी कीबोर्ड के साथ 810 इंच या उससे अधिक के विकर्ण वाला कोई भी स्मार्टफोन उपयुक्त होगा। सामान्य तौर पर, मैं हर किसी को लॉजिटेक उत्पादों की सलाह देता हूं; वे बहुत विश्वसनीय हैं और उपयोग की बहुत कठोर परिस्थितियों का सामना कर सकते हैं (और यह कभी भी विज्ञापन नहीं है)।

कीबोर्ड लॉजिटेक K810

पाइथॉन ऐसे काम के लिए बहुत अनुकूल है - यदि आपके पास एक अच्छा संपादक है। एक अन्य प्रोग्रामिंग हैक: डेस्कटॉप या रनटाइम वातावरण में दूरस्थ कनेक्शन का उपयोग करें। मैंने अपने घरेलू कंप्यूटर पर Django चलाने वाले एक सुरक्षित वेब सर्वर का उपयोग करके कई कार्य पूरे किए। मैंने PyDroid, DroidEdit, Maxima सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके ट्रेन से काम किया।

पायथन क्यों?

इससे पहले कि मैं PHP को सिस्टम स्क्रिप्टिंग भाषा के रूप में उपयोग करने का प्रयास करता, यह अधिक समय नहीं था। मैंने शुरुआत में पाइथॉन का अध्ययन अकेले और धीरे-धीरे "अपने लिए" किया। मॉड्यूल स्तर पर पायथन और सी++ के बीच एक प्रभावी कनेक्शन के अस्तित्व के बारे में जानने के बाद मैंने गंभीरता से अध्ययन करने का फैसला किया - एक ही भाषा में अनुकूलित एल्गोरिदम और डेटा तैयारी प्रक्रियाओं को साझा करना दिलचस्प लगा।

सबसे सरल उदाहरण: एक गैर-मानक शक्तिशाली ड्राइव के लिए एक नियंत्रण प्रणाली है, जिसे C++ में RISC प्रोसेसर के साथ एक एम्बेडेड मशीन पर कार्यान्वित किया जाता है। प्रबंधन एक बाहरी मशीन-निर्भर एपीआई के माध्यम से होता है, जो उदाहरण के लिए, नेटवर्क पर उपप्रणालियों के बीच संचार का समर्थन करता है। उच्च स्तर पर, ड्राइव ऑपरेशन एल्गोरिदम डिबग नहीं किया गया है या स्थिर नहीं है (कार्य प्रक्रिया के आधार पर विभिन्न एल्गोरिदम लोड करना आवश्यक है)।

ऐसी प्रणाली को प्राप्त करने के सर्वोत्तम तरीकों में से एक मशीन-विशिष्ट C++ सबसिस्टम एपीआई को क्रॉस-प्लेटफ़ॉर्म दुभाषिया पर चलने वाले पायथन कक्षाओं के एक सेट के आधार के रूप में उपयोग करना है। इस प्रकार, शीर्ष-स्तरीय डेवलपर को एम्बेडेड मशीन और उसके ओएस की विशेषताओं को ध्यान में नहीं रखना होगा; वह केवल पायथन कक्षाओं के साथ काम करेगा जो निम्न-स्तरीय एपीआई के "रैपर" के रूप में कार्य करते हैं।

मुझे लगभग शुरुआत से ही C++ और Python बाइंडिंग सीखनी पड़ी। यह शीघ्र ही स्पष्ट हो गया कि उच्च स्तर पर वस्तु-उन्मुख क्षमताएँ निम्न स्तर की तुलना में कहीं अधिक महत्वपूर्ण थीं। इस वजह से, हमें एपीआई को डिजाइन करने और लागू करने के दृष्टिकोण को पूरी तरह से बदलना पड़ा, पायथन स्तर पर कक्षाओं का चयन करना पड़ा और सी/सी++ में वैश्विक डेटा साझा करना पड़ा। कोड जेनरेशन की आदत डालें: उदाहरण के लिए, आरओएस फ्रेमवर्क स्वयं पायथन में नाम और ऑब्जेक्ट उत्पन्न करता है, इसलिए आपको अपने इंटरफेस को डिजाइन करते समय भाषा के अंतर को ध्यान में रखना होगा, खासकर टाइपिंग में।

वर्तमान में कार्य करना: पायथन और रोबोट नियंत्रण तर्क

अब मैं मॉस्को स्टेट टेक्निकल यूनिवर्सिटी के रोबोटिक्स रिसर्च एंड एजुकेशन सेंटर में पायथन और सी++ प्रोग्रामर के रूप में काम करता हूं। हम सरकारी विभागों द्वारा कमीशन किए गए अनुसंधान परियोजनाओं और सॉफ़्टवेयर टूल को कार्यान्वित करते हैं: हम अंतर्निहित तकनीकी दृष्टि प्रणालियों और उच्च स्तरीय स्वचालित नियंत्रण एल्गोरिदम के साथ मैनिपुलेटर्स विकसित करते हैं जो सिस्टम से स्वतंत्र होते हैं।

वर्तमान में, मैं पायथन में रोबोट नियंत्रण प्रणालियों के लिए उच्च-स्तरीय तर्क प्रोग्राम करता हूं; यह भाषा C++, असेंबलर और गो में लिखे गए अत्यधिक अनुकूलित मॉड्यूल को एक साथ जोड़ती है।

प्रोग्रामिंग रोबोट नियंत्रण एल्गोरिदम में, एल्गोरिदम के दो बड़े समूहों का उपयोग किया जाता है। उनमें से पहला उपकरण पर सीधे निम्न स्तर पर लागू किया जाता है - यह ड्राइव नियंत्रकों, संचार लाइन सांद्रक और ऑपरेटर इंटरैक्शन सबसिस्टम का अंतर्निहित सॉफ़्टवेयर है।

यहां एल्गोरिदम को नियंत्रित निष्पादन गति और विश्वसनीयता के लिए डिज़ाइन किया गया है जो समग्र रूप से रोबोट के प्रदर्शन से अधिक है। उत्तरार्द्ध अनिवार्य है, क्योंकि संपूर्ण सिस्टम की सुरक्षा निम्न-स्तरीय नियंत्रण सॉफ़्टवेयर पर निर्भर करती है।

एल्गोरिदम का दूसरा समूह समग्र रूप से रोबोट के संचालन को निर्धारित करता है। ये उच्च-स्तरीय कार्यक्रम हैं, जिनके विकास में एल्गोरिदम के कार्यान्वयन की स्पष्टता और गति पर जोर दिया जाता है, जो अक्सर काफी जटिल होता है। इसके अलावा, सेटअप और परीक्षण प्रक्रिया के दौरान रोबोट पर उच्च-स्तरीय सॉफ़्टवेयर अक्सर परिवर्तन के अधीन होता है। ऐसे विकास के लिए, सामान्य प्रयोजन की व्याख्या की गई भाषाएँ अपरिहार्य हैं।

ऐसे कार्य के लिए किस ज्ञान की आवश्यकता है?

C++ टेम्प्लेट भाषा और Python की ऑब्जेक्ट-ओरिएंटेड क्षमताओं का अध्ययन करना अनिवार्य होगा। एक लगभग अपूरणीय कौशल एपीआई को डिज़ाइन और दस्तावेज़ करने की क्षमता है। Boost::Python जैसे विशिष्ट पुस्तकालयों की क्षमताओं का पता लगाना एक अच्छा विचार होगा। जो लोग निम्न-स्तरीय सॉफ़्टवेयर के साथ काम करते हैं, उन्हें निश्चित रूप से मल्टीथ्रेडिंग (कर्नेल स्तर पर) और लिनक्स/यूनिक्स/क्यूएनएक्स सिस्टम कॉल से निपटना होगा। रोबोटिक्स के सिद्धांतों के बारे में अपनी समझ को बेहतर बनाने के लिए, रोबोटिक ऑपरेटिंग सिस्टम ढांचे से खुद को परिचित करना बहुत उपयोगी है।

मैं कम से कम एक संकलित और एक व्याख्या की गई प्रोग्रामिंग भाषा रखने की कोशिश करता हूं जो विकसित हो रही हो और मांग में हो। यह इंजीनियरिंग में काम करने के लिए एक विजयी रणनीति है, जहां अत्यधिक विशिष्ट (पढ़ें: असामान्य) एल्गोरिदम विकसित करने और उन्हें संकलित भाषाओं में लागू करने की निरंतर आवश्यकता होती है। ऐसे सॉफ़्टवेयर के लिए डेटा तैयार करने का कार्य व्याख्या की गई भाषाओं का उपयोग करके हल करना अधिक सुखद है। प्रारंभ में, मेरे सेट में C++, पास्कल और बेसिक शामिल थे, बाद में PHP और BASH जोड़े गए।

विद्यार्थियों को पढ़ाने में विकास उपकरण किस प्रकार उपयोगी हो सकते हैं

अब व्यावसायिक विकास की मुख्य योजना शिक्षण विधियों को विकसित करने और परीक्षण करने के लिए शिक्षाशास्त्र में पेशेवर सॉफ्टवेयर विकास उपकरणों के उपयोग के लिए वैज्ञानिक आधार प्रदान करने का प्रयास करना है।

2016 से, मैंने उच्च शिक्षा में शिक्षण अभ्यास में विकास उपकरण - प्रोग्रामिंग भाषाएं, आईडीई, दस्तावेज़ जनरेटर, संस्करण नियंत्रण प्रणाली - शुरू करने का एक बड़ा प्रयोग शुरू किया। अब हम ऐसे परिणाम प्राप्त करने में सफल हो गए हैं जिन्हें गुणात्मक रूप से सामान्यीकृत किया जा सकता है।

उदाहरण के लिए, शैक्षिक प्रक्रिया में सामग्रियों के संस्करण की शुरूआत से छात्रों के काम की गुणवत्ता में काफी सुधार होता है, हालांकि, केवल एक अनिवार्य शर्त के तहत: छात्र साझा परियोजनाओं पर एक साथ काम करते हैं। पेशेवर सॉफ्टवेयर विकास उपकरणों का उपयोग करके तकनीकी विषयों को पढ़ाने के तरीकों का विकास अब मेरे शोध समूह द्वारा सक्रिय रूप से किया जा रहा है, जिसमें एमएसटीयू में अतिरिक्त शिक्षा कार्यक्रमों के छात्र, आवेदक और छात्र शामिल हैं।

वैसे, मैंने अपना शिक्षण अभ्यास नहीं छोड़ा - मैंने एमएसटीयू में उन्नत अध्ययन संस्थान के लिए लिनक्स के डिजाइन और प्रशासन पर अपना खुद का गहन पूर्णकालिक पाठ्यक्रम विकसित किया, और मैं इसे स्वयं पढ़ाता हूं।

वैज्ञानिक कार्य

प्रारंभिक कार्य
घोड़े की चाल कार्यान्वयन के उदाहरण का उपयोग करके चार पैरों वाली चलने वाली प्रणालियों को डिजाइन करते समय चाल योजना के मुद्दे (2010 g।)

चार-पैर वाले मूवर के कार्य चक्र के घटकों के रूप में समर्थन के करीब पहुंचने के चरण में घोड़े के सामने के पैर के सहायक तत्व की कीनेमेटीक्स और लोडिंग के मुद्दे पर (2012 g।)

आखिरी से
शिक्षण तंत्र और मशीन सिद्धांत के लिए 3डी गियर निर्माण सिमुलेशन अनुप्रयोग (2019 g।)

संरचनात्मक बाधाओं को पहचानने की विधि और राहत वस्तुओं की खोज में इसका अनुप्रयोग (2018 g।)

वैज्ञानिक उद्धरण डेटाबेस द्वारा अनुक्रमित अन्य कार्य मेरी प्रोफ़ाइल पर देखे जा सकते हैं अनुसंधान गेट. अधिकांश लेख मशीनों की आवाजाही के लिए समर्पित हैं, इंजीनियरिंग शिक्षाशास्त्र और शैक्षिक सॉफ्टवेयर पर काम हैं।

स्रोत: www.habr.com