Progettare per i sistemi cyber-fisici

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I sistemi cyber-fisici (CPS, Cyber- Physical Systems) si candidano ad essere strumenti chiave e multidisciplinari per la comprensione e la rappresentazione di fenomeni fisici complessi. In questa intervista esclusiva con Rahman Jamal, Technical & Marketing Director Europe di National Instruments, a cerchiamo di capire il ruolo di National Instruments in questo nuovo approccio che passa anche per controller basati su processori ibridi FPGA – SoC, innovativi sistemi per la didattica, funzionalità networking e mobile di LabVIEW.

Con Jamal abbiamo discusso a tutto tondo di nuovi metodi di progettazione, monitoraggio e controllo. L’abbiamo fatto a partire dai modelli di progettazione per i CPS (Cyber-Phisical Systems), senza trascurare la flessibilità dei processori ibridi software-designed di nuova concezione. Non potevano mancare riferimenti ai trend emergenti della tecnologia didattica e alle potenzialità di add-on e app integrate in LabVIEW Tools Network.

D.: I sistemi cyber-fisici sono la base tecnologica per gli oggetti intelligenti del futuro: case, automobili e fabbriche intelligenti (Industria 4.0). Qual è il ruolo di NI in questo nuovo scenario?

R.: I sistemi cyber-fisici sono nati come promettente tendenza per arricchire le interazioni tra i mondi fisici e virtuali. Nel 2006 l’agenzia indipendente National Science Foundation ha avviato numerosi workshop centrati sui Cyber- Physical Systems, con l’obiettivo di far progredire gli studi nei settori dei sistemi autonomi e della sensoristica intelligente, ad esempio nella robotica, negli autoveicoli, nei velivoli e nei sistemi di monitoraggio medico. Anche se questo periodo segna la nascita ufficiale del termine CPS da un punto di vista etimologico, notevoli attività di ricerca furono portate avanti in parallelo in Europa sugli stessi temi. In particolare nei sistemi embedded “software-intensive”.
Il coinvolgimento di National Instruments in sostanza si sviluppò di pari passo con il primo workshop sponsorizzato dalla National Science Foundation. Workshop nel quale James Truchard , CEO e co-fondatore di National Instruments, tenne un fondamentale discorso programmatico sulle tecnologie CPS.
Truchard discusse di progettazione e programmazione dei sistemi cyber-fisici, associandovi le tecnologie per il controllo distribuito e acquisizione oltre agli strumenti grafici di progettazione.
Una metodologia di progettazione collaudata per CPS dev’essere una piattaforma largamente utilizzata in diversi settori, dall’ automotive all’aerospaziale, per realizzare sistemi scalabili e complessi con un lungo ciclo di vita . In questo scenario l’ambiente LabVIEW è un candidato ideale: è una piattaforma che consente la progettazione su più livelli di astrazione e molteplici modelli di calcolo, unificando le fasi di progettazione, riducendo i costi di integrazione e accelerando i processi di innovazione.

D.: I sistemi di misura e controllo riconfigurabili basati su FPGA assicurano maggiori flessibilità , prestazioni e affidabilità, oltre ad ampliare la gamma delle applicazioni. Quali sono le opportunità più interessanti che state registrando per i controller basati su processori ibridi FPGA – SoC? Che ruolo avranno i nuovi fattori di forma come quelli su cui si basano i dispositivi Single-Board RIO?

Rahman Jamal

R.: NI continua a valutare l’opportunità di integrare controllori ibridi basati su FPGA – SoC per ampliare la gamma con una varietà di architetture hardware, in quanto vi sono evidenti allineamenti tra l’architettura LabVIEW RIO e questi nuovi tipi di controller. Ad esempio all’evento Embedded World dello scorso anno, abbiamo eseguito una dimostrazione tecnologica, nella quale abbiamo fatto girare LabVIEW sul Sytem-on-Chip, Zynq della Xilinx. Zynq integra un potente processore SoC dual core su ARM Cortex- A9, con funzioni integrate di protezione e di sicurezza, coniugando alte prestazioni e l’efficienza energetica tipica delle FPGA di Serie 7.
In sostanza, Zynq è il motore ideale per l’architettura LabVIEW RIO. Nel corso dell’evento NIWeek 2013 abbiamo introdotto il nuovo controller software-designed NI cRIO-9068, che si basa sui nuovi processori Zynq e sull’architettura RIO, oltre ad essere programmabile con LabVIEW, Linux RT, C / C +, Eclipse.
In tempi di crescente complessità diamo a questi controller l’attributo di “software-designed”. Questa locuzione riflette più accuratamente ciò che viene consentito agli utenti in termini di controllo industriale e progettazione.
Questa nuova piattaforma è destinata a risolvere le sfide dei sistemi di cyber-fisici di oggi e di domani, tutti caratterizzati dall’attributo “intelligente”, come la mobilità intelligente, la fabbrica intelligente (Industria 4.0), perfino la salute intelligente.
Prendiamo un esempio nell’ambito delle smart grid. La società LocalGrid Technologies sta implementando sistemi embedded particolarmente innovativi. La scelta della tecnologia di base è caduta sul controller cRIO- 9068 che oltre a offrire una serie fondamentale di funzioni di controllo e monitoraggio, può sfruttare la flessibilità del software di progettazione per introdurre ulteriori features adattative.

D. Il nuovo dual-core ARM Cortex A9 unito alla piattaforma Artix 7 del chip Zynq di Xilinx si rivolge alle applicazioni nell’industria, nella didattica e nella robotica con differenti prodotti dedicati. myRIO è un caso interessante di piattaforma di automazione estremamente compatta e flessibile . Il futuro ci riserverà altre soluzioni di “pocket automation”?

R.: Nel corso della NIWeek 2013 abbiamo introdotto i prodotti NI myRIO e il controller per la robotica didattica NI RoboRIO basato sul SoC Zynq, offrendo la stessa esperienza industriale rispetto ai controller “software-designed”.
NI CompactRIO è un tool professionale ampiamente affermaato nell’industria, ma il NI myRIO è più orientato agli studenti e il prodotto è stato progettato per loro . Ci sono gruppi di studenti che hanno utilizzato con successo NI CompactRIO, ma abbiamo voluto allargare l’accesso a insegnanti e studenti alla potente architettura di LabVIEW RIO con un prezzo più competitivo e una esperienza di start- up più intuitiva . Ci saranno presto ulteriori innovazioni relative ai controllori software designed e ai fattori di forma.

D.: LabVIEW è sempre più complesso e semplice allo stesso tempo. State assistendo alla crescita del numero di utenti non specializzati di LabVIEW? Ritenete che le applicazioni mobili guideranno questa tendenza?

R.: Quello a cui stiamo assistendo è un interesse crescente verso le applicazioni mobili . Uno dei focus di LabVIEW 2013 è quello di fa concentrare ingegneri ed esperti sull’innovazione piuttosto che sull’ infrastruttura dei loro sistemi di misura . Gli sviluppatori possono accedere ai loro sistemi in modo semplice e sicuro, grazie anche alla diffusione di piattaforme mobili, all’applicazione Data Dashboard 2.2 e ai web service di LabVIEW. Disporre dei dati al bisogno, senza disporre di competenze complesse necessita lo sviluppo di caratteristiche in ambito networking e mobile .
La nuova versione di LabVIEW rende lo sviluppo di applicazioni di misura più professionali ed efficienti grazie all’integrazione di tool di documentazione come i Bookmark e gli Attached Comments, a nuove funzionalità di interfaccia utente come l’accesso immediato agli eventi con semplice scorrimento del mouse, all’integrazione diretta di Microsoft Excel negli strumenti di tipo Express VI, e a un processo di sviluppo più fluido attraverso il raggruppamento automatico di run-time e driver.
Tutte queste caratteristiche consentono di risparmiare tempo di sviluppo senza sacrificare la qualità del codice .
Dalla versione iniziale di Data Dashboard, sono stati effettuati oltre 35.000 download della app in tutto il mondo. Essendo scaricata tramite app store di terze parti e non gestita da NI, è difficile per noi stabilire quali tipi di utenti abbiano scaricato Data Dashboard. Noi forniamo una vasta gamma di settori industriali e la diffusione della tecnologia mobile nell‘acquisizione dati è una tendenza che si sta verificando a livello globale. Ci aspettiamo che il successo del download dell’app Data Dashboard sia una conseguenza di questo fenomeno. In definitiva, il toolkit per la connettività e i sistemi mobili denominato LabVIEW Tools Network accelera la produttività degli sviluppatori, fornendo l’accesso a add-on certificati e di terze parti e consentendo agli utenti di accrescescere la potenza di LabVIEW.

Franco Canna, Armando Martin

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