Enseñanza del diseño basado en modelos en el Politecnico di Torino

Enseñanza del diseño basado en modelos en el Politecnico di Torino

Por Massimo Violante, Politécnico de Turín

En la región alrededor de Turín, Italia, existe una fuerte demanda de ingenieros con las habilidades y los conocimientos necesarios para desarrollar software integrado complejo y de alta integridad. La necesidad es particularmente aguda entre las empresas automotrices, pero también afecta a la aviónica y otras industrias. Las empresas buscan ingenieros que puedan ofrecer software sofisticado que cumpla con los estándares de seguridad, como ISO 26262 y DO-178B, al mismo tiempo que se adhieren a estrictos requisitos de calidad y plazos de producción ajustados.

Para satisfacer esta demanda, Politecnico di Torino ha introducidoDiseño de software basado en modelos, un curso para estudiantes de quinto año que combina conferencias y ejercicios prácticos con seminarios impartidos por expertos de la industria local. Con MATLAB, Simulink, Stateflow y Embedded Coder, los estudiantes aprenden a gestionar la creciente complejidad de los sistemas integrados actuales mediante el diseño y la simulación de un modelo ejecutable; validarlo, probarlo y depurarlo rigurosamente; y generar código para un objetivo incrustado. Al fomentar la colaboración y el intercambio de conocimientos entre la academia y la industria, el curso ayuda a preparar a los estudiantes para los desafíos de ingeniería que enfrentarán en sus futuros trabajos.

Objetivos del curso

El curso se introdujo hace un año para cubrir temas que no se abordan completamente en los planes de estudios de ingeniería informática, electrónica y mecatrónica, y para preparar mejor a los estudiantes para las carreras de ingeniería en las industrias locales, principalmente la industria automotriz.



Se dice repetidamente que hay escasez de ingenieros capacitados que puedan aplicar el diseño basado en modelos al desarrollo de sistemas integrados. Las empresas ven el valor de usar este enfoque, pero tienen limitaciones tiempo y recursos para formar ingenieros en casa Al desarrollar el curso, el objetivo fue preparar a los estudiantes para asumir estos roles en demanda y ser productivos de inmediato. Debido a que el curso claramente beneficiaría a las industrias del área local, muchas empresas acordaron apoyar el curso enviando ingenieros para realizar seminarios y presentaciones sobre su trabajo.

La primera vez que se ofreció,Diseño de software basado en modelosse convirtió en el más popular de los 14 cursos electivos abiertos a estudiantes de computación, electricidad y mecatrónica en su último año en el Politecnico di Torino. De aproximadamente 200 estudiantes de ingeniería, 73 se matricularon, lo que refleja una fuerte motivación entre los estudiantes para desarrollar experiencia en esta disciplina. A la fecha, 107 alumnos ya se han matriculado en la segunda convocatoria del curso. El aumento del 46 % en la inscripción año tras año es otro indicador del gran interés que ha generado el curso.

Enseñanza de Modelado, Simulación y Generación de Código

El curso comienza con una serie de conferencias sobre el uso de modelado y simulación como el núcleo de un proceso de desarrollo de software integrado. Se explican los factores que motivan a las empresas a adoptar este enfoque, incluido el rápido crecimiento en la complejidad de los sistemas en desarrollo, las presiones del tiempo de comercialización y el alto costo de los defectos que se encuentran tarde en el desarrollo.

A continuación, se hace una descripción de cómo el Diseño Basado en Modelos con MATLAB y Simulink permite ingenieros para modelar sistemas completos, validar la especificación y la funcionalidad del sistema a través de la simulación y generar automáticamente casos de prueba y código integrado.

La mayoría de los estudiantes han usado MATLAB y Simulink en clases de control anteriores u otros cursos, por lo que se ponen al día rápidamente con los ejercicios prácticos.

En un ejercicio, los estudiantes utilizan el diseño basado en modelos para construir un sistema de asistencia de estacionamiento. El sistema incluye un sensor de proximidad, un software de control que se ejecuta en un sistema programable Cypress en un chip (PSoC 5, donado al Politecnico di Torino por Cypress University Alliance) y una serie de LED que se encienden cuando el sensor de proximidad se acerca a un obstáculo.

El software de control está desarrollado íntegramente en Simulink y Stateflow utilizando gráficos de estado y una tabla de verdad.

Después de simular y verificar sus diseños, los estudiantes usan Embedded Coder para generar código para el objetivo Cypress PSoC. Luego cubren la verificación y la validación, lo que proporciona una introducción natural a una serie de conferencias sobre la norma ISO 26262.

Trabajar con ISO 26262, AUTOSAR y otros estándares

Muchas empresas automotrices deben cumplir con la norma ISO 26262, el estándar de seguridad funcional para sistemas de software de vehículos de carretera. A pesar de su prevalencia en la industria, ISO 26262 es un concepto nuevo para los estudiantes, quienes nunca han tenido que seguir las reglas que rigen cómo diseñan y construyen software. En el transcurso de varias conferencias, y con el apoyo del profesor Maurizio Morisio, se brinda una introducción a los estándares de seguridad del mundo real, incluidos ISO 26262, IEC 61508 y DO-178. Los estudiantes aprenden que el desarrollo de estos estándares requiere trabajo adicional, pero que la automatización y los recursos disponibles, como los kits de calificación, pueden ayudar a reducir el esfuerzo requerido. Por ejemplo, Kit de calificación DO (para DO-178) y Kit de certificación IEC (para ISO 26262 e IEC 61508) se presentan, además de cómo estos productos pueden optimizar el proceso de certificación dentro del diseño basado en modelos.

Al igual que ISO 26262, la arquitectura AUTOSAR es un concepto nuevo e inmediatamente útil para muchos estudiantes después de graduarse. Los estudiantes aprenden que con una estructura en capas, la funcionalidad del software se puede desvincular del hardware utilizado para implementarla. Comprenden fácilmente que los modelos les permiten capturar y simular el comportamiento de un componente de software AUTOSAR y generar código para entornos AUTOSAR.

Avanzando a estudios de posgrado

Varios de los estudiantes que completaron el curso ahora están trabajando en tesis de maestría sobre una variedad de temas relacionados con el diseño basado en modelos. Debido a que el diseño basado en modelos es el estándar industrial de facto en aplicaciones automotrices, de aviónica e industriales, los estudiantes a menudo tienen la oportunidad de trabajar en cooperación con socios de la industria. Dos estudiantes están trabajando con una empresa automotriz local en las mejores prácticas para el modelado de algoritmos de control y para la verificación y validación. Dos más están desarrollando un sistema de control para una industriavehículo con diseño basado en modelos, y otros tres están trabajando en un vehículo eléctrico para una competición. Finalmente, dos estudiantes están trabajando en una tesis de maestría para desarrollar una pila AUTOSAR de código abierto que los estudiantes que tomen el curso el próximo año podrán usar en el laboratorio.

El curso de 2013 incluirá ejercicios de laboratorio prácticos adicionales, lo que permitirá a los estudiantes ver más de los sistemas que diseñan y desarrollan en Simulink ejecutándose en sistemas integrados.

2012 The MathWorks, Inc. MATLAB y Simulink son marcas comerciales registradas de The MathWorks, Inc. Consulte www.mathworks.com/trademarks para obtener una lista de marcas comerciales adicionales. Otros nombres de productos o marcas pueden ser marcas comerciales o marcas comerciales registradas de sus respectivos propietarios.

Este artículo ha sido reimpreso con permiso de MathWorks y Politecnico di Torino

No soy objetivo cuando hablo de eso porque trabajo en esta área. De todos modos, creo que esto es excelente para brindar a los estudiantes la capacidad de estar preparados para lo que enfrentarán en la industria. De hecho, dominar Matlab/Simulink no es suficiente en la industria; debe cumplir con los estándares de modelado, adaptar su forma de modelar a las reglas y pautas de la empresa, y también tener en cuenta restricciones como la generación de código y la gestión de configuración. Definitivamente hubiera apreciado seguir este curso. Mi única pregunta es ¿consideran solo las limitaciones automotrices o también la aviónica o los sistemas ferroviarios?