Una visione unificata della progettazione

SOFTWARE DI PROGETTAZIONE –

Il primo passo da fare per cercare di armonizzare la progettazione elettronica con il processo complessivo di sviluppo di un prodotto è riesaminare l’attuale frammentato approccio al design e cercare di unificare quelli che tradizionalmente sono considerati processi distinti.

Un compito quale procurarsi un nuovo spazzolino da denti, di per sé, non è dei più complessi. Entrando però in una farmacia si può notare che, accanto a un'ampia gamma di spazzolini tradizionali, vi è una miriade di modelli elettronici. Alcuni di questi dispongono di un circuito di ricarica “intelligente” che permette di mantenere le batterie nelle condizioni ottimali, altri dispongono di profili di velocità programmabili mentre esistono versioni con display Lcd che possono visualizzare lo “storico” dell'igiene dentale dell'ultimo mese e scaricarlo mediante una porta miniUsb sul computer del consumatore. Per non parlare del modello con il diodo laser UV nascosto nella testa dello spazzolino per permette di sterilizzare la bocca durante la pulizia.

Elettronica onnipresente
Tralasciando qualsiasi considerazione circa l'utilità di queste innovazioni per l'igiene orale, l'elemento da tenere in considerazione è la pervasività dell'elettronica nella vita di tutti i giorni e nei prodotti con i quali il consumatore interagisce quotidianamente. Dagli spazzolini ai tostapane, ai giocattoli, i sottosistemi elettronici rivestono un ruolo di primo piano nella definizione delle funzionalità e del valore dei prodotti acquistati dai consumatori. Mentre gradualmente l'elettronica sta invadendo nuovi ambiti della nostra vita nell'ultimo decennio, complice la larga diffusione di Internet, si è assistito a una crescita esponenziale della complessità dei circuiti elettronici con i quali l'utente entra quotidianamente in contatto.
Una delle conseguenze di questo rapido cambiamento è il fatto che i sistemi di produzione, immagazzinamento, monitoraggio dei beni (asset tracking) e gestione del controllo di processo di un'azienda non sono in grado affrontare in maniera efficace le problematiche legate alla sempre maggiore importanza che hanno assunto i sistemi elettronici presenti nei prodotti che le società stesse realizzano. Alcune di esse, che fino a dieci anni fa non avevano contatti con il mondo dell'elettronica, ora scoprono che la produzione elettronica è divenuta l'elemento dominante. Ciò comporta l'insorgere di problematiche di notevole entità sul sistema di gestione del prodotto che non è stato progettato per gestire la complessità connaturata alla massiccia introduzione dell'elettronica.

Questione di dimensioni
Parecchie società hanno effettuato ingenti investimenti in soluzioni Plm (Product Lifecycle Management) di ampie dimensioni, cercando in tal modo di generare una singola visione dell'intero processo di progettazione (hardware meccanico, hardware elettronico e servizi) di un prodotto.
Parecchi software Plm sono stati sviluppati da aziende con un know how nello sviluppo di software di modellazione 3D e CAD meccanico e sono focalizzati sulla composizione fisica del prodotto. I problemi che soluzioni di questo tipo si trovano ad affrontare sono le dimensioni estremamente ridotte e la maggiore complessità dei progetti elettronici rispetto al resto del prodotto che li ospita. Molto semplicemente, i sistemi non sono progettati per gestire in maniera efficiente il numero dei componenti e dei parametri tipici di un sistema elettronico, per non parlare degli elementi programmabili integrati all'interno dell'hardware fisico. Non può sorprendere il fatto che l'approccio generalmente adottato prevede di modellare i sistemi elettronici come “black-box” all'interno del prodotto di dimensioni maggiori. Una metodologia di questo tipo può portare a risultati positivi solamente se l'elettronica rappresenta una porzione ridotta e relativamente semplice del prodotto finale. Nel momento in cui la componente elettronica rappresenta l'elemento principale della realizzazione di un prodotto, le aziende devono affrontare il problema di gestire le centinaia o migliaia di componenti presenti in ogni progetto elettronico, senza dimenticare le migliaia di linee di codice che conferiscono un certo grado di “intelligenza” al prodotto, utilizzando sistemi ideati per operare a livello macroscopico.

Come armonizzare micro e macro
La situazione che si deve affrontare nello sviluppo di un prodotto è analoga a quella che vede in un certo senso contrapposte la teoria della relatività di Einstein e la meccanica quantistica. Mentre la prima è adatta per una descrizione a livello macro, la seconda è orientata alla descrizione a livello microscopico. Per una corretta comprensione dell'intero universo, è necessaria una teoria unificata che tenga conto dei due mondi. Nello sviluppo di un prodotto i sistemi di gestione si occupano dei componenti e dei processi attinenti al progetto fisico del prodotto, ma non sono idonei ad affrontare la gestione a livello “atomico” necessaria invece per generare i sotto-sistemi elettronici integrati nel prodotto stesso. Spesso un approccio di questo tipo porta a “blindare” numerosi aspetti del processo di progettazione elettronica per minimizzare i rischi e consentirne la gestione a livello macro oppure a trattare la componente elettronica alla stregua di “black box”, ragion per cui la gestione del suo sviluppo avviene separatamente da quella del resto del prodotto. Nel primo caso il risultato sarà quello di “reprimere” (se non addirittura cancellare) l'innovazione in un'area - ovvero quella della progettazione elettronica - che sta emergendo come l'elemento chiave che favorirà la differenziazione dei prodotti delle prossime generazioni. Nel secondo caso si viene a creare una discontinuità tra la progettazione elettronica e il resto del processo di sviluppo del prodotto con conseguente allungamento dei cicli di progetto e il rischio di pregiudicare il progetto dell'intero sistema. Sul lungo termine nessuno delle due situazioni appena esposte è sostenibile. Se da un lato il mercato sta evolvendo verso prodotti caratterizzati da cicli di vita sempre più brevi, dall'altro i consumatori richiedono dispositivi con nuove funzionalità, sempre più “intelligenti” e connessi. Per soddisfare queste richieste le società devono escogitare rapidamente nuove idee e progetti e semplificare il processo di sviluppo di un prodotto per introdurre queste idee sul mercato nel più breve tempo possibile. Il problema principale è la natura conflittuale degli obbiettivi - minimizzare da un lato rischi e problemi di produzione attraverso un controllo accurato delle variazioni di progetto e dei componenti e incoraggiare dall'altro l'innovazione per poter supportare la futura differenziazione dei prodotti.

Conoscere il problema
Il primo passo per affrontare con successo un problema è conoscere dove sta il problema e chi lo deve risolvere. In questo caso l'ambito in cui si deve trovare la soluzione è quello della progettazione elettronica, dove la natura fluida e dettagliata dei dati di progetto è spesso incompatibile con le esigenze dei dati di produzione del prodotto finale.
Per esempio, nel momento in cui è necessario progettare e produrre uno spazzolino elettrico (magari quello dotato di spettrometro di massa sulla punta per misurare l'acidità della saliva e in gradi di avvertire il consumatore che sta esagerando con lo zucchero), la sola cosa che è necessario sapere riguardo la componente elettronica - a livello dell'intero prodotto - è che la versione corretta del sottosistema elettronico sia stata realizzata e sarà disponibile in fabbrica in tempo utile per l'integrazione nel corpo del prodotto. Il compito di progettare e produrre il sottosistema elettronico richiede la disponibilità di dettagliate informazioni circa tutti i componenti che concorrono a formare la scheda, incluse le componenti “intangibili” come il software e il firmware caricati nel sistema una volta ultimata la realizzazione. L'elemento chiave per semplificare il processo di progettazione e produzione del prodotto complessivo è la disponibilità di un centro di gestione unico e coerente per tutti i dati elettronici che quindi invia solamente le informazioni essenziali al processo di produzione del prodotto a livello macroscopico. Purtroppo, gli odierni processi di progettazione elettronica sono molto frammentati. Solitamente si utilizzano tool completamente differenti per le diverse parti del progetto, ciascuno dei quali memorizza una parte dei dati di progetto nel proprio database e comunica in maniera elementare con gli altri tool e database presenti nella catena di progetto. La natura frammentaria della catena dei tool di progetto rende difficile riunificare in un'unica descrizione coerente lo stato complessivo della progettazione elettronica necessaria per fornire i dati essenziali richiesti dai sistemi che operano a livello aziendale.
 
La necessità della riunificazione

Il primo passo da fare per cercare di armonizzare la progettazione elettronica con il processo complessivo di sviluppo di un prodotto è riesaminare l'attuale approccio al design, frammentato e che richiede un gran numero di tool, e cercare di unificare quelli che tradizionalmente sono considerati processi distinti. Per questo motivo è necessaria una nuova generazione di processi e tool di progettazione che, fin dall'inizio, prendono atto del fatto che un prodotto elettronico non è solo una scheda Pcb, neppure un insieme di porte programmabili, né il software che gira su un microprocessore, ma una combinazione di tutto ciò e anche di più. Sul mercato stanno iniziando ad affacciarsi tool in grado di “comprendere” l'importanza dell'unificazione del progetto e la necessità di disporre di un modello di dati singolo e coerente per supportare lo sforzo di progettazione elettronico complessivo. Ciò non solo contribuisce a semplificare il processo di progettazione, ma rende anche disponibile una piattaforma sulla quale realizzare le funzionalità di gestione dei dati che saranno necessarie pe realizzare le prossime generazioni di dispositivi connessi e “intelligenti”.

Gestire i dati alla sorgente
Una volta adottato un approccio unificato alla progettazione elettronica, molti dei problemi che ostacolano lo sviluppo, come ad esempio la gestione dei cambi e il controllo della versione (versioning), la creazione e la gestione di progetti gerarchici e la gestione del rilascio possono essere affrontati a livello di dati di progetto all'interno del tool di design e senza i vincoli associati all'imposizione di un sistema di gestione dei dati esterno che deve prendere in considerazione e sincronizzare i dati provenienti da più domini di progetto. Per esempio, durante un ciclo di progetto può essere richiesta la modifica di un componente nella fase di layout della scheda per ragioni imputabili al packaging e alla disponibilità del componente stesso. A meno che non siano state adottate severe procedure di gestione delle modifiche, è probabile che lo schema circuitale di base perda la sincronizzazione con il progetto della scheda. Se la lista dei materiali necessari per la produzione è generata a partire dallo schema circuitale, è possibile che venga ordinato il componente sbagliato, con conseguenti problemi e ritardi durante la produzione, che si ripercuotono negativamente sull'intera pianificazione della produzione. Con un modello singolo unificato del progetto e con i componenti utilizzati per la realizzazione, le variazioni in un dominio - la scheda - si propagano automaticamente ad altri domini - la fonte dello schema. Fondamentalmente, si tratta dello stesso insieme di dati. Il sistema è quindi in grado di assicurare che qualsiasi dato generato per uno scopo specifico, come il rilascio per la produzione, è valido per tutti i domini e completamente sincronizzato e aggiornato. A livello di produzione del prodotto complessivo, tutto ciò si traduce nel fatto che qualsiasi dato estratto allo scopo di determinare lo stato del ciclo di vita relativo alla parte elettronica sia sempre attuale e corretto.

Come sviluppare lo spazzolino elettrico del futuro
La sempre maggiore pervasività dell'elettronica nei dispositivi di prossima generazione è sicuramente un fatto positivo. L'elettronica sta rapidamente invadendo nuove aree e tende ad occupare uno spazio sempre più ampio in tutti i settori della progettazione di prodotto, coinvolgendo aziende che non si possono definire elettroniche in senso classico. È indispensabile che il progetto elettronico sia completamente integrato con i processi di sviluppo del prodotto complessivo per soddisfare le esigenze di un mercato sempre più esigente. Tuttavia non è possibile cercare di trasferire la complessità legata alla progettazione e produzione elettronica direttamente nei sistemi di gestione destinati a compiti di livello più elevati quali il controllo e il monitoraggio del ciclo di vita del prodotto complessivo. Piuttosto una gestione dei dati affidabile deve diventare parte integrante del processo di progettazione elettronica e dei tool utilizzati per eseguire questo processo. Un sistema per essere in grado di gestire in maniera efficace i dati di progetto deve avere completo accesso e controllo su quei dati. Nel momento in cui sono coinvolti differenti tool e un gran numero di dati, la creazione di un sistema efficiente per la gestione del flusso di dati complessivo risulta praticamente impossibile se non a patto di limitare in maniera sostanziale la libertà del progettista di apportare modifiche al progetto. Un prerequisito indispensabile per realizzare lo spazzolino elettrico della prossima generazione, ovvero quello dotato di funzioni diagnostiche integrate nella testa che trasferisce i dati a un sistema medico basato su cloud è passare da un approccio alla progettazione elettronica basata su una tool chain a un approccio basato su una piattaforma che unifichi tutti i dati di progetto all'interno di un modello unico e coerente. I dispositivi elettronici connessi e “intelligenti” prossimi venturi non saranno definiti solamente dall'hardware presente nel contenitore, né dal firmware e neppure dal software, ma dalla fruizione da parte dell'utente resa possibile dal dispositivo e dall'ecosistema al quale è connesso.

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