A medida que los requisitos para un mayor rendimiento de producto aumentan la complejidad del diseño, el software se va convirtiendo cada vez más en el factor diferenciador para el éxito de un producto en el mercado. Ante la necesidad de crear software más complejo y de mejor calidad en menos tiempo, los profesionales de ingeniería han recurrido al diseño basado en modelos.
Introducción al diseño basado en modelos
El diseño basado en modelos ofrece un enfoque matemático y visual para desarrollar sistemas complejos. Apoya y fomenta la colaboración proporcionando un lenguaje común a equipos multidisciplinarios que trabajan en varios dominios. El diseño basado en modelos se emplea en una amplia variedad de industrias y aplicaciones, tales como aplicaciones de control de trayectorias, procesamiento de señales, equipos industriales, aeroespaciales y automoción. Gira en torno al uso sistemático de modelos a lo largo de todo el proceso de desarrollo para la especificación de requisitos, el modelado de la arquitectura del sistema, la implementación del diseño, la simulación, la generación automática de código, y la verificación y validación.
El diseño basado en modelos complementa y posibilita las prácticas de desarrollo ágil. Como el desarrollo ágil de software, el diseño basado en modelos permite detectar errores y problemas de diseño en las primeras etapas de un proyecto, dar cabida a cambios en los requisitos, y proporcionar un sistema que satisfaga las necesidades del cliente. Por ejemplo, se pueden realizar iteraciones rápidas conectándose con sistemas de integración continua para probar y verificar modelos y código de manera automática a lo largo de todo el ciclo de desarrollo.
El desarrollo ágil de sistemas mediante el diseño basado en modelos se centra en la simulación y la generación de código para proporcionar, de forma gradual, artefactos de diseño y pruebas, estudios y evaluaciones.
El diseño basado en modelos respalda la transformación digital de productos y servicios. El uso de modelos previamente desarrollados se puede extender a sistemas en funcionamiento, creando gemelos digitales para optimizar el funcionamiento del sistema, supervisar el estado del sistema y proporcionar un mecanismo de feedback al equipo de desarrollo para realizar mejoras continuas. Este enfoque facilita aplicaciones tales como el mantenimiento predictivo y la detección de fallos en tiempo real.
Diseño basado en modelos: uso sistemático de modelos a lo largo de todo el proceso de desarrollo.
Logre objetivos empresariales
Las empresas líderes del mercado utilizan el diseño basado en modelos para:
Competir por más proyectos, y ganarlos.
“Hace poco ganamos un proyecto en el que varios de nuestros competidores habían decidido no competir, debido a los plazos tan ambiciosos. El diseño basado en modelos nos permitió cumplir con la fecha de entrega pactada sin ningún problema”.
Crear productos que de otra manera no se podrían haber desarrollado.
“Antes, era sumamente costoso desarrollar el hardware de controlador necesario para productos especializados. Con Simulink, podemos implementar fácilmente diseños de controladores en nuestro hardware PLC actual. [Ahora podemos] emprender nuevas oportunidades de negocio para desarrollar controladores de bajo volumen”.
Generar ventas e ingresos más pronto.
“Nuestro equipo de tres personas completó un prototipo totalmente funcional en tan solo seis meses con herramientas de MathWorks. Sin esas herramientas, tendríamos que haber prolongado el proyecto por unos seis meses”.
Ofrecer funcionalidades y rendimiento que la competencia no pueda igualar.
“La transmisión hidrostática híbrida que diseñamos y optimizamos con el diseño basado en modelos era aproximadamente un 25% más eficiente en términos de consumo de combustible que una transmisión hidrostática estándar, con un coste total de propiedad entre un 15 y un 20% inferior”.
Lograr una calidad de producto que la competencia no pueda igualar.
“Las simulaciones y pruebas en tiempo real con Simulink nos ayudaron a ofrecer un sistema de control excepcionalmente fiable. Nuestro controlador resultó ser más fiable que los sistemas tradicionales, y no generó tiempo de inactividad durante la producción; lo que es importante, ya que las interrupciones pueden costar 5.000 € o más por hora”.
Reduzca gastos y consumos excesivos
Los equipos de ingeniería logran el éxito del desarrollo y las operaciones con el diseño basado en modelos a través de:
- Modelado, simulación y generación de código
- Reutilización de modelos para certificación, documentación y generación de artefactos
- Adopción de prácticas de desarrollo ágil, integración continua y transformación digital
Modelado, simulación y generación de código
Utilice menos componentes, y menos costosos.
“Las estimaciones iniciales del sistema Lanai incluían una batería de 700 kilovatios-hora. Las simulaciones de Simulink demostraron que una batería de aproximadamente la mitad de ese tamaño sería suficiente, y que no se necesitaba un dispositivo de transmisión de CA flexible. Ambos representaron un ahorro de más de 200.000 dólares”.
Disminuya el número de prototipos físicos.
“Para este proyecto, el rendimiento del hardware real coincidió con los resultados de la simulación de nuestro modelo de Simulink del sistema de levitación magnética, de manera que no tuvimos que modificar nuestro sistema de prueba. Eliminar varios prototipos ahorra tiempo, y cuando el prototipo cuesta entre 20.000 y 30.000 dólares, como era el caso en este proyecto, eso disminuye los costes notablemente”.
Reutilice modelos y adapte diseños.
“En programas anteriores, cuando hacíamos un pequeño cambio de diseño, a veces teníamos que esperar semanas para que el equipo de desarrolladores lo codificara. Con Simulink y Embedded Coder, bastó con hacer el cambio, volver a generar el código, y obtener una nueva compilación de prueba en solo una hora”.
Elimine penalizaciones por incumplimiento de plazos.
“Si hubiéramos tenido que esperar a que el resto del vehículo estuviera terminado antes de probar el diseño de suspensión, no habría sido posible cumplir con la ambiciosa fecha de entrega”.
Reutilización de modelos para certificación, documentación y generación de artefactos
Rebaje costes de documentación.
“Utilizamos nuestros modelos de Simulink y Stateflow como especificación ejecutable, lo que agilizó significativamente el proceso de revisión de diseño. Completamos una revisión exhaustiva en un 10% del tiempo que necesitábamos antes, además de eliminar el 90% de la documentación en papel que utilizábamos en cada etapa de la revisión”.
Reduzca coste y tiempo de certificación.
“Modelar, simular e implementar el software integrado del respirador con Simulink simplificó enormemente la certificación de conformidad. El modelo proporcionó documentación detallada y una representación visual del sistema para la revisión de la certificación”.
Adopción de prácticas de desarrollo ágil, integración continua y transformación digital
Utilice equipos de trabajo más pequeños.
“El diseño basado en modelos, con diseño gráfico y generación automática de código, reduce los bugs de software, mejora el mantenimiento y la reutilización del software, y disminuye la dificultad del desarrollo de software. Eso nos permitió armar un equipo de desarrollo formado por especialistas en motores y control en el menor tiempo posible”.
Reduzca el tiempo de adaptación al cambio con prácticas de desarrollo ágil.
“En una etapa avanzada del proyecto, recibimos un nuevo requisito: que el controlador proporcionara feedback sobre su propio estado. Este tipo de cambio requeriría al menos una semana de codificación manual. Con el diseño basado en modelos, simplemente hicimos un cambio pequeño en el modelo y logramos cumplir con el requisito en un día. Poder implementar este tipo de cambio sin exceder los plazos ni incurrir en sobrecostes supuso una gran ventaja para nosotros”.
Acorte la duración de las pruebas y mejore la calidad del código con integración continua.
“Tenemos docenas de profesionales de ingeniería en todo el mundo que trabajan en paralelo en un mismo modelo con muchas fusiones. Combinando el diseño basado en modelos y la integración continua, hemos acortado las iteraciones y automatizado los procesos de pruebas”.
Rebaje el coste de soporte de los activos en funcionamiento.
“Con las herramientas de MathWorks, podemos recopilar datos de producción y simular la condición de error internamente. Esto acorta considerablemente el plazo de resolución para nuestros clientes, y nuestros propios gastos de soporte y transporte, ya que nuestras prensas de imprimir se venden en todo el mundo”.
Reduzca costes relacionados con garantías.
“En toda la industria, el número de problemas relacionados con garantías ha aumentado con la complejidad del software. En los productos más recientes que hemos completado utilizando el diseño basado en modelos, no hemos tenido problemas de garantía relacionados con el software de aplicación después de 12 meses de producción. Es un récord que alienta a nuestros clientes actuales y futuros”.
Adopte el diseño basado en modelos para equipos pequeños
A pesar de las ventajas potenciales del diseño basado en modelos, el personal responsable de ingeniería suele sopesar el riesgo de realizar cambios en el proceso de desarrollo. Y en particular con grupos más pequeños, que no cuentan con personal dedicado para probar un nuevo proceso y aprender nuevas herramientas. No obstante, una vez que las empresas se lanzan al diseño basado en modelos, suelen reconocer que hubiera sido muy arriesgado no utilizarlo.
Para comprender el enfoque de adopción y las experiencias de equipos de trabajo pequeños, consulte el white paper “Cómo los equipos de ingeniería adoptan el diseño basado en modelos”.
Resumen
Adoptar el diseño basado en modelos es un punto de inflexión determinante en el desarrollo de sistemas. Para las empresas cuyos productos cuestan miles o millones de dólares, disminuir la cantidad de prototipos a una sola unidad es suficiente para demostrar la rentabilidad sobre la inversión. Las empresas con productos de bajo coste que pueden conseguir una alta participación de mercado, si son las primeras en comercializarlos, también consiguen una gran rentabilidad sobre la inversión. Para ellas, el diseño basado en modelos genera valor porque acelera el desarrollo. Sea cual fuere el escenario, las empresas consiguen ventajas notables y continuas cuando utilizan el diseño basado en modelos para el desarrollo de sistemas.
