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IESWECAN

Project

 IESWECAN

 

Titolo

 

Informatica per l'Ingegneria del Software embedded di macchine agricole e per costruzioni

Acronimo IESWECAN
ID del Progetto PON01_01516 Programma PON “R&C” 2007-2013
Data inizio 01/04/2011 Data fine 31/03/2014
Responsabile Scientifico Prof. Anna Rita Fasolino - DIETI, Università degli Studi di Napoli Federico II Rsponsabile attività di CeRICT

 Prof. Anna Rita Fasolino - DIETI, Università degli Studi di Napoli Federico II

 

Abstract

Abstract

Il progetto IESWECAN (Informatics for Embedded SoftWare Engineering of Construction and Agricultural machiNes) affronta la problematica del processo di sviluppo dei sistemi embedded e dei relativi strumenti informatici a supporto, con particolare riferimento ai settori industriali automobilistico e delle Macchine Agricole (AG nel seguito) e Macchine per Costruzioni (CE). In questi settori operano le aziende del Gruppo FIAT, FGA che nell’automotive con il partner Chrysler è il quinto produttore mondiale di autoveicoli, e Case New Holland (CNH), afferente a FIAT INDUSTRIAL S.p.A., che è leader mondiale con posizionamento nella prima posizione per AG e terza per CE. Elasis (ora FGA R&D Pomigliano e FIAT ITEM), per CNH come per gli altri settori del gruppo FIAT, ha contribuito attivamente alla innovazione e miglioramento continuo dei prodotti e processi. Con sistemi embedded si identificano quei sistemi elettronici a microprocessore progettati per svolgere una determinata applicazione su hardware specifico, generalmente non riprogrammabili dall'utente finale, integrati nel sistema che controllano e di cui gestiscono tutte o parte delle funzionalità spesso in tempo reale (real-time). La loro architettura hardware/software è determinata in fase di disegno in relazione ai compiti da svolgere. Non essendo generalmente espresso un requisito di scalabilità, si tende ad ottimizzare sia le funzionalità SW sia l’HW per contenere ingombri, consumi e costi di fabbricazione. Il successo commerciale nei campi automotive, AG e CE (come di tanti altri beni consumer di uso quotidiano) oggi dipende strettamente dalle funzionalità vieppiù complesse ed importanti implementate proprio attraverso i sistemi embedded quali:

1) Efficienza energetica ed emissioni (Controlli motore evoluti, Attuazione idraulica a basso impatto energetico, Sistemi di propulsione ibrida)

2) Sicurezza/Ausilio alla guida (Controllo qualità del raccolto, Data downloads, Controllo stabilità e traiettoria, Verifica presenza di ostacoli)

3) Service (Diagnostica ed assistenza remote, Upgrade SW on board, Raccolta dati per customer care)

In alcuni settori la forte richiesta di sistemi embedded ed i grandi volumi di vendita hanno avviato un processo di standardizzazione delle architetture ed un primo approccio alla adozione di soluzioni integrate a supporto dell'intero ciclo di vita capaci, per alcune classi di applicazioni, anche di centralizzarne la maintenance. I piccoli volumi di vendita del mercato AG e CE (di 2 ordini di grandezza inferiore rispetto a quelli delle automobili di piccola e media cilindrata) ad oggi non ha ancora reso conveniente questo processo di consolidamento. Così lo scenario attuale è caratterizzato da:

  • Processi di sviluppo e mantenimento non standardizzati, metodi di SW Engineering scarsamente diffusi e tecnologie a supporto eterogenee
  • Frammentazione delle soluzioni applicative per lo sviluppo e la verifica. Approccio alla validazione e al test ad hoc
  • Sviluppo home made, tempi e costi difficilmente stimabili per la mancanza di documentazione adeguata e assenza di relazioni chiare e oggettive tra anomalia/improvement/test di validazione

Il progetto di ricerca si propone quindi di innovare il processo e le tecniche a supporto del ciclo di vita dei sistemi embedded nei settori automotive, AG e CE per migliorarne l'affidabilità, rendere più chiaro e deterministico l’impatto delle anomalie, avviare l'introduzione di modalità di sviluppo e validazione stato dell’arte con particolare riferimento alla progettazione e validazione in virtuale,

ovvero:

  • adottare metodologie di SW Engineering emergenti quali il Requirements Lifecycle Management, il Model Driven Development o il Test Driven Developemnt.
  • estendere il ciclo di verifica creando continuità dalla validazione virtuale alla sperimentazione a banco, Hardware in the Loop (HiL) e su campo
  • individuare un'architettura informatica a supporto dell'intero ciclo di vita, capace di integrare anche le soluzioni di Descrizione e Configurazione di veicolo (Bill of Materials, Product Data Management) ed i tools di modelling and validation in uso

Più nello specifico il progetto di ricerca ha l’obiettivo generale di migliorare i processi e i prodotti di FGA e CNH, settori industriali del gruppo FIAT, presenti con i loro marchi e prodotti in tutti i continenti. Il SW embedded è la base per l’innovazione di prodotto in ambito veicolistico. Le metodologie e le tecnologie ICT applicate in modo opportuno al contesto delle automobili e delle macchine agricole e per costruzioni possono migliorare la competitività di FGA e CNH. A tal fine il progetto intende ricercare e sviluppare sia metodi che soluzioni applicative ICT per migliorare il processo di design e validazione della componente SW dei loro prodotti. L’ICT e i sistemi embedded sono pilastri dell’innovazione a livello comunitario, nazionale e regionale.

Il risultato finale del progetto consisterà dei seguenti punti:

  • un nuovo processo di sviluppo del software embedded delle macchine agricole e per costruzioni, meglio supportato da metodi, tecnologie e strumenti informatici evoluti;
  • una piattaforma di strumenti informatici, ottenuta integrando componenti commerciali e/o open source, sia preesistenti che sviluppati nell’ambito del progetto, che consentano in particolare un flusso di sviluppo continuo ed una tracciabilità dei legami a partire dalle specifiche, passando per il software e per finire alle specifiche di test per la verifica e validazione ed ai risultati delle prove stesse.

Una delle principali difficoltà in questo progetto è rappresentata dalla varietà di processi che saranno affrontati, spaziando dalla specificazione funzionale e dei test, allo sviluppo di modelli di simulazione di componenti fisici per la valutazione a calcolo delle prestazioni, alla varietà di piattaforme di sviluppo del software dettate dalla varietà degli ambienti target finali, che spaziano da centraline con processori di elevate prestazioni con coprocessori grafici ed interfacce altamente, quali i terminali operatore touch screen, ai sistemi di controllo safety critical per il controllo dei freni, del motore e della trasmissione, che presentano una grande varietà di centraline con diversi processori anche di quelli più economici a virgola fissa. Dalla varietà dei processi discende, di conseguenza, la varietà degli strumenti software attualmente usati o che si cercherà di integrare, passando dai word processor per la edizione delle specifiche testuali ai sistemi di gestione dei requisiti e delle modifiche agli stessi, agli ambienti di modellazione e simulazione del comportamento fisico delle macchine, quali MATLAB, Simulink, Amesim, usati per la simulazione dei casi di test, agli ambienti di sviluppo del software come il Visual Studio, usato per i sistemi display con sistema operativo Windows CE o Linux, ai database per la gestione delle informazioni relative alle sessioni di test. Realizzare una integrazione fra tutti questi diversi strumenti è una sfida impegnativa, ma dal cui successo si trarrà un sicuro beneficio per il lavoro di sviluppo del software embedded delle future macchine. Le metodologie e soluzioni tecnologiche che si studieranno per arrivare al risultato, comprendono quelle, in parte già menzionate, del Model Based Engineering, già in uso nel settore automobilistico, del Test Driven Development, orientato ad anticipare le fasi di rilevamento degli errori così da poterli risolvere per tempo, in particolare portando il test nelle fasi preliminari del progetto, sotto forma di simulazione, quando ancora gli oggetti fisici non sono disponibili per provare il software sviluppato. In questo il progetto fa propria quella tendenza che va sotto il nome della Virtual Engineering, che consiste sostanzialmente nell’accrescere l’uso della del Computer Aided Engineering (ovvero della simulazione delel funzionalità e prestazioni del sistema) nel campo della progettazione, ovvero del Virtual Testing, in cui l’insieme delle prove normate, tradizionalmente svolte per via sperimentale, viene portato in simulazione per determinare la bontà delle soluzioni sviluppate dai progettisti prima ancora di costruire il “pezzo di ferro”. In aggiunta a questo, si valuteranno le più moderne tecnologie informatiche, di Enterprise Knowledge Management, e le loro applicazioni tramite piattaforme Web in Intranet ed Internet, per fornire la giusta leva nella integrazione delle informazioni gestite nei diversi processi dello sviluppo.

In particolare si intende:

  • identificare gli opportuni indicatori prestazionali di processo, KPI (Key Performance Indicator) per la misurazione ed il confronto della efficacia ed efficienza delle possibili soluzioni alternative;
  • valutare la applicabilità delle più recenti evoluzioni delle metodologie di sviluppo del software embedded (System Engineering, Model Based Engineering, Test Driven Development, ecc.) nell’attuale processo di sviluppo del software embedded dei sistemi elettronici di macchine agricole e macchine per costruzioni;
  • identificare i miglioramenti apportabili al processo di sviluppo del software embedded ed i sottoprocessi componenti, nell’ottica di massimizzare il supporto ottenibile da strumenti ICT evoluti nei singoli processi e nelle relazioni fra gli stessi nel processo complessivo;
  • definire e progettare un architettura informatica a supporto della integrazione dei sottoprocessi nel processo di sviluppo del software embedded, e per ciascuno sottoprocesso, definire i componenti e gli strumenti informatici a supporto;
  • definire opportuni casi di studio, di complessità adeguata a mettere alla prova la validità del processo e degli strumenti progettati;
  • progettare e sviluppare i componenti dei sottoprocessi, dalla specificazione funzionale e dei test, alla modellazione del comportamento dei componenti meccanici, idraulici, elettronici delle macchine e delle logiche del software, al testware per la automazione delle validazioni e verifiche in ambiente virtuale;
  • sviluppare un dimostratore tecnologico della architettura informatica, IESWECAN, che integri gli strumenti software necessari per i casi di studio;
  • valutare sperimentalmente il software embedded sviluppato tramite IESWECAN sui casi di studio definiti;
  • analizzare l’efficacia e l’efficienza del nuovo IESWECAN mediante confronto dei KPI nelle diverse alternative e rispetto al processo attuale.

La modalità tramite la quale si svilupperanno e valideranno il processo e la piattaforma informatica, consisterà nella definizione di alcuni casi di studio, sufficientemente ampi da ricoprire la complessità funzionale delle macchine in questione così da avere un buon grado di confidenza sulla estendibilità ai programmi di sviluppo industriali delle macchine in questione dei risultati conseguiti e dimostrati nei casi di studio affrontati dal progetto. In particolare saranno selezionati casi di studio sia nel campo della meccatronica, cioè del controllo elettronico delle componenti meccaniche ed idrauliche delle macchine, che nel campo della interazione uomo-macchina ovvero di quei dispositivi elettronici di comando e monitoraggio quali joystick multifunzione, panelli di controllo, quadri di bordo, e display passivi o touch screen, usati dall’operatore ai fini del controllo delle operazioni di lavoro tipiche della macchina.

 

Partner

Partner
  • Fiat Group Automobiles S.p.A.
  • Università degli Studi di Napoli "Federico II"
  • Università degli Studi della Campania Vanvitelli
  • Fiat Item S.p.A.