Poiché i requisiti per prodotti a prestazioni aumentate determinano anche un aumento della complessità di progettazione, i software stanno acquisendo un’importanza sempre maggiore nel determinare il successo di un prodotto sul mercato. Gli ingegneri che si ritrovano a dover creare software più complessi con un livello di qualità più elevato in tempi più brevi hanno scelto di fare ricorso alla progettazione Model-Based.
Che cos’è la progettazione Model-Based?
La progettazione Model-Based fornisce un approccio matematico e visivo allo sviluppo di sistemi complessi. Supporta e favorisce la collaborazione fornendo un linguaggio comune per i team interfunzionali che lavorano in più domini. La progettazione Model-Based viene utilizzata in svariati settori e in diverse applicazioni, tra cui il controllo del moto, l’elaborazione dei segnali, le attrezzature industriali e applicazioni in ambito automotive e aerospaziale. Il focus di questa tecnica è l’utilizzo sistematico di modelli lungo l’intero processo di sviluppo per la specifica dei requisiti, la modellazione dell’architettura di sistema, l’implementazione dei progetti, la simulazione, la generazione automatica di codice e la fase di verifica e convalida.
La progettazione Model-Based integra e rende possibili le pratiche di sviluppo agile. Come lo sviluppo agile, anche la progettazione Model-Based consente agli sviluppatori di individuare difetti e problemi di progettazione nelle primissime fasi di un progetto, di apportare modifiche a livello di requisiti e di realizzare un sistema in linea con le esigenze dei clienti. Ad esempio, gli utenti possono eseguire iterazioni rapide connettendosi a sistemi di integrazione continua (CI) per testare e verificare automaticamente i modelli e il codice nel corso dell’intero ciclo di sviluppo.
Lo sviluppo Agile di sistemi con il Model-Based Design è incentrato sulla simulazione e sulla generazione di codice al fine di offrire, in modo incrementale, artefatti di progettazione e test, studi e valutazioni.
La progettazione Model-Based supporta la trasformazione digitale di prodotti e servizi. Gli utenti possono ulteriormente ampliare l’uso dei modelli precedentemente sviluppati nei sistemi in funzione, creando gemelli digitali per ottimizzare il funzionamento dei sistemi, monitorarne lo stato e fornire un meccanismo di feedback al team di sviluppo in modo tale da apportare continui miglioramenti. Tale approccio consente l’uso di applicazioni quali la manutenzione predittiva e il rilevamento dei guasti in tempo reale.
Progettazione Model-Based: uso sistematico di modelli lungo l’intero processo di sviluppo.
Raggiungimento dei propri obiettivi aziendali
I leader di mercato usano la progettazione Model-Based per:
Presentare più offerte e aggiudicarsi un numero maggiore di progetti.
“Di recente abbiamo vinto un progetto per il quale alcuni dei nostri competitor avevano scelto di non presentare un’offerta per via dei tempi strettissimi richiesti. Con la progettazione Model-Based siamo riusciti a rispettare la data di consegna originale senza nessun problema.”
Creare prodotti che non sarebbe stato possibile sviluppare in altri modi.
“In passato, realizzare l’hardware per i controller necessari per prodotti specializzati avevo costi davvero proibitivi. Simulink ci permette di implementare in tutta semplicità i nostri progetti di controller sull’hardware di PLC esistenti. [Ora possiamo] perseguire nuove opportunità commerciali per l’ingegnerizzazione di prodotti per controller in piccole quantità.”
Generare vendite e ricavi in tempi più brevi.
“Il nostro team composto da tre persone ha realizzato un prototipo completamente funzionante in soli sei mesi con gli strumenti MathWorks. Senza questi strumenti, il progetto avrebbe richiesto almeno altri sei mesi.”
Offrire funzionalità e prestazioni che la concorrenza non può eguagliare.
“Il drivetrain idrostatico ibrido che abbiamo progettato e ottimizzato con la progettazione Model-Based registrava un consumo di carburante più basso circa del 25% rispetto a un drivetrain idrostatico standard, con un costo di proprietà totale più basso del 15–20%.”
Raggiungere livelli qualitativi dei prodotti che la concorrenza non può eguagliare.
“Le simulazioni e i test in tempo reale con Simulink ci hanno permesso di realizzare un sistema di controllo straordinariamente affidabile. Il nostro controller si è dimostrato più affidabile dei sistemi tradizionali e non ha causato tempi di fermo durante la produzione, il che è molto importante in quanto l’interruzione delle attività può arrivare a costare anche più di 5.000 € all’ora.”
Riduzione di spese e sprechi
I team di ingegneri raggiungono il successo in termini di sviluppo e operazioni con la progettazione Model-Based tramite:
- Modellazione, simulazione e generazione di codice
- Riutilizzo di modelli per la certificazione, la documentazione e la generazione di artefatti
- Adozione dello sviluppo agile, dell’integrazione continua e della trasformazione digitale
Modellazione, simulazione e generazione di codice
Uso di un minor numero di componenti, meno costosi.
“Le stime iniziali per il sistema Lanai includevano una batteria da 700 kWh. Le simulazioni Simulink hanno dimostrato che una batteria grande circa la metà della capacità sarebbe stata sufficiente e che un dispositivo di trasmissione CA flessibile non sarebbe stato necessario. Con queste correzioni, il risparmio ammontava a oltre 200.000 $.”
Riduzione al minimo del numero di prototipi fisici.
“Per questo progetto, le prestazioni dell’hardware effettivo corrispondevano ai risultati della simulazione fatta con il nostro modello Simulink del sistema Maglev, per cui non abbiamo dovuto modificare il nostro sistema di prova. Non dover realizzazione tanti prototipi comporta un risparmio di tempi e, quando un prototipo costa dai 20.000 $ ai 30.000 $, ed era proprio il caso di questo progetto, riduce anche notevolmente i costi.”
Riuso dei modelli e adattamento dei progetti.
“In passato, per apportare una piccola modifica di progettazione, talvolta dovevamo aspettare delle settimane prima che il team software la codificasse. Con Simulink e con Embedded Coder facevamo semplicemente la modifica e rigeneravamo il codice. Bastava un’ora per realizzare una nuova build di prova.”
Addio alle penali per mancato rispetto delle scadenze.
“Se, per testare il progetto delle sospensioni, avessimo dovuto aspettare il completamento del resto del veicolo, non avremmo potuto rispettare i tempi di consegna che erano strettissimi.”
Riutilizzo di modelli per la certificazione, la documentazione e la generazione di artefatti
Costi inferiori per la documentazione.
“Abbiamo utilizzato i nostri modelli Stateflow e Simulink come specifiche eseguibili, il che ha semplificato notevolmente la procedura di revisione dei processi. Abbiamo completato una revisione approfondita impiegando il 10% del tempo che ci serviva in passato ed eliminando il 90% della documentazione cartacea utilizzata a ogni singola fase di revisione.”
Riduzione dei tempi e dei costi di certificazione.
“La modellazione, la simulazione e l’implementazione tramite Simulink del software embedded del ventilatore hanno semplificato notevolmente l’ottenimento della certificazione di conformità. Il modello ha fornito una documentazione completa e una rappresentazione visiva del sistema ai fini della revisione della certificazione.”
Adozione dello sviluppo agile, dell’integrazione continua e della trasformazione digitale
Uso di team più piccoli.
“La progettazione Model-Based, con la progettazione grafica e la generazione automatica di codice, riduce i bug nel software, migliora la manutenibilità e il riuso del software e riduce le difficoltà di sviluppo software. Ciò ci ha permesso di creare un team di sviluppo costituito da specialisti nel settore motori e controlli in tempi brevissimi.”
Riduzione dei tempi necessari per adattarsi al cambiamento usando la metodologia agile.
“Quando il progetto era ormai in fase avanzata, abbiamo ricevuto un nuovo requisito che prevedeva che il controller fornisse un feedback sul suo stato. Una modifica del genere fatta con la codifica manuale avrebbe richiesto almeno una settimana di lavoro ma con la progettazione Model-Based abbiamo apportato una piccolissima modifica al modello e soddisfatto il requisito in un giorno. Poter implementare modifiche di questo tipo senza sforare il budget o allungare i tempi per noi è stato un vantaggio enorme.”
Riduzione della durata dei test, migliorando al contempo la qualità del codice con l’integrazione continua.
“Abbiamo decine di ingegneri nel mondo che lavorano in parallelo sullo stesso modello con tanti punti di unione. Unendo progettazione Model-Based e CI, abbiamo accorciato le iterazioni e automatizzato le procedure di test.”
Costi inferiori per l’assistenza alle risorse in funzione.
“Con gli strumenti MathWorks riusciamo a raccogliere dati dalla macchina da stampa di produzione e a simulare internamente la condizione di errore. In tal modo i tempi di risoluzione per il cliente sono notevolmente ridotti, così come le nostre spese di assistenza e trasferta, considerato che le nostre macchine sono vendute in tutto il mondo.”
Riduzione dei costi di garanzia.
“A livello di settore, con l’aumentare della complessità dei software sono aumentate anche le questioni legate alla garanzia. Per i prodotti più recenti che abbiamo sviluppato con la progettazione Model-Based, non abbiamo avuto nessun problema di garanzia correlato al software delle applicazioni dopo 12 mesi di produzione. È un record che farà sicuramente felici i nostri clienti di adesso e quelli del futuro.”
Adozione della progettazione Model-Based per i piccoli team
Nonostante i potenziali vantaggi offerti dalla progettazione Model-Based, gli Engineering Manager spesso prendono in considerazione anche i rischi correlati al modificare i processi di sviluppo. Ciò è particolarmente vero per i gruppi più piccoli che non dispongono di uno staff dedicato a gestire un processo nuovo e a imparare strumenti nuovi. Tuttavia, una volta che le aziende passano alla progettazione Model-Based, spesso si rendono conto che sarebbe stato ancora più rischioso non farlo.
Per conoscere le esperienze dei team più piccoli e capire gli approcci adottati, è possibile consultare il white paper “Come team di ingegneri utilizzano la progettazione Model-Based”.
Riepilogo
La progettazione Model-Based è una vera svolta per lo sviluppo dei sistemi. Per le aziende i cui prodotti costano migliaia o milioni di dollari, ridurre il numero di prototipi anche di una sola unità è sufficiente a dimostrare il valore del ROI. Anche le aziende con prodotti a basso costo che possono avere un’ampia quota di mercato, se entrano sul mercato per prime, possono registrare un ROI elevato. Per loro, il value driver della progettazione Model-Based è lo sviluppo accelerato. In tutti gli scenari, le aziende ottengono vantaggi straordinari e continuativi utilizzando la progettazione Model-Based per lo sviluppo dei loro sistemi.
