Совместный проект
 — ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Решения SPLM
При реализации сложных проектов разработка программного обеспечения — отдельное направление, которое уже стало наукой, а не искусством.

Существуют популярные мифы, где программирование воспринимается исключительно как труд одинокого программиста, работающего методом проб и ошибок. Сюда относятся и истории о «героических кодерах», которые не спят круглые сутки и в одиночку устраняют возникающие проблемы, и рассказы о невероятном успехе приложений для смартфонов, написанных одним человеком, который и получил всё богатство и славу. Но для любого мало-мальски крупного проекта такой подход не годится: там работает большая группа программистов, создающих сложные системы, нередко отвечающие за безопасность эксплуатации изделия.

    Поделиться статьей

Разработка программного обеспечения — это наука, а не искусство. Такие организации, как НАСА, создали принципы построения типовых процессов разработки эффективного и высококачественного программного обеспечения. Подобные процессы крайне важны в оборонной и авиационно-космической отраслях, создании систем управления промышленным оборудованием, проектировании медицинской техники, энергетике и автомобилестроении — словом, везде, где необходимо найти компромисс между сложностью, затратами и рисками.

Однако во всех перечисленных отраслях риски остаются высокими. Приходится постоянно снижать себестоимость, а сложность всё время растет. Например, при проектировании автомобилей требуется согласовать множество отдельных процессов разработки программного кода, а также объединить их с процессами создания механических узлов и систем. Дело в том, что в большинстве таких узлов имеется встроенное программное обеспечение, а конструирование автомобиля — это не только достижение высоких ходовых качеств. Автомобилестроение превращается в производство не просто машин, а еще и электроники, основанное на новейших, революционных технологиях. При этом выпускаемые автомобили должны иметь высокие технические характеристики и отвечать всем требованиям безопасности.

Поэтому подходящие средства управления жизненным циклом изделия представляют собой интегрированные системы, объединяющие различные инженерные дисциплины и обеспечивающие передачу информации между ними. Это позволяет добиться высокой эффективности и прослеживаемости на всех этапах процесса разработки.


Просто автомобиль или сложная, подключенная к интернету система?

Пока автомобили с системами помощи водителю и автопилотом — это исключительные случаи, однако электромобили и машины с гибридным приводом уже привели к появлению новых конструкторских задач. Например, рассмотрим трансмиссию. Это одна из многих систем автомобиля, требующих исключительной точности управления: нельзя пропустить ни одного сигнала или неверно отреагировать на поступающие данные. Но трансмиссию невозможно рассматривать отдельно от других узлов автомобиля. Если в гибридной трансмиссии при торможении энергия возвращается в аккумулятор, то необходимо установить дополнительные датчики и контролировать уровень заряда батареи и оптимальность расхода энергии во всем автомобиле в целом, так как от этого зависит запас хода. Кроме того, требуется интеграция с информационно-развлекательными системами, а также системами навигации и управления автомобилем. Именно здесь новые функции объединяются с традиционными системами развлечения пассажиров и органами управления. При этом крайне важно спроектировать интерфейс пользователя так, чтобы он не отвлекал водителя излишней сложностью и не приводил к возникновению аварийных ситуаций на дороге. Одна из главных задач при разработке программного обеспечения автомобиля — объединение всех упомянутых аспектов, причем без ухудшения характеристик каждой из систем и без создания угроз безопасности. В 2013 году начал реализовываться совместный проект «Сименс» и ОАО «БЭСК» (Башкирской электросетевой компании) по модернизации электросетевого комплекса города Уфы с применением технологий Smart Grid («умных сетей»). Работы планируется полностью завершить в 2019 году. В 2015 году на управление электросетями в соответствии с внедряемой концепцией уже перешел один из спальных микрорайонов Уфы. Кроме того, заработал новый Центр управления электрическими сетями (ЦУС), куда стекается вся информация с объектов управления.

Когда-то автомобили были чисто механическими конструкциями, а сегодня они превратились в сложные системы с миллионами строк программного кода, которые лишь случайно снабдили колесами. Трудно найти другое изделие, где объем программного обеспечения был бы столь же велик, как в автомобиле, — он превышает объем программ самолета-истребителя! Сегодня из 500 тысяч различных нормативных требований к новым автомобилям до 90% относится не к механическим узлам, а к электрике и программному обеспечению. При этом написать код один раз под конкретную модель автомобиля не получится. Хотя автомобилестроение и переходит на единые платформы, общие для разных моделей, каждая платформа существует в десятках, если не сотнях различных исполнений. Такую платформу нельзя рассматривать просто как набор механических узлов, которые проектируются и испытываются по отдельности, а затем соединяются вместе на последнем этапе разработки. Необходимы компьютерные средства моделирования и испытаний не только механических систем изделий, но и управляющих программ.

Создание программного кода лишь один из этапов процесса, начинающегося с проектирования общей архитектуры и структуры систем, а также описания отдельных узлов каждой системы. Вместо фрагментарной и разрозненной разработки механических узлов и программного кода требуется параллельный подход. Кроме того, в ходе всего процесса разработки нужна тесная интеграция моделей механических и электрических узлов с моделями программного обеспечения, поддерживающая контроль объединенных проектных решений. Разработка на основе моделей предусматривает применение системно ориентированного подхода на более высоком уровне — при конструировании не только трансмиссии, систем безопасности и развлечений, но и всего автомобиля в целом.

Новые автомобили включают в себя механические и электрические системы, процессы проектирования которых традиционно контролируются в среде управления жизненным циклом изделия (PLM), а также программный код, разработка которого ведется при помощи систем управления жизненным циклом приложений (ALM). Эффективная разработка таких автомобилей с соблюдением ожидаемых потребителями сроков и достижением высокого уровня инновационности и безопасности — непростая задача. Для ее решения нужны средства, объединяющие разработку механических узлов и программного кода на основе самых современных приемов работы.

Логику работы множества программных модулей создают большие группы программистов, что требует четкого понимания, кто же отвечает за разработку конкретного модуля по мере роста масштабов проекта. Кроме того, необходимо регрессивное тестирование, чтобы вносимые изменения не приводили к появлению опасных побочных эффектов. Для повышения эффективности требуется автоматическая проверка безопасности кода, причем применительно ко всем вариантам исполнения базовой платформы автомобиля, чтобы вносимые изменения не приводили к негативным последствиям. В любой момент может возникнуть необходимость оглянуться назад и выяснить, кто утвердил проектное решение, какая именно комбинация узлов проходила испытания и в каком порядке следует устранять выявленные дефекты. Для этого требуются средства отслеживания процессов проектирования всех механических, электрических и программных составляющих автомобильных систем управления.

Чтобы не отстать от высоких темпов развития отрасли, в проектировании автомобилей следует широко применять численное моделирование со сбором данных при натурных испытаниях и их последующим анализом. Это позволит проверить каждое изменение в программном коде и убедиться в его совместимости со всей линейкой выпускаемых моделей, платформ и вариантов. В случае автомобилей с автопилотом и системами помощи при вождении сбор результатов испытаний должен относиться ко всей территории будущей эксплуатации автомобиля: в разных странах разная культура вождения, есть отличия в правилах дорожного движения и нормах безопасности.

Большинство отзывов автомобилей из-за выявления дефектов связано с ошибками в программном обеспечении, а не в конструкции механических узлов. Повышение качества за счет лучшей организации процессов разработки программного кода крайне важно, чтобы избежать убытков и негативного влияния отзывов на репутацию изготовителя.

Испытания и проверки всех этих моделей должны выполняться совместно при помощи интегрированных с PLM-системой инструментов разработки ПО. Такие инструменты, в свою очередь, следует интегрировать между собой, чтобы обеспечить контроль и прослеживаемость требований, технических характеристик и потоков информации между различными моделями в рамках согласованного процесса, а не разрозненной последовательности действий. Подобная прослеживаемость должна быть сквозной и распространяться на этапы технико-экономического обоснования эскизного проекта, конструирования систем и всё в большей степени на этап эксплуатации. При этом все работы должны выполняться как можно быстрее.

Скорость и устойчивость

Длительность циклов разработки изделий в автомобилестроении постоянно сокращается. Приходится всё быстрее внедрять новые линейки продукции или хотя бы новые конструктивные решения. В итоге появляется большое количество новых деталей и узлов с различными свойствами. Автомобильные компании нередко не поспевают за темпом развития технологий: дело не только во внедрении новых деталей и узлов, но и в затратах времени и денег на их испытания и интеграцию в конструкцию автомобиля.

Пока средний срок владения автомобилем не изменился, но мы уже привыкли к скорости, с которой улучшаются характеристики потребительской электроники, к ежегодным обновлениям и постоянному выходу новых приложений. Поэтому возник спрос на столь же высокую скорость улучшения конструкции автомобилей — в плане как новых конструктивных решений, так и нового дополнительного оборудования. Изменения в нормативных требованиях приводят к необходимости совершенствовать автомобиль уже после начала его выпуска.

Процесс разработки следует рассматривать и как науку, и как инженерное дело. Только такой подход позволит справиться с растущей сложностью, снизить себестоимость и повысить темпы работы. Кроме того, необходимы эффективные и четко структурированные процессы создания программного обеспечения. Замыкание контура обратной связи предусматривает сбор требований к изделию (на решение этой задачи уходит всё больше времени), изготовление, испытания, проверку программного кода на соответствие требованиям и повышение уровня унификации. Всё это приводит к росту производительности, эффективности и прослеживаемости.

Автомобилестроение движется по пути стандартизации. Появляется всё больше стандартов ISO, относящихся к безопасности, эргономике, техническим характеристикам, вопросам экологии и методикам испытаний. Стандарты разрабатывают и такие партнерства, как AUTOSAR (стандарт открытой архитектуры автомобильных систем). Чтобы гарантировать соблюдение всех стандартов, требуется внедрить сертифицированные процессы разработки программного обеспечения.

Подходящие инструменты и методики способны повысить эффективность, точность и сократить расходы, которые имеют тенденцию к росту по мере того, как разработка программного обеспечения занимает всё большую часть подготовки производства. Подобные системы представляют требования к изделию, его технические характеристики и даже сам программный код в наиболее удобном для программистов виде. К тому же они обеспечивают унификацию и повторное использование элементов программ.

Теоретически повторное использование возможно не только между различными моделями и платформами автомобилей, но и между различными аспектами разработки одного и того же автомобиля. Это приводит к снижению себестоимости, сокращению сроков и повышению качества. На практике всё оказывается более сложным. Создание типовых элементов программного кода, пригодных к повторному использованию в самых разных случаях, требует тщательного предварительного планирования. Возникает большое число взаимозависимостей, а объемы испытаний и проверок возрастают. Однако повторное использование элементов программ — один из ключевых моментов нового подхода, который должна внедрить автомобильная отрасль.

Переходи на цифровые технологии, создавай прорывные инновации или уходи с рынка

Большинство эксплуатируемых сегодня автомобилей создавалось «изнутри»: начиная с двигателя и трансмиссии. Однако новые машины проектируются «снаружи», чтобы дизайн соответствовал всё возрастающим ожиданиям потребителей. Писать отдельный программный код для каждого конкретного случая стало невозможно. Необходим интегрированный, сквозной и системно ориентированный подход к проектированию, при котором разработка программного обеспечения рассматривается просто как еще одна инженерная дисциплина. Нужны специальные средства, позволяющие справляться с высокой сложностью создания встроенного программного обеспечения.

Автомобильные предприятия превращаются в профессиональных разработчиков программ. Возникает потребность в интегрированных системах конструкторско-технологической подготовки производства, охватывающих весь жизненный цикл как механических, так и цифровых компонентов изделия, от замысла до разработки, изготовления, технического обслуживания, ремонта, текущих обновлений и улучшений. Информация передается на следующий этап, повышая эффективность и производительность, а также идет в обратном направлении, обеспечивая прослеживаемость.

Возрастающие темпы революционных изменений — как технологий, так и моделей ведения бизнеса — требуют систем, поддерживающих новые, более гибкие приемы работы. Новые способы получения экономической отдачи — единственный путь к сохранению высокой конкурентоспособности. Одна-единственная инновация способна уничтожить целые рынки. Поэтому непрерывные улучшения и быстрое создание новых технологий становятся вопросом жизни и смерти. Всё большее количество изделий нельзя отнести только к механике или только к программному обеспечению. Это комбинация одного и другого. Изделия становятся всё более компактными и интеллектуальными. Их работа всё в большей степени зависит от встроенных микропроцессоров и программного обеспечения, а сложность постоянно растет. При этом потребители хотят приобретать уникальные изделия, изготовленные по заказу через сайт, да еще и поставляемые в кратчайшие сроки. И если вы не сможете предложить подобный сервис своим потребителям, за вас это сделает кто-то другой.

Материалы по теме
Революционный темп: Индустрия 4.0
Концепция «Индустрия 4.0» приживается
на отечественном рынке
Концепция «Транслайн» убережет машиностроителей от кризиса
Высокотехнологичная управленческая концепция успешно применяется в российском автомобильном производстве
Развитие экономики и промышленности
Как компания «Сименс» развивает экономику и промышленность в России
Другие разделы
Решения для городов
Инфраструктурные решения, от которых напрямую зависит создание благоприятных условий проживания и повышение качества жизни людей
Итоги
Компания «Сименс» предлагает инновационные решения для системообразующих отраслей российской экономики
Энергетика
Проектов по повышению энергоэффективности в России становится все больше
Локализация и человеческий капитал
Как компания создает локальные производства и внедряет мировые практики обучения сотрудников