Ohjelmisto osana laitetta

Transkriptio

1 Ohjelmisto osana laitetta Kari Systä Marko Leppänen

2 Käytännön asioita Suurin osa 2. vaiheen palautteista ok. Sähköpostiotsikot eivät ohjeen mukaisin Ryhmännumerot puuttuvat Ohjeiden noudattamisessa suuria eroja => assareilla menee aika paljon aikaa palautteen tuottamiseen Vertaispalautteita puuttuu vielä Assarin palaute tulee ryhmäalueelle Canvasiin Seuraavan vaiheen ohjeet tulossa Läppäreitä mukaan viikkoharkkoihin TIE-02300/K.Systä 2

3 Viikkoharjoitusporkkanoista (Tapa 1 viime lukuvuonna) Tenttikys Harjoitystyö Tenttikys Viikkoharj Harjoitystyö + + Pisterajat Pisterajat MAX TIE-02300/K.Systä 3

4 Viikkoharjoitusporkkanoista (Tapa 2 parannettu painos) Tenttikys Harjoitystyö Tenttikys Viikkoharj Harjoitystyö + Huonoin pois Pisterajat + Pisterajat MAX TIE-02300/K.Systä 4

5 Viikkoharjoitusporkkanoista (Tapa 3 tätä käytetään nyt) Tenttikys Harjoitystyö Tenttikys Viikkoharj Harjoitystyö + Pisterajat Huonoin pois + Pisterajat MAX TIE-02300/K.Systä 5

6 Mielipidekysely Mitä jos kurssi olisikin yhden periodin mittainen? JOTU Kurssi X JOTU Kurssi X Kurssi X JOTU TIE-02300/K.Systä 6

7 Ohjelmistoja?

8 Merkitys Softaa koneisiin! Ohjelmisto-osaaminen suomalaisen teollisuuden uudistajana, Etla, 2011 Suomen koko kansantalouden tasolla ohjelmistoista riippuvaista teollisuuden liikevaihtoa kertyy liki kolmannes koko liikevaihdosta eli noin 39 miljardia euroa. Suomen teollisuuden viennistä noin kolmannes eli 17 miljardia tulee tuotteista, jotka ovat ohjelmistoista riippuvaisia. Suomessa toimivat teollisuusyritykset työllistävät suoraan noin ohjelmistokehittäjää, joista noin työskentelee Suomessa. Teollisuuden alihankkima ohjelmistotyö työllistää melkein yhtä suuren joukon

9 Loppujen luentojen ohjelmasta PVM Aihe Projekteista erityisesti asiakasroolissa Rajapinnoista ja lisensseistä Ohjelmisto osana laitetta Vierailuluento; Olli Vistbacka (YLE) Kertausta TIE-02300/K.Systä 9

10 Myös Tampereella tapahtuu

11 Eikä se ole hävinnyt kännykkäteollisuuden poistuessa Oululainen Elektrobit myy herkkupalana pidetyt autoohjelmistot lähinnä rengasvalmistajana tunnetulle saksalaiselle Continentalille. Kauppahinta on hurjat 600 miljoonaa euroa. Perinteiset mittaristot korvautuvat uusissa Audeissa digitaalisilla näytöillä, joiden tekniikasta vastaa espoolainen yritys Rightware. Yhtiön toimitusjohtaja Jonas Geustin mukaan nyt julkistettu sopimus on jatkumoa aiemmalle yhteistyölle. Rightwaren tekniikkaa on Audi A3:ssa, ja uusissa malleissa A6 ja TT TIE-02300/K.Systä 11

12 Pirkanmaalla vahva konepajaosaamisen perinne Sandvik, John Deere, Metso, Valmet, Cargotec jne. Sandvikin edustaja Aamulehdessä kehui TTY:n vaikutusta Cargotecin tutkimuslaitos Ruskossa osittain TTY:n läheisyyden vuoksi

13 Ohjelmistojen koko Embedded Software: Facts, Figures, and Future IEEE Computer, April 2009 (vol. 42 no. 4)

14 Ohjelmistojen koko Embedded Software: Facts, Figures, and Future IEEE Computer, April 2009 (vol. 42 no. 4)

15 Koodia on paljon

16 "High-end" auto Facebook Windows 7 Symbian Boeing 787 Android Chevy Volt Firefox Xbox HD DVD soitin Windows 3.1 Avaruussukkula Sydämentahdistaja TIE-02300/K.Systä 16

17 Nykyajan elämää

18 Erityispiirteitä Koneenohjausjärjestelmillä on vahvoja laatuvaatimuksia johtuen sovellusalueen erityispiirteistä. Koneenohjausjärjestelmien elinkaari on pitkä, niiden turvallisuus on ensiarvoisen tärkeää, mutta toisaalta saavutettavuutta ei saa vaarantaa. Järjestelmät ovat usein hajautettuja ja niiden on reagoitava nopeasti niin ulkoisiin ärsykkeisiin kuin ohjaukseenkin. Nämä asiat yhdessä tekevät järjestelmien suunnittelusta haastavaa jopa ohjelmistoammattilaiselle ja usein järjestelmien suunnittelijoiden on oltava myös sovellusalueen asiantuntijoita. Järjestelmät ovat osa tuotantoketjuja ja niiden on toimittava yhteen

19 Työkoneen rakenne

20 Yleinen työkoneen rakenne Kone Kouran ohjaus Rungon ohjaus Voimansiirron ohjaus PC väylä Tuotantojärjestelmä Etäyhteys

21 Yhteensä jopa kpl TIE-02300/K.Systä 21

22 Siis missä se 100 miljoonaa? Uudelleen käyttöä TIE-02300/K.Systä 22

23 en+source+car+sabotage+toolkit/article33308.htm TIE-02300/K.Systä 23

24 Käyttäjäkokemus

25 Ympäristöarvot

26 Sulautettu ohjelmisto (Embedded software) Osa laitetta ja sen toiminnallisuutta Usein piilossa käyttäjän ei tarvitse tietää ohjelmistosta Myydään laitteen mukana TIE-02300/K.Systä 26

27 Luennon 2 kalvo TTY POP TTY TIE-02300/Kari Systä 27

28 Kuvitteellinen sulautettu ohjelmisto (aikojen alussa) X: Muistiosoite A/D muunnos Ohjelmakoodi Y: Muistiosoite Vahvistin ja kytkin Read X IF X < 0.0 THEN WRITE 1 to Y WAIT 10ms Repeat Tuohon ohjaussilmukkaan on sitten helppo lisätä monimutkaisempia säätöalgoritmeja TIE-02300/K.Systä 28

29 Monimutkaisemmat järjestelmät usein keskeytyspohjaisia Logiikka Keskeytyspalvelu X: Muistiosoite A/D muunnos Keskeytysvektori Y: Muistiosoite Vahvistin ja kytkin IF X < 0.0 THEN WRITE 1 to Y WAIT 10ms return TIE-02300/K.Systä 29

30 Nykyisin yleensä käyttöjärjestelmä Sovellus Käyttöjärjestelmä Keskeytyspalvelu Laiteajuri Keskeytysvektori Logiikka X: Muistiosoite A/D muunnos Y: Muistiosoite Vahvistin ja kytkin Reaaliaikakäyttöjärjestelmät Tavanomaiset (Linux, Android) TIE-02300/K.Systä 30

31 Taas yksi sattumus: Toyotan automaattinen kaasupoljin Kaasupoljin hirtti kiinni eikä auto pysähtynyt edes jarrulla Kaasupoljin ei ole enää mekaaninen ja vaijerivälitteinen vaan kaasupolkimen asento välittyy muuttujan arvoksi ohjausohjelmistoon. Analyysi osoitti että ohjausohjelmiston koodi oli spagettia TIE-02300/K.Systä 31

32 Ongelmia Iso osa funktioista oli liian monimutkaisia Testattavaksi Ylläpidettäväksi Mm globaalia muuttujaa Puutteellinen turvamekanismi (fail safe) Prosessi oli puutteellinen Koodausstandardeja ei oltu noudatettu (81514 standardin vastaista kohtaa) Toyota oli päättänyt käyttää omaa standardiaan Mutta sitäkään ei oltu noudatettu TIE-02300/K.Systä 32

33 Todistajan kalvoista ( y/barrslides_final_scrubbed.pdf) TIE-02300/K.Systä 33

34 Samasta TIE-02300/K.Systä 34

35 Sulautettujen järjestelmien haasteita Suoritusympäristö usein primitiivinen Vähän muistia, hidas prosessori Ei oikeaa käyttöjärjestelmää Testaaminen vaikeaa Laitteisto ei välttämättä ole valmis Virheilmoitukset ja muut ylellisyydet eivät ole saatavilla Luotettavuusvaatimukset suuria Käyttäjät eivät siedä virhetoimintoja Reaaliaikavaatimukset Virheiden korjaaminen ohjelmistopäivityksillä vaikeaa => kerralla kuntoon? Osaamisen puutteet - kehittäjät eivät ole ohjelmistoeksperttejä TIE-02300/K.Systä 35

36 Viimeisimmät haasteet Ohjelmiston päivitettävyys Huollossa Kentällä Osa Internettiä Etädiagnoosi Datan kertuu Internet of things Industrial Internet TIE-02300/K.Systä 36

37 Komponenttipohjaisuus Sulautettu järjestelmä koostuu tuotteesta, joka koostuu puolestaan ohjaimista. Ohjaimilla on oma rautansa, jota ohjaa raudan oma firmware. Firmwaren päällä sitten sovelluskohtainen ohjelmisto. Tämä hw+fw+sw on yksittäinen komponentti järjestelmässä. Kaikilla osasilla on oma versionsa. Esimerkki: näyttö ja sen ohjausohjelmisto

38 ESIMERKKI KONEENOHJAUSJÄRJESTELMÄT TIE-02300/K.Systä 38

39 Koneenohjausjärjestelmien erikoisuuksia Monesti raudan valmistamisella pitkä perinne, ohjelmisto suhteellisen uusi tulokas. Kuitenkin ohjelmisto usein avainasemassa uusien rahaa tuottavien ominaisuuksien teossa. Tuotteen pitkä elinkaari Tiettyä tuotetta aletaan suunnittelemaan ehkä jo 5 vuotta ennen julkaisua Julkaistua tuotetta valmistetaan 5 vuotta Viimeisintäkin valmistunutta konetta tuetaan 10 vuotta Koneisiin lisätään uusia ominaisuuksia, tuotteenhallinta tärkeää Silti kentällä päivittäminen saattaa olla hankalaa

40 Koneenohjausjärjestelmien erikoisuuksia Turvallisuus ja luotettavuus Kone voi aiheuttaa kuolonuhreja Kone voi aiheuttaa merkittäviä vahinkoja Kone on kallis ja sen downtime kallista Lainsäädäntö: ISO EN13849 tai IEC61508 ja IEC6260 Alihankinta Osa järjestelmistä ostetaan muilta yrityksiltä Rajapinnat tärkeitä Tietoturva tärkeää

41 Koneenohjauksen erityispiirteitä Omat legacy ohjelmistot ja komponentit, COTS Pitkä elinkaari on yksi syy Olemassa oleva toimiva koodi on uudistusten pahin vihollinen COTS komponenttien tuki Ohjelmistot osana COTS-komponentteja Äärimmäinen esimerkki: moottori Saman softan pitää toimia eri alustoilla. Korporaation laajuiset alustat

42 Koneenohjauksen erityispiirteitä Ohjelmistojen alihankinta: Perinteisesti konepajayritykset eivät miellä itseään ohjelmistotaloina Alijärjestelmät ostetaan => monitoimittajaprojekti, joka on usein perinteisillekin ohjelmistotaloille hankalaa. Hajautettu ohjelmistokehitys (P. Abrahamsson: Ei toimi). Alihankkijalla ei ole useasti aivan yhtä vahvaa sovellusaluetietämystä ja tämä joudutaan dokumentoimaan / kommunikoimaan alihankkijalle. Osaaminen myös vuotaa ulos talosta. NDA:t ja IPR tärkeää

43 Koneenohjauksen erityispiirteitä Arkkitehtuuri usein väyläpohjainen ja hajautettu, lisänä M2M -kommunikaatio Hajautuksesta saadaan hallittavuutta (separation of concerns) Kaapelointikustannukset vähenevät Kokonaiskuva hämärtyy Hajautus, reaaliaikaisuus, järjestelmien järjestelmät Sulautettu ympäristö Työkalujen saatavuus voi olla huono Laskentateho? Palvelut

44 Yleisiä ongelmia Testaus hankalaa Rautaa ei välttämättä ole projektin alussa saatavilla Reaktiivisuus Osajärjestelmä riippuu kokonaisuudesta Yksittäisen ohjainmoduulin toiminnasta ei välttämättä havaintoja ulkopuolelle ei kunnon testausinfraa/-työkaluja Alihankkijan vaikeudet testata usein paljon pahempia Testauksen (huonoja?) ratkaisuja: Itsetehtyjä testausstubeja, regressiotestaus vaikeaa testaillaan irtopurkilla omalla työpöydällä, vaikeaa integraation suhteen testaillaan simulaattorilla, jota tarvitaan muuhunkin testaillaan koneella, jota on vaikea saada käyttöön, kallis laite

45 Ongelmat jatkuvat Henkilöstöongelmat kehityspuolella koko kehitys henkilöityy yhteen/kahteen toimijaan osajärjestelmäkehitys omassa talossa, kokonaisuuden hallinta näiden henkilöiden kiire vanhojen projektien kanssa liikaa palavereja (riippuvuudet muihin osiin/rautaan, alihankinnan järjestäminen) ei aikaa keskittyä omaan kehitystyöhön Huoltobisnes tärkeä tulolähde Etähuolto Ennakoiva huolto Halutaan kuitenkin nähdä joku paikan päällä Vendor lock-in Kehitysympäristön yhtenäistäminen Työkalujen elinkaari

46 Ongelmat jatkuvat Vaatimustenhallinta Toiminnalliset vaatimukset usein hyvin hanskassa Ei-toiminnalliset vaatimukset hämärtyvät Asiakkaan käsite Mistä vaatimukset tulevat? Muut sidosryhmät Yleisiä ongelmia: Kehityksen ketteryys Paikallinen minimi ei ole koko systeemin minimi Dokumentaatio ei ole hyvä kommunikointiväline ja dokumenttien ylläpito on kallista Avoimuus vastaan suljetut ratkaisut

47 Projekti vai tuote? Pitää muistaa tehdäänkö sarjatuotantoa vai projektitoimituksia. Tämä on keskeinen bisnespäätös ja vaikuttaa moniin asioihin. Bisnesmalliin sopimattomat toimintatavat aiheuttavat ongelmia softapuolellakin Huoltaako järjestelmiä tehtaan R&D vai erillinen huoltoorganisaatio? Joskus jonkun osan parametrisointi voi esim. vaatia oman työkalun, joka ei ole yhteensopiva tehtaan muiden työkalujen kanssa. Huoltopaketti koostuu valtavasta määrästä sovelluksia, jokainen sopii tiettyyn tuotekonfiguraatioon -> ei toimi sarjatuotannossa

48 Jos valmiissa tuotteessa ongelmia kentällä Ilman koneen diagnostiikkaa huolto ei tiedä helposti mikä on vialla, paikalle tarvitaan softan tekijä, joka voi softadiagnostiikkatyökaluilla debugata konetta. Tästä seuraa ongelmia Softamiehen paikalle saaminen kestää Softamies on paikalliseen huoltoon verrattuna kallis, etenkin matkat huomioiden Softamies on pois muista töistään. Usein paikalla selviää, että varaosia ei tarvita vaan riittää huonon kontaktin parantaminen tai kytkimen säätö tms

49 OMAT TEE-SE-ITSE KOKEILUT OVAT NYKYISIN HELPPOJA TIE-02300/K.Systä 49

50 Arduino

51 Blink - the code // Pin 13 has an LED connected on most Arduino boards. // give it a name: int led = 13; // the setup routine runs once when you press reset: void setup() { // initialize the digital pin as an output. pinmode(led, OUTPUT); } // the loop routine runs over and over again forever: void loop() { digitalwrite(led, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level) delay(1000); // wait for a second digitalwrite(led, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW delay(1000); // wait for a second }

52 Lets make some noise long i; boolean o; long p; int k; void setup() { // pinmode(3,output); pinmode(13,output); pinmode(8,output); Serial.begin(9600); } i = 0; p = 8000; o = true; k = 0; void loop() { digitalwrite(3,high) ; delaymicroseconds(p) ; digitalwrite(3,low); delaymicroseconds(p) ; } i = i + 1;

53 Loppujen luentojen ohjelmasta PVM Aihe Projekteista erityisesti asiakasroolissa Rajapinnoista ja lisensseistä Ohjelmisto osana laitetta Vierailuluento; Olli Vistbacka (YLE) Kertausta TIE-02300/K.Systä 53