PROGETTAZIONE DEFINIZIONE: Impegno temporaneo intrapreso allo scopo di creare un prodotto, un servizio, o un risultato.

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1 Dipartimento di Informatica e Sistemistica UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL AUTOMAZIONE E DEI SISTEMI (D.I.A.S.) Seminario sull Automazione Industriale dal titolo "Procedure di Progettazione e di Documentazione per il Controllo di Sistemi Complessi" Prof. Alessandro DE CARLI PALERMO giovedì 13 dicembre 2006 ore Facoltà di Ingegneria dell Università degli Studi di Palermo aula V010 del Dipartimento di Ingegneria dell Automazione dei Sistemi (DIAS) - V.le delle Scienze PROGETTAZIONE DEFINIZIONE: Impegno temporaneo intrapreso allo scopo di creare un prodotto, un servizio, o un risultato. TEMPORANEO SIGNIFICA CHE HA UN INIZIO E UNA FINE. LA FINE SI RAGGIUNGE QUANDO VENGONO OTTENUTI GLI OBIETTIVI PREPOSTI, OPPURE QUANDO È EVIDENTE CHE SARÀ IMPOSSIBILE RAGGIUNGERLI OVVERO QUANDO IL PROGETTO NON È PIÙ NECESSARIO O VIENE CHIUSO. - NON SIGNIFICA DI BREVE DURATA - NON E UN ATTIVITA RIPETITIVA E CICLICA IL RISULTATO DI UN PROGETTO DEVE ESSERE UN PRODOTTO MISURABILE E VERIFICABILE. FORMAZIONE CULTURALE DELL ESPERTO 2 Organizzazione PASSAGGIO CRUCIALE Organizzazione Tradizionale Innovativa VALORE DI BENI MATERIALI TECNOLOGIE CONVENZIONALI FONDAMENTA VALORE DI BENI MATERIALI ED IMMATERIALI QUALITÀ DEI SERVIZI TECNOLOGIE INNOVATIVE CONCENTRATE SULL INFORMATICA GRUPPI FINANZIARI ISTITUZIONALIZZATI RENDIMENTO DI CAPITALI A PRESTITO CAPITALE INVESTIMENTI DIPENDENTI COMPETENZE E PROFESSIONALITÀ DEI DIPENDENTI NUOVE PROSPETTIVE OCCUPAZIONALI 3 1

2 REDDITIVITÀ BASSA PERCHÉ COLLEGATA AL VALORE DEI BENI MATERIALI ELEVATA PERCHÉ COLLEGATA AL VALORE AGGIUNTO CONSOLIDATE BASATE SUL RICORDO ISTITUZIONALIZZATE CONOSCENZE IN CONTINUA EVOLUZIONE BASATE SUL CONTINUO AGGIORNAMENTO BASATE SULL UTILIZZAZIONE UTILIZZAZIONE REALIZZAZIONI SOSTANZIALMENTE CONSERVATIVE MIGLIORAMENTI MARGINALI APERTE ALL INNOVAZIONE ORIENTATE AL CAMBIAMENTO NUOVE PROSPETTIVE OCCUPAZIONALI 4 Organizzazione Organizzazione Tradizionale per GRUPPI CRISTALLIZZATA IN VIA DI EVOLUZIONE SUDDIVISIONE DEL LAVORO IN ASSEGNAZIONE GRUPPI COORDINATI INDIVIDUALE DEL LAVORO CONOSCENZE DI BASE COMUNI E COMPETENZE COMPETENZE SPECIFICHE INDIVIDUALI DIVERSIFICATE DIVERSIFICATE FIDUCIA RECIPROCA VERIFICATA ASSOLUTA CONTINUAMENTE MA NON VERIFICATA SUL CAMPO MEMORIA DISTRIBUITA IN CONTINUO MEMORIA COLLETTIVA AGGIORNAMENTO TACITA E RADICATA DOMINIO DI CONOSCENZE IN CONTINUA DOMINIO DI EVOLUZIONE CONOSCENZE RIGIDO Innovativa per COMPETENZE NUOVE PROSPETTIVE OCCUPAZIONALI 5 IMPATTO DELLA NUOVA ORGANIZZAZIONE DELL ECONOMIA E DELLE COMPETENZE L AMPIEZZA INDUSTRIALE TEDESCA. IN ITALIA NON SONO DIFFUSE E ISTITUZIONALIZZATE: LA CULTURA INFORMATICA SCANDINAVA. LA CAPACITÀ DI REALIZZAZIONE INNOVATIVA GIAPPONESE. LE BASI TECNOLOGICHE FRANCESI. LA FLESSIBILITÀ DI LAVORO OLANDESE. IL MERCATO FINANZIARIO INGLESE. L IMPRENDITORIALITÀ STATUNITENSE. LA CAPACITÀ DI RIPRODURRE, REALIZZARE E COMMERCIALIZZARE PRODOTTI INNOVATIVI DEI CINESI. IL SISTEMA UNIVERSITARIO E QUELLO PRODUTTIVO SONO ANCORA TRA I PIÙ ARRETRATI E QUELLO AMMINISTRATIVO E LEGISLATIVO TRA I PIÙ RIGIDI. MOLTO È LASCIATO ALLA RESPONSABILITÀ DI ALCUNI DOCENTI, DI ALCUNI IMPRENDITORI NONCHÉ ALLA INIZIATIVA DEI DISCENTI!!! IMPATTO DELLA NUOVA ORGANIZZAZIONE 6 2

3 APPROCCIO CONVENZIONALE alle nuove realizzazioni COMMITTENTE PROGETTAZIONE FUNZIONALITÀ PRESTAZIONI REALIZZAZIONE DEL PROGETTO MESSA IN ESERCIZIO VALIDAZIONE DELLA FUNZIONALITÀ E DELLE PRESTAZIONI APPROCCIO CONVENZIONALE COSTO ELEVATO MODIFICHE 7 APPROCCIO INNOVATIVO alle nuove realizzazioni COMMITTENTE PROGETTAZIONE FUNZIONALITÀ PRESTAZIONI REALIZZAZIONE DEL PROGETTO IN REALTÀ VIRTUALE COSTO BASSO VERIFICA DELLA FUNZIONALITÀ E DELLE PRESTAZIONI MODIFICHE ESSENZIALI REALIZZAZIONE DEL PROGETTO MODIFICATO MESSA IN ESERCIZIO VALIDAZIONE DELLA FUNZIONALITÀ E DELLE PRESTAZIONI APPROCCIO INNOVATIVO MODIFICHE MARGINALI COSTO LIMITATO 8 Approccio ad una NUOVA REALIZZAZIONE RICHIESTE DEL COMMITTENTE DAMMI Quello che ti chiedo!! Al costo minimo!! Subito!! Voglio guadagnare tantissimo e subito!!! RICHIESTE DELL UTENTE FINALE VOGLIO una soluzione non sperimentale innovativa esclusiva facile da usare di elevata qualità Voglio essere soddisfatto!! 9 3

4 ATTUALMENTE IN MOLTE APPLICAZIONI L INGEGNERE È CHIAMATO A CONDIVIDERE CON SPECIALISTI DI ALTRI SETTORI I PROBLEMI DI: connessione di sistemi realizzati con tecnologie eterogenee per portare a compimento l obbiettivo prefissato scostamento del comportamento previsto e desiderato dal sistema complessivo anche se ogni singolo sottosistema è stato realizzato correttamente. incremento dei problemi di progettazione e di realizzazione in quantità e gravità all aumentare della complessità del sistema. Nella maggioranza dei casi tali problemi sono aggravati da: - difficoltà nel definire e specificare le funzionalità richieste; - tendenza ad affidarsi a metodologie empiriche e regole non scritte; - progettazione di insieme orientata a mitigare l effetto l di potenziali pericoli determinati da errori concettuali e procedurali nella progettazione dei singoli componenti. PROBLEMI SALIENTI DELLA PROGETTAZIONE 10 aumento della complessità nella progettazione. metodologia che favorisca il riutilizzo e l individuazione degli errori nelle prime fasi del progetto L attività di progetto deve essere definita rigorosamente: - chiaramente comprensibile - validata durante lo svolgimento condivisione dei componenti e verifiche di progetto prima della realizzazione di prototipi. ATTUALE SCENARIO 11 BASSO LIVELLO ASTRAZIONE RIUTILIZZO PIÙ EFFICACE NELLA RIDUZIONE DEI COSTI E DEL TEMPO DI SVILUPPO MINIME VARIAZIONI NELLE SPECIFI- CHE POSSONO PORTARE AD IMPLE- MENTAZIONI MOLTO DIFFERENZIATE ALTO LIVELLO ASTRAZIONE POCHISSIME DIFFERENZE FRA I VARI ASPETTI DELLA PROGETTAZIONE PUÒ ESSERE CONDIVISA SOLO UNA MINIMA PARTE DEL LAVORO NECES- SARIO AD OTTENERE L IMPLEMEN- TAZIONE FINALE L OBIETTIVO FINALE PUÒ ESSERE QUELLO DI CREARE UNA LIBRERIA DI FUNZIONI (CIASCUNA DELLE QUALI ASSOCIATA ALLA PROPRIA IMPLEMENTAZIONE HARDWARE E SOFTWARE) CHE POSSA ESSERE UTILIZZATA PER TUTTI I NUOVI PROGETTI. ASTRAZIONE: PRO E CONTRO 12 4

5 FORMAZIONE CULTURALE IN AUTOMAZIONE INDUSTRIALE DI UN PROGETTISTA AUTOMAZIONE INDUSTRIALE ARCHITETTURA DEL SISTEMA CONTROLLATO STRUMENTAZIONE RETI DI COMUNICAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO CONOSCENZA APPROFONDITA DEL FUNZIONAMENTO E DEL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE FISICA - CHIMICA - MECCANICA ELETTROTECNICA - ELETTRONICA - INFORMATICA SCIENZE DI BASE DELL INGEGNERIA FORMAZONE CULTURALE 13 STRUMENTAZIONE TECNOLOGIE: Meccanica Chimica Elettrotecnica Elettronica Costo Costo Informatica Compentenze Vincoli MODALITÀ DI CONTROLLO Controllo manuale Applicato a: Controllori locali Coordinamento Supervisione Gestione Esercizio Controllo automatico Prestazioni COMPETENZE PER LA REALIZZ. DI UN SISTEMA DI CONTROLLO 14 Utente finale Analisi dei Requisiti Funzionali Functional Requirements Standardizzazione Documentazione Progettazione delle Specifiche Funzionali Esperti (per la realizzazione del sistema controllato) PROGETTAZIONE DI UN SISTEMA DI PRODUZIONE 15 5

6 (IEEE STANDARD GLOSSARY OF SOFTWARE ENGINEERING TEMINOLOGY) CONDIZIONI O CAPACITÀ DI CUI L UTENTE L HA BISOGNO per risolvere un problema o raggiungere un obiettivo CONDIZIONI O CAPACITÀ CHE DEVONO ESSERE RAGGIUNTE O POSSEDUTE DA UN SISTEMA o da un suo componente per soddisfare un contratto, uno standard, una specifica o quanto prescritto da ogni altro tipo di documento imposto formalmente DOCUMENTAZIONE di tali condizioni o capacità COSA SONO I 16 DEFINIZIONE DELLE PRESTAZIONI RICHIESTE DALL UTENTE FINALE DEFINIZIONE DELLE RISORSE NECESSARIE PER LA REALIZZAZIONE DEL PROGETTO CONOSCENZE DI BASE PER LA PROGETTAZIONE E PER LA OTTIMIZZAZIONE DEL PROGETTO SUDDIVISIONE DEL LAVORO DI PROGETTAZIONE IN GRUPPI DOCUMENTAZIONE DEGLI ASPETTI SALIENTI DEL SISTEMA IN TERMINI NON STRETTAMENTE TECNICI IN MODO CHE POSSA ESSERE UTILIZZATO DALLE PERSONE COINVOLTE TRACCIABILITÀ E STORIA DEI CAMBIAMENTI ELENCO DELLE ATTIVITÀ CHE IL SISTEMA DEVE SVOLGERE APPROCCIO LOGICO ED ECONOMICO AI CAMBIAMENTI ORGANIZZAZIONE DELLE PROVE E DELLE METRICHE DI VALUTAZIONE PER IL RICONOSCIMENTO DEL LAVORO SVOLTO ANCHE DURANTE LO SVILUPPO DEL PROGETTO ORGANIZZAZIONE CONTRATTUALE EVIDENTE E CHIARA RUOLO DEI DEL SISTEMA DA PROGETTARE 17 I UTENTE DEFINISCONO LE PRESTAZIONI CHE L UTENTE FINALE DESIDERA DAL SISTEMA. I DI SISTEMA DESCRIVONO LE FUNZIONALITÀ NECESSARIE PER OTTENERE LE PRESTAZIONI DESIDERATE. UTENTE Definiscono ciò che l utente finale desidera ottenere Documentati dall utente finale SISTEMA Definiscono le attività del sistema Definiti dal progettista Descrizione del sistema Organizzati per obiettivi Descrizione ad oggetti Organizzati in forma gerarchica Definiti nel linguaggio utilizzato dall utente finale Definiti nel linguaggio usato dai progettisti UTENTE E SISTEMA 18 6

7 LA SPECIFICA DEI DI SISTEMA È L ULTIMA FASE DI UNA SERIE DI ATTIVITÀ, AL TERMINE DI CIASCUNA DELLE QUALI VIENE PRODOTTO UN DOCUMENTO DIFFERENTE. Attività STUDIO FATTIBILITÀ ANALISI SVILUPPO PROTOTIPO STUDIO PROGETTO SPECIFICA RESOCONTO FATTIBILITÀ UTENTE RESOCONTO VALUTAZIONE PROGETTO ARCHITETTURA SISTEMA Documentazione DEFINIZIONE DEI 19 FUNZIONALI LEGAME FRA LE VARIABILI: DI INTERVENTO INTERNE CONTROLLATE NON FUNZIONALI PRESTAZIONI AFFIDABILITÀ ROBUSTEZZA ADATTATIVITÀ TOLLERANZA AI GUASTI SICUREZZA COMPORTAMENTO DURANTE IL FUNZIONAMENTO COSTO TESTABILITÀ MANUTENIBILITÀ RIUSABILITÀ DOCUMENTAZIONE DURANTE LA PROGETTAZIONE : POSSIBILE CLASSIFICAZIONE 20 AFFIDABILITÀ (RELIABILITY): capacità di un unità produttiva di compiere la funzione richiesta, in condizioni stabilite e per un determinato intervallo di tempo. DISPONIBILITÀ (AVAILABILITY): capacità di un prodotto di essere in grado si eseguire la funzione richiesta nelle condizioni imposte ad un determinato istante oppure durante un determinato intervallo di tempo, supponendo che siano fornite le risorse esterne necessarie. MANUTENIBILITÀ (MAINTAINABILITY): probabilità che per una data unità produttiva, utilizzata in condizioni di impiego stabilite, possa essere svolta, durante un intervallo di tempo stabilito, una data azione di manutenzione attiva, attuata secondo condizioni stabilite, e con l impiego delle procedure e dei mezzi prescritti. SICUREZZA (SAFETY): assenza di livelli intollerabili di rischio di danno. A queste proprietà si debbono in generale aggiungere altri fattori: Economici: costi di progetto, produzione, manutenzione; Sociali: impatto del sistema sul livello di vita del cittadino e sul mondo del lavoro; Ambientali: impatto ecologico dei prodotti: deve far parte dell analisi dei rischi del prodotto; Politici FATTORI PROBLEMI CONSIDERATI EMERGENTI NELLA STESURA DEI 21 7

8 PROPRIETÀ DEI Globali (contemplanti l intero sistema) Corretti (possibilità, rispondenza a norme) Completi (frasi e termini di senso compiuto) Chiari (non ambiguità) Consistenti (nessun conflitto tra requisiti) Modificabili (possibilità di aggiornamento) Verificabili (criteri oggettivi e metriche precise) Tracciabili (identificazione univoca) Fattibili (limiti temporali e di budget) Minimali (non ridondanza e necessità) PROPRIETÀ PROBLEMI EMERGENTI DEI 22 Requisiti per la realizzazione di un sistema controllato E fondamentale la conoscenza approfondita delle modalità di funzionamento del sistema da controllare. E richiesta la conoscenza delle modalità di controllo applicate ai vari livelli del sistema controllato. REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE 23 Applicazioni senza teoria Teoria senza applicazioni Secondo il principio: purché funzioni e assicuri i margini di convenienza economica, tutto va bene Secondo il principio: Una volta formulato il problema, definito il modello e soddisfatte le ipotesi, si dimostra che Applicazione della teoria a problemi significativi e teoria mirata alle applicazioni Secondo il principio: Migliorare la qualità delle prestazioni mediante l applicazione e l estensione della teoria a problemi concreti APPROCCI ALLA APPLICAZIONE DELLE METODOLOGIE 24 8

9 È molto diffusa l opinione che basandosi solo sull empirismo e sull esperienza si possa rendere funzionante un sistema controllato una volta installata la strumentazione Ciò continua a far credere che una preparazione metodologica adeguata non risulti di concreta utilità, anche perché gli impianti sono stati realizzati in modo che possano funzionare anche senza un sistema di automazione adeguato. Ciò porta a non tenere conto dei benefici che potrebbero essere ottenuti applicando modalità di controllo adeguate, ossia prendendo in considerazione congiuntamente la realizzazione e il controllo. APPROCCIO ALLE METODOLOGIE 25 Influenza delle INTERAZIONI SISTEMA DA CONTROLLARE MODALITÀ DI CONTROLLO PRESTAZIONI Dimensionato senza tenere conto della modalità di controllo. Dimensionato in funzione della modalità di controllo. Empiriche Sistematiche Convenzionali Emergenti Innovative Si accettano quelle che si riescono ad ottenere. Vengono imposte tramite le modalità di controllo in modo: Rigido Flessibile INFLUENZA DELLE INTERAZIONI 26 REALIZZAZIONE Analisi del sistema da controllare Progettazione del sistema da controllare Realizzazione di impianti e apparati Accettazione in fabbrica dei componenti Accettazione nel sistema di produzione Progettazione del sistema di controllo Realizzazione del sistema di controllo Collaudo delle prestazioni del sistema controllato Gestione delle modifiche ORGANIZZAZIONE DELLA REALIZZAZIONE 27 9

10 OBIETTIVI VINCOLI SULLA STRUTTURA SULLE APPARECCHIATURE SPECIFICHE ARCHITETTURA FUNZIONALE PROGETTAZIONE ARCHITETTURA DI IMPIANTO PROVE DI ACCETTAZIONE PROVE DI FUNZIONALITÀ PROVE PARZIALI SUI COMPONENTI REALIZZAZIONE PROBLEMI EARLY STATE EMERGENTI MANAGEMENT 28 Suddivisione delle attività Attività principali Trasferimento delle informazioni Revisioni Principali obiettivi Definizione delle Esigenze: Finalità e prestazioni richieste dal committente Architettura del sistema controllato Progettazione delle singole parti Assemblaggio e prove di validazione Modalità di utilizzazione Messa in esercizio Documentazione ORGANIZZAZIONE DELLA PROGETTAZIONE 29 Definizione delle finalità richieste dal committente Definizione delle prestazioni desiderate Progettazione dell architettura di sistema Progettazione delle singole parti Realizzazione delle singole parti Assemblaggio Prove di validazione Messa in esercizio Modalità di utilizzazione PIANIFICAZIONE DELLA GESTIONE DEL SOFTWARE 30 10