Le cose che ci stupiscono nella vita di tutti i giorni, come quando le nostre auto prendono il controllo del processo di parcheggio, sono spesso il risultato di innumerevoli serie di prove costose e lunghe. I ricercatori del Fraunhofer hanno dimostrato come la prototipazione virtuale possa essere utilizzata per le simulazioni al fine di individuare precocemente errori e problemi nei complessi sistemi di controllo elettronico, nonché per abbreviare i tempi di sviluppo e ridurre significativamente i costi.
Dai dispositivi di navigazione che segnalano gli ingorghi imprevisti prima che possano essere visti, ai robot che si muovono in un ambiente dinamico - i componenti elettronici intelligenti che identificano, valutano e si adattano autonomamente ai cambiamenti dell'ambiente e della propria struttura interna fanno parte da tempo del nostro mondo in rete e si stanno rapidamente diffondendo. Tuttavia, il lungo processo di immissione sul mercato di prodotti come questi è tutt'altro che semplice.
Nella microelettronica, i cicli di sviluppo sono molto più complessi rispetto all'ingegneria meccanica convenzionale. Per i circuiti integrati specifici per le applicazioni (ASIC) e altri sistemi embedded, non è raro vedere tempi di consegna di sei mesi o più. Eventuali ritardi possono far perdere opportunità di lancio sul mercato.
Test dinamici in ambienti simulati
Per abbreviare questi processi, il Dr. Christoph Sohrmann e il suo team dell'Istituto Fraunhofer per i Circuiti Integrati (IIS), Divisione Ingegneria dei Sistemi Adattivi (EAS), stanno fornendo supporto ai loro clienti attraverso la prototipazione virtuale: "Eseguiamo parti della catena di sviluppo del prodotto utilizzando simulazioni, il che ci consente di suddividere il flusso di sviluppo in modo che più team possano iniziare in parallelo", spiega il responsabile del gruppo Virtual System Development.
Dai modelli puramente virtuali ai banchi di prova per testare hardware e software nel contesto del prodotto di destinazione, i test, condotti da scienziati, consentono un processo di sviluppo agile. "L'uso di modelli virtuali ci consente di avviare test intensivi del software molto prima che l'hardware sia disponibile. I nostri clienti possono testare il loro sistema pezzo per pezzo nel loop: questo aumenta notevolmente la copertura e produce sistemi più robusti. Lo sviluppo virtuale integra il ciclo di sviluppo convenzionale. Il software presenta molti meno errori quando raggiunge il prototipo reale", spiega l'esperto EAS Sohrmann.
Questo è un punto cruciale, perché i costi di correzione di un errore aumentano esponenzialmente dalla fase di progettazione a quella di produzione di massa. Se un prodotto deve essere ritirato, potrebbe essere la fine di un'azienda. Ciò significa che gli errori devono essere identificati ed eliminati il prima possibile.
Test necessari per un sistema senza errori
Un'altra buona ragione per i metodi di sviluppo basati sul virtuale è il numero di test necessari per garantire che un sistema possa funzionare senza errori. L'esistenza di innumerevoli casi limite ed eccezioni rappresenta una sfida particolare. Sohrmann lo spiega usando come esempio le automobili: "Molti dei modelli più recenti rimangono automaticamente in corsia. Quando il sole si riflette sulla barriera di protezione, può creare una linea aggiuntiva sulla superficie stradale. L'auto può improvvisamente iniziare a navigare utilizzando questa terza linea luminosa". Nella simulazione, gli esperti possono avere un milione di auto che guidano in parallelo ed eseguire molte più situazioni di guida nello stesso tempo di sviluppo - questo porta a un significativo risparmio di tempo e di costi, che fa risparmiare molti milioni di chilometri percorsi per il modello reale nel settore automobilistico.
Convalida dei sistemi basati sull'intelligenza artificiale
Anche le procedure di test per i sistemi intelligenti e di autoapprendimento sono al centro dell'attenzione dei professionisti dell'EAS. Ad esempio, come devono essere i processi di test del TÜV per i veicoli a guida autonoma? In tre anni possono cambiare molte cose, in una città e in un veicolo. Anche gli algoritmi di intelligenza artificiale imparano e cambieranno di conseguenza durante questo periodo. Il TÜV deve comunque essere in grado di verificare che tutti i sistemi funzionino correttamente. Un'ispezione generale non può durare tre settimane, quindi l'assistenza virtuale al banco di prova è inevitabile. "Questa è una sfida importante. Queste procedure di test devono essere disponibili in meno di dieci anni", sottolinea Sohrmann. Di conseguenza, i ricercatori intendono continuare a collaborare con gli enti responsabili, non solo sotto forma di consulenza ma anche di supporto tecnico.
Gli esperti ne sono certi: l'importanza della prototipazione virtuale continuerà a crescere in futuro, soprattutto quando si utilizzerà l'intelligenza artificiale. Ciò richiede procedure di test convalidate che possano garantire il corretto funzionamento dei prodotti a lungo termine.
