Avec SCADE, la sécurité est assurée
S’agissant d'utiliser des logiciels embarqués critiques chez Liebherr - c'est le cas dans de nombreux domaines d'application et dans les centres de développement des différentes usines -, on a recours à Ansys SCADE. Ansys SCADE un environnement de développement pour des solutions basées sur des modèles, servant de plate-forme pour la réalisation de logiciels embarqués critiques pour la sécurité, pour lequel CADFEM apporte un soutien complet.
Par exemple, à Bischofshofen en Autriche, le centre de compétence de Liebherr pour les chargeuses sur pneus, on mise sur Ansys SCADE pour garantir la fiabilité et l'efficacité de ces engins de construction. Fondée en 1960, l'usine emploie aujourd'hui un millier de personnes. Les chargeuses sur pneus qu'ils conçoivent et fabriquent incarnent des décennies d'expérience et un haut niveau d'expertise sur ces machines.
Logiciel embarqué pour les applications critiques pour la sécurité
Pour pouvoir répondre aux exigences élevées des clients constructeurs d'engins de chantier, le matériel électronique et le logiciel intégré (logiciel embarqué) jouent un rôle décisif, en plus des composants de la machine. Les fonctions liées à la sécurité, en particulier, doivent être réalisées avec un matériel fiable et le logiciel adéquate. En ce qui concerne le matériel, les défaillances de certains éléments sont par exemple compensées par une conception redondante afin d'éviter tout dommage aux personnes, aux machines et à l'environnement. Le logiciel embarqué du microcontrôleur garantit à tout moment l'accès au système et à l'application, afin que celle-ci ne se comporte jamais de manière inattendue ou, dans le pire des cas, qu'elle ne "gèle" pas.
Pour le secteur des chargeuses sur pneus chez Liebherr à Bischofshofen, l'ingénieur Georg Walkner est responsable du secteur de développement du logiciel embarqué, qui ne cesse de croître. Il travaille déjà depuis dix ans sur le site et réalise, avec huit autres collègues, la mise en œuvre du logiciel conformément aux exigences dans le cadre du processus de développement formel. En outre, deux ingénieurs de test complètent l'équipe de développement.
Historique de SCADE chez Liebherr
Il y a une quinzaine d'années déjà, Liebherr a procédé à une analyse approfondie des solutions disponibles pour la réalisation de logiciels embarqués critiques pour la sécurité, puis a opté pour SCADE, car cette solution réunissait plusieurs avantages :
- un développement logiciel modularisé,
- un processus de développement logiciel continu
- une réduction significative des temps et des coûts de développement.
Un autre avantage est que la réalisation du logiciel ne nécessite pas forcément de spécialistes en applications ou en logiciels, ni de connaissances linguistiques spécifiques au domaine. Les souhaits des clients peuvent ainsi être réalisés de manière ciblée et rapide. Les bibliothèques de fonctions communes à tous les sites y contribuent également, car elles permettent d'accélérer considérablement les nouveaux développements.
Il y a une dizaine d'années (2012), le logiciel SCADE, qui comprend plusieurs produits, a été intégré à la famille de produits Ansys. La conception de l'architecture du système et du logiciel se fait avec SCADE Architect, l'architecture pouvant être directement synchronisée avec une implémentation de logiciel embarqué dans SCADE Suite. SCADE Suite permet, grâce à la programmation graphique, une mise en œuvre modulaire de fonctions de commande et de contrôle aussi bien simples que très complexes. Le générateur de code automatique KCG, qui permet de convertir la représentation basée sur un modèle en code C ou ADA, constitue le cœur de SCADE. Pour compléter le processus de développement logiciel virtuel, la fonctionnalité correcte peut être vérifiée et validée à l'aide de SCADE Test et l'intégralité de la couverture de test avec Model Coverage. La gamme de produits SCADE est complétée par SCADE LifeCycle. Ce module permet la connexion à des systèmes de gestion des exigences ainsi que la création automatique de rapports.
Lien entre matériel et logiciel
"Pour comprendre comment fonctionne le logiciel d'application d'une chargeuse sur pneus", explique Georg Walkner, "il faut d'abord comprendre comment fonctionnent, d'une part, l'interaction du logiciel avec les entrées et les sorties du matériel et, d'autre part, l'échange avec d'autres systèmes". Le logiciel d'application est basé sur une activation cyclique. Cela signifie qu'il est déclenché soit par des événements précis, soit dans un laps de temps prédéfinie.
Dans les systèmes complexes, il faut tenir compte de nombreuses tailles de capteurs et d'informations. Le nombre d'entrées et de sorties à relier qui en résulte peut donc rapidement se chiffrer en centaines. Liebherr a décidé très tôt d'utiliser une plateforme de système embarqué commune pour les différents produits tels que les engins de terrassement, les grues ou les pelles. Georg Walkner explique à ce sujet : "Le service de pré-développement nous fournit une plate-forme matérielle équipée d'une framework développée en interne, appelé PMElink. Cela nous permet de relier facilement les entrées et les sorties du matériel et du logiciel. Les différents sites Liebherr peuvent ainsi se concentrer sur l'implémentation de leurs applications spécifiques aux produits".
"Nous répartissons les logiciels que nous développons pour nos chargeuses sur pneus en deux catégories : les logiciels en lien ou sans lien avec la sécurité", poursuit Georg Walkner. "Aujourd'hui, une chargeuse sur pneus est en grande partie commandée "by-wire", c'est-à-dire électroniquement au moyen d'un joystick. Cela va du contrôle de la chaîne cinématique à la commande du mât ou de l'outil porté, comme un godet. Toutes ces fonctions sont critiques pour la sécurité, tout comme la commande du frein de stationnement". En revanche, les informations relatives au confort, à la surveillance et aux statistiques ne font pas partie du domaine relevant de la sécurité. Mais tous les composants logiciels sont réalisés avec Ansys SCADE. La répartition des fonctions entre celles qui sont critiques pour la sécurité et celles qui ne le sont pas se fait dans le cadre de l'intégration du matériel avec le PMElink.
Défis actuels et développements futurs
Au cours des plus de dix années d'utilisation de SCADE chez Liebherr, l'environnement de développement a bien sûr considérablement évolué, notamment grâce à l'intégration dans le portefeuille Ansys. Ainsi, SCADE Test est un cadre amélioré pour les tests d'applications basés sur les modèles. On y fait la distinction entre les tests d'application et de module et les analyses de couverture de test (Model Coverage). "Les tests d'application et de module vérifient la fonctionnalité correcte des différents composants du programme, les règles de test étant elles-mêmes développées par un ingénieur de test correspondant", rapporte Georg Walkner, développeur et testeur expérimenté. "Ensuite, l'analyse de la couverture des tests montre s'il reste des fragments de l'application qui n'ont pas été testés. Si c'est le cas, la spécification de test doit être à nouveau étendue".
D'autres innovations auxquelles Liebherr s'intéressera dans les années à venir concernent l'ingénierie des systèmes basée sur les modèles (Model-Based Systems Engineering, MBSE), qui permet de faire progresser successivement la numérisation du processus de développement. Outre les nombreux défis que ce changement implique, les modèles de comportement numériques des composants et des systèmes permettent de tester le logiciel dans le champ d'expérimentation numérique à l'aide de procédés tels que Software-in-the-Loop. "Comme nous sommes un site plutôt petit à Bischofshofen et que les différents développeurs se connaissent bien, il est intéressant de réaliser le thème MBSE à l'aide d'un démonstrateur, d'abord comme proof-of-concept. Il est alors possible de dériver des modèles d'espace d'état, par exemple à partir de modèles de simulation FEM ou CFD, pour les piloter ensuite avec notre logiciel de contrôle dans le cadre de la simulation du système".
La connexion des systèmes de gestion des exigences à l'environnement de développement d'Ansys SCADE constitue une autre pièce du puzzle de la numérisation du processus de développement. "Nous connaissons depuis longtemps la fonction qui permet d'établir la traçabilité entre les exigences et l'implémentation du logiciel dans SCADE", explique Georg Walkner. "Toutefois, la flexibilité quant aux éléments d'une implémentation auxquels il était possible de se référer était auparavant plutôt faible. Aujourd'hui, de nouvelles constructions et fonctionnalités sont disponibles dans SCADE, qui permettent des références granulaires aux éléments SCADE, ce qui nous aide beaucoup dans la mise en œuvre de la traçabilité".
Nous sommes bien placés en matière de cybersécurité.
L'utilisation de SCADE dans de nombreuses usines Liebherr a donné naissance à une communauté SCADE qui échange régulièrement des informations sur les défis actuels. "La part de plus en plus importante des logiciels dans les produits va certainement accroître encore l'importance de SCADE dans les années à venir", conclut Georg Walkner. "De même, les exigences croissantes en matière de cybersécurité dans le cadre de la réalisation de services de produits numériques vont accroître l'importance du développement de logiciels embarqués critiques en termes de sécurité. Dans ce domaine, nous pensons que Liebherr est très bien placé pour l'avenir grâce à sa vaste expérience dans l'utilisation d'Ansys SCADE et aux fonctionnalités supplémentaires disponibles avec les nouvelles versions".
Liebherr-Werk Bischofshofen GmbH
www.liebherr.com
Autheur: Martin Meiler,
Gerhard Friederici (CADFEM Germany GmbH)
Photos de couverture :
© Liebherr-Werk Bischofshofen GmbH
Liens : September, 2023
