{"id":3046,"date":"2012-08-29T13:55:57","date_gmt":"2012-08-29T13:55:57","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.crit-research.it\/?p=3046"},"modified":"2015-06-12T13:56:57","modified_gmt":"2015-06-12T13:56:57","slug":"progettare-software-per-il-controllo-di-macchine","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/crit-research.it\/it\/tecnologia\/progettare-software-per-il-controllo-di-macchine\/","title":{"rendered":"Progettare software per il controllo di macchine"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: left;\">L\u2019INSIEME DELLE FUNZIONALIT\u00c0 CHE UNA MODERNA MACCHINA AUTOMATICA DEVE IMPLEMENTARE RENDE EVIDENTE CHE LA PROGETTAZIONE DELLA LOGICA DI CONTROLLO \u00c8 UN COMPITO DIFFICILE CHE COINVOLGE COMPETENZE MULTIDISCIPLINARI.<\/p>\n<p style=\"text-align: left;\"><em>Autori:\u00a0Eugenio Faldella (Universit\u00e0 di Bologna), Matteo Sartini (LIAM)<br \/>\nArticolo pubblicato su <a href=\"http:\/\/www.automazionenews.it\/\">Automazione Integrata<\/a>, luglio 2012<\/em><\/p>\n<p style=\"text-align: left;\">\u00c8 indubbio che il \u201csuccesso\u201d di una macchina automatica, dal punto di vista funzionale e prestazionale, discende primariamente dalle scelte progettuali operate in sede di definizione della sua struttura meccanica. Tuttavia, dallo stesso punto di vista, \u00e8 fondamentale anche il ruolo svolto dal sistema di elaborazione preposto al controllo della macchina, essendo sempre pi\u00f9 ampio e rilevante lo spettro dei compiti ad esso affidati.<\/p>\n<p style=\"text-align: left;\"><strong>Problematiche nello sviluppo di software di controllo<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: left;\">In generale, la definizione della struttura hardware del sistema di controllo non pone particolari difficolt\u00e0. Il progettista, infatti, pu\u00f2 trovare direttamente sul mercato \u201csoluzioni sufficientemente universali\u201d con spiccate caratteristiche di modularit\u00e0, di espandibilit\u00e0, di diretta compatibilit\u00e0 con il campo e tecnologicamente avanzate come: potenti unit\u00e0 di calcolo, controllori dedicati a funzioni speciali, dispositivi di I\/O intelligenti, infrastrutture per la reti di comunicazioni. Sfortunatamente, il principio \u201c<strong>buy, plug &amp; play<\/strong>\u201d ha limitata applicazione nella progettazione del software del sistema di controllo. Le tipologie di componenti di libreria software che il progettista pu\u00f2 trovare direttamente sul mercato (COTS &#8211; Commercial-Off-The-Shelf) riguardano tipicamente solo le infrastrutture software per la gestione delle reti informatiche e dei componenti remoti, gli ambienti di sviluppo e gli ambienti run-time. Questi componenti software supportano adeguatamente il progettista solo per quello che riguarda l\u2019implementazione delle funzionalit\u00e0 di alto livello e basso livello, rimanendo tipicamente nei domini delle interfacce uomo macchina (HMI), della regolazione ad anello chiuso, del motion control e delle connessioni tramite bus di campo di componenti intelligenti remoti. La grande voragine esistente nel mezzo deve essere riempita dagli sviluppatori software. Ancora oggi manca, da parte dei fornitori di tecnologie per i sistemi di automazione industriale, un supporto concreto alla definizione di strutture software generali (design pattern), che possano guidare il progettista software nella definizione dell\u2019architettura di controllo. Come in molte altre applicazioni ingegneristiche, il problema viene affrontato mediante un approccio \u201c<strong>divide et impera<\/strong>\u201d: ispirandosi ai principi fondamentali della decomposizione e astrazione, si procede alla partizione dell\u2019intera logica di controllo della macchina automatica in componenti pi\u00f9 semplici e di pi\u00f9 facile utilizzo, organizzati in un\u2019architettura multilivello che rispecchia, almeno in una certa misura, la struttura meccanica e la dotazione di sensori e attuatori.<\/p>\n<p style=\"text-align: left;\"><strong>I fattori che incidono sui costi associati al ciclo di sviluppo del software<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: left;\">Al di l\u00e0 delle attuali limitazioni tecnologiche e delle oggettive difficolt\u00e0 che la progettazione di un sistema indubbiamente complesso comporta, altri fattori possono in generale concorrere ad estendere in maniera indesiderata i tempi, e conseguentemente i costi, di sviluppo e manutenzione del software. Prima di tutto, il ruolo ancillare spesso attribuito all\u2019attivit\u00e0 svolta dai progettisti software tende ad avallare la realizzazione di prototipi \u201crapidamente operativi\u201d che possano fungere da veicolo per la verifica sperimentale delle prestazioni effettivamente conseguibili con le macchine dal punto di vista meccanico. In questo modo passa in secondo piano la necessit\u00e0 di realizzare sistemi caratterizzati da una struttura solida e flessibile. In secondo luogo, il limitato potere espressivo (della maggior parte) dei linguaggi di programmazione attualmente disponibili per le piattaforme PLC-based e PC o soft-PLC-based preclude la piena applicabilit\u00e0 delle metodologie di programmazione orientata agli oggetti. Non \u00e8 quindi sorprendente che i costi associati al ciclo di sviluppo del software crescano ben oltre il budget pianificato.<\/p>\n<p style=\"text-align: left;\"><strong>L\u2019architettura software \u201cmachine-independent &amp; platform-independent\u201d<\/strong><\/p>\n<p>Al fine di aiutare a risolvere questi problemi, molte proposte interessanti sono state recentemente riportate nella letteratura scientifica e tecnica. Tra queste, alcune mirano a migliorare il rapporto costo-efficacia del complessivo processo di progettazione (ad esempio l\u2019approccio meccatronico), favorendo e stimolando concurrent engineering, co-design e co-simulation. Altri approcci suggeriscono l&#8217;uso di linguaggi di modellazione (ad esempio UML) e di strumenti automatici per la generazione automatica di codice per migliorare la progettazione, il processo di sviluppo e la manutenzione del software. Una soluzione efficace ai problemi citati non pu\u00f2 derivare esclusivamente dalla collaborazione sinergica tra i progettisti dei vari gruppi di lavoro, cos\u00ec come dall&#8217;uso di potenti strumenti CAD-CAE e di ambienti di sviluppo integrati. Un ulteriore elemento chiave per migliorare decisamente la qualit\u00e0 del software e la produttivit\u00e0 consiste nella definizione di un framework di riferimento che comprenda un set completo di componenti altamente riutilizzabili per la logica di controllo che, incentrati sulle funzionalit\u00e0 trasversali che caratterizzano il dominio dell&#8217;automazione, possano aiutare i progettisti durante il processo di modellazione e strutturazione delle loro applicazioni in base alle esigenze specifiche. La realizzazione di un\u2019architettura software quanto pi\u00f9 possibile \u201c<strong>machine-independent &amp; platform-independent<\/strong>\u201d risulta fondamentale non solo per ridurre drasticamente i tempi di progettazione di nuovi sistemi, ma anche per favorire l\u2019intercambiabilit\u00e0 dei progettisti, oltre che delle piattaforme computazionali, in scenari affini. In tale ottica, riveste particolare rilievo la sistematica e coerente applicazione del principio \u201cdivide et impera\u201d, e, conseguentemente:<\/p>\n<ol>\n<li>l\u2019identificazione di idonei criteri per la decomposizione funzionale del sistema complessivo in termini di una gerarchia di entit\u00e0, astratte o concrete, opportunamente cooperanti;<\/li>\n<li>la definizione del ruolo e delle funzionalit\u00e0 di ciascuna entit\u00e0 (\u201cwhat to do\u201d), nonch\u00e9 delle relative interfacce e dei protocolli previsti per l\u2019interazione con altre entit\u00e0 operanti nello stesso livello o nei livelli adiacenti della gerarchia;<\/li>\n<li>l\u2019identificazione dei modelli di riferimento per la definizione formale del comportamento delle singole entit\u00e0 (\u201chow to do\u201d);<\/li>\n<li>l\u2019identificazione dei modelli di riferimento per la definizione delle modalit\u00e0 di esecuzione dei compiti da parte delle singole entit\u00e0 (\u201cwhen to do\u201d).<\/li>\n<\/ol>\n<p style=\"text-align: left;\">Parimenti importante ai fini della riusabilit\u00e0 del software e della portabilit\u00e0 delle applicazioni \u00e8 l\u2019identificazione di efficaci design pattern orientati specificatamente al dominio applicativo delle macchine automatiche, quali la virtualizzazione della dotazione sensoriale e\/o del sottosistema di attuazione di una macchina, il controllo della qualit\u00e0 del prodotto, la gestione delle informazioni di diagnostica. Con un approccio metodologico, conforme al paradigma MDA (<strong>Model-Driven Architecture<\/strong>), \u00e8 possibile definire, per ogni tipologia di problema affrontato, un modello di riferimento che abbia adeguata capacit\u00e0 espressiva (\u201cla base di conoscenza\u201d), e procedere, una volta per tutte, allo sviluppo del correlato programma (\u201cil motore inferenziale\u201d), in modo da conseguire prestazioni e comportamenti anche fortemente differenziati a partire dalla semplice <strong>configurazione parametrica del modello<\/strong>, piuttosto che attraverso lo sviluppo di codice ad hoc. Esperienze aziendali dimostrano come su macchine completamente diverse si possa implementare il 40-45% dello stesso codice di controllo.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>L\u2019INSIEME DELLE FUNZIONALIT\u00c0 CHE UNA MODERNA MACCHINA AUTOMATICA DEVE IMPLEMENTARE RENDE EVIDENTE CHE LA PROGETTAZIONE DELLA LOGICA DI CONTROLLO \u00c8 UN COMPITO DIFFICILE CHE COINVOLGE COMPETENZE MULTIDISCIPLINARI. 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