Project
Embedded Systems in Critical Domains
Titolo
Tecnologie e Metodi per lo Sviluppo di Sistemi Embedde in domini critici per tempo e sicurezza
Descrizione: Attivazione di attività di ricerca congiunte tra i partner del progetto, attraverso assegni e contratti di ricerca, finalizzati alle tematiche del progetto. La ricerca non solo affronterà problematiche di natura metodologica, ma fornirà risultati concreti in termini di tecniche efficienti per la progettazione e per l’ingegnerizzazione di sistemi embedded innovativi e competitivi.
Obiettivi:
- Metodologie di progettazione e sviluppo di sistemi embedded basati su tecnologie emergenti
- Modellazione e simulazione di sistemi embedded complessi
- Testing, verifica e validazione di sistemi embedded complessi
- System engineering in ambito embedded
- Metodologie e tecniche legate a requisiti specifici del dominio applicativo
- Problematiche legate a “sistemi di sistemi embedded” connessi in rete.
Risultati attesi: Definizione di metodologie, strumenti ed ambienti di progettazione, sviluppo, testing, verifica e validazione (V&V) di sistemi embedded innovativi. Definizione di strategie e “best practices” per la progettazione e per l’ingegnerizzazione di sistemi embedded innovativi e competitivi. Presidio dei livelli “cutting-edge” della tecnologia dei sistemi embedded da parte delle realtà produttive regionali.
IESWECAN formazione
IESWECAN - FARM - Formazione di Ingegneri del Software Embedded per il settore delle Macchine per Costruzione ed Agricole
Prof. Fasolino Anna Rita - DIETI, Università degli Studi di Napoli Federico II
Nell’ambito della produzione industriale di sistemi complessi, prodotti ad esempio nel settore aeronautico, veicolistico, o ferroviario, i sistemi di controllo basati su computer stanno sostituendo sempre più i sistemi di controllo meccanici o elettronici. A tale diffusione deve essere attribuita la crescente domanda di software di qualità osservata negli ultimi anni in tali ambiti produttivi: il software di qualità è infatti in grado di migliorare la flessibilità, l’affidabilità e la manutenibilità dei sistemi prodotti, nonché di ridurre i costi di produzione in maniera considerevole. È per tale motivo che recentemente è aumentata la richiesta, da parte dell’industria, di ingegneri del software da impiegare nei propri processi di produzione. A tali ingegneri è richiesta dunque la capacità non solo di comprendere i problemi del controllo real-time di macchine elettriche, o dell’implementazione di microprocessori, ma soprattutto quella di sviluppare software di qualità per sistemi embedded. D’altro canto, la diffusione degli standard di qualità per i processi industriali, ed in particolare le norme dello standard ISO 9000 nel campo della produzione software, impongono alle industrie di aderire a specifici processi di sviluppo, testing, rilascio e manutenzione dei sistemi software. Allo stesso tempo, sempre più aziende operanti nel settore dell’ICT scelgono di qualificare i propri processi produttivi secondo le indicazioni del Capability Maturity Model (CMM). Ne consegue che la produzione industriale ha bisogno non solo di ingegneri con esperienza di sviluppo di sistemi embedded, ma soprattutto di ingegneri dotati di conoscenze ed esperienze specifiche nei processi software e nell’analisi, progettazione, sviluppo, e assicurazione di qualità di tali sistemi, ossia di ingegneri esperti nel campo dell’Embedded Software Engineering. L’Embedded Software Engineering è un ambito disciplinare attraversato negli ultimi tempi da rilevanti e radicali trasformazioni innescate da una serie di iniziative, quali la diffusione di approcci Model-Driven per lo sviluppo e di standard per la specifica di sistemi embedded, l’introduzione di principi e pratiche di sviluppo Agile quali il Test Driven Development (TDD) o l’approccio “Lean”, il consolidarsi di nuove architetture software di riferimento (per specifici ambiti embedded) basate su principi di modularità, astrazione, e riuso. Ne consegue che l’ingegnere che dovrà progettare e sviluppare software per tali sistemi embedded dovrà possedere non solo spiccate competenze specialistiche nelle più moderne acquisizioni dell’ingegneria del software, ma dovrà anche essere in grado di contestualizzare tali competenze nello specifico ambito produttivo in cui si trova ad operare. È evidente che tale figura professionale non può essere ottenuta esclusivamente attraverso la formazione universitaria di base. Piuttosto tale figura potrà essere frutto di una sinergia fra una rigorosa e integrata attività di formazione nell’ambito dei processi, principi, metodi e tecniche dell’Ingegneria del Software e dello Sviluppo di Sistemi Embedded, e una esperienza formativa in ambito industriale, calata nel contesto di progetti di sviluppo di sistemi embedded di ampie dimensioni. In questo scenario si colloca la proposta di questo progetto di formazione il cui obiettivo specifico è quello di riempire il gap fra formazione universitaria di base ed ambito produttivo reale, formando figure professionali di ingegneri esperti nell’Embedded Software Engineering. Tali figure professionali dovranno essere dotate di competenze informatiche sia di natura teorica che pratica necessarie ad inserirsi nei processi industriali di sviluppo di software embedded, partecipando attivamente a tutte le fasi del ciclo di vita di tali prodotti. Dovranno inoltre conoscere le caratteristiche peculiari dei sistemi embedded, le loro criticità, gli stringenti requisiti di affidabilità e tempificazione a cui sono soggetti e le soluzioni architetturali utilizzate per la loro realizzazione, al fine di comprendere, specificare, progettare e verificare con successo del software che dovrà essere sviluppato per tali sistemi. Allo stesso tempo, tali figure dovranno essere in grado di intervenire anche dal punto di vista gestionale nei processi aziendali e nella gestione della ricerca e dello sviluppo. Il progetto di formazione, associato al progetto di ricerca “IESWECAN- Informatics for Embedded SoftWare Engineering for Construction and Agricultural machiNes”, mira a colmare il gap di competenze esistenti, con particolare riferimento alla gestione del ciclo di vita del software embedded, in ambiti complessi quali il settore veicolistico. In linea con le tematiche proposte nel progetto di ricerca ad esso collegato, questo progetto di formazione intende sviluppare 13 figure professionali in grado di:
La complessità del profilo professionale in uscita si caratterizza per l’integrazione organica di competenze più specificatamente tecniche ed ingegneristiche con capacità di business e professionali quali la capacità di comunicare, di lavorare in team, di pianificare e di gestire programmi complessi. A queste, inoltre, si aggiungono le capacità più propriamente imprenditoriali che riguardano sempre più i profili professionali del futuro chiamati ad operare in condizioni di cambiamento continuo, forte dinamicità e di incertezza: tra queste è utile citare l’attitudine all’innovazione ed all’identificazione delle opportunità emergenti del contesto globale, la capacità di assumersi il rischio e la visione strategica e di lungo periodo.
Formazione di Ingegneri del Software Embedded per il settore delle Macchine per Costruzione ed Agricole
Prof. Fasolino Annarita - DIETI, Università degli Studi di Napoli Federico II
IESWECAN
Informatica per l'Ingegneria del Software embedded di macchine agricole e per costruzioni
Prof. Anna Rita Fasolino - DIETI, Università degli Studi di Napoli Federico II
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:
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:
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:
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:
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.
