Cosa è necessario considerare quando si deve decidere se sviluppare o acquistare componenti per la progettazione di controllo embedded

Panoramica

Decidere tra sviluppare autonomamente un sistema per il proprio progetto embedded o acquistare esternamente i componenti è una scelta complessa.Si possono sviluppare da zero i propri controller, ma ciò implica grossi rischi e costi elevati.Tuttavia le alternative disponibili sul mercato non sempre rispondono alle esigenze specifiche dei sistemi industriali complessi.

Perché allora non considerare una terza via: sviluppare e acquistare?

Sono molti gli aspetti da tenere in considerazione quando si decide di sviluppare e acquistare. Vediamo come sia possibile, grazie all'approccio off-the-shelf personalizzabile, trovare il giusto equilibrio tra le esigenze specifiche di applicazioni industriali complesse e i rischi ad esse associati.

Contenuti

Costi

Comprendere il costo totale del compromesso tra sviluppare oppure a acquistare è un passo difficile ma fondamentale.Naturalmente la prima considerazione  da fare è il costo del materiale (BOM, Bill of Materials), ma spesso si sottovalutano anche le numerose spese di medio e lungo termine per la progettazione di schede personalizzate.

Nessun manager vuole scoprire che i costi di sviluppo sono stati sottovalutati al punto che l'intero progetto non è più produttivo.Ma l'esperienza insegna che i tempi di sviluppo (e quindi i costi) sono spesso sottovalutati: soltanto il 41 percento dei progetti embedded è terminato nei tempi previsti.

Per comprendere meglio il costo totale di possesso, ecco un riassunto dei costi associati alla progettazione di una scheda di controllo completamente personalizzata.

  • Sviluppo
    • Progettazione hardware
    • Sviluppo del software (scelta delle applicazioni, integrazione e verifica)
    • Progettazione meccanica
    • Selezione e gestione dei fornitori dei componenti
    • Test (inclusi test e verifica di software e hardware, test delle prestazioni del sistema, certificazioni ambientali, validazione termica, acustica e vibrazioni)
    • Integrazione di sistema
    • Documentazione
    • Strumenti di progettazione
  • Produzione
    • Strumentazione
    • Costi di assemblaggio
    • Test di produzione
  • Costo dei componenti
    • BOM
  • Supporto tecnico
    • Gestione dell'inventario (riprogettazioni quando i componenti giungono a fine ciclo oppure costi di gestione di un un inventario di pezzi di ricambio)
    • Manutenzione software (manutenzione di sistema operativo e driver, test di regressione)
    • Servizio clienti
    • Costo degli aggiornamenti
    • RMA

Come si può notare, i costi da valutare sono molti.Proviamo a paragonarli a una soluzione COTS (commercial off-the-shelf).In questo caso abbiamo l'ovvio risparmio sui costi di sviluppo, ma in aggiunta a ciò i fornitori sono in grado di comprare i vari componenti a un prezzo inferiore, perché generalmente acquistano in grandi volumi.

È inoltre possibile scaricare sui fornitori i costi del supporto tecnico. Per esempio, le solide relazioni che NI intrattiene con i propri fornitori permette di essere a conoscenza di piani industriali ai quali i nostri clienti non hanno accesso.I nostri clienti beneficiano di questa conoscenza attraverso la progettazione di prodotti con cicli di vita molto lunghi (15 anni per i prodotti CompactRIO).Questo tipo di supporto è fondamentale per applicazioni industriali con piani di operatività lunghi.

Se i fornitori posso ridurre i costi grazie all'economia di scala, è utile chiedersi se esistano situazioni in cui lo sviluppo in-house risulti in costi inferiori. Quando un prodotto COTS è troppo costoso, bisogna chiedersi:

  • utilizzeremo solo una minima parte delle funzionalità offerte?
  • dovremo modificare il nostro approccio di progettazione per questo prodotto perché non si adatta al nostro sistema e di conseguenza aumentare considerevolmente i costi?

Se la risposta a entrambe le domande è sì, allora il prodotto COTS potrebbe essere troppo costoso per il semplice motivo che non è quello adatto alle specifiche esigenze. Se la risposta è no, è consigliabile valutare se non si stiano sottostimando i costi, soprattutto quelli per il supporto tecnico, in quanto tendono a essere i più ignorati.

Volumi

Le decisioni riguardo ai costi sono strettamente legate al volume della produzione.È generalmente accettata la nozione per cui minori sono i costi di produzione, maggiore è la tendenza verso soluzioni COTS.Tuttavia sarebbe controproducente stabilire una soglia minima unica da applicare a ogni singola situazione.

È fondamentale determinare quale sia il punto di svolta oltre il quale acquistare diventa meno conveniente che sviluppare,ovverosia il punto in cui i costi di progettazione non ricorrente (NRE, non-recurring engineering) vengono spalmati su un numero di unità tale per cui il costo unitario di sviluppo viene controbilanciato dal risparmio sul costo dei componenti. Meglio si comprendono i costi (incluso il supporto tecnico) e la valutazione del rischio di sforamento del budget e dei tempi di consegna, tanto più facile sarà stabilire tale punto di svolta.

 

Senza dimenticare che la maggior parte dei fornitori mette in atto nei confronti dei clienti OEM politiche di prezzo che permettono di ridurre i costi per grandi volumi di acquisto. Questo tipo di riduzione dei costi andrà anch'esso tenuto in considerazione.

Time to Market

Acquistare una soluzione COTS è quasi sempre più veloce rispetto allo sviluppo di un sistema personalizzato.

Tuttavia, benché più veloci di un sistema interamente personalizzato, molte soluzioni commerciali richiedono un intenso lavoro di sviluppo software per adattarsi alle funzionalità definite dal fornitore e non modificabili.

Il livello di personalizzazione della piattaforma NI è particolarmente adatto a velocizzare lo sviluppo, anche in confronto ad altre soluzioni COTS.In media, un team di progettazione che utilizza soluzioni NI, dimezza i tempi di progettazione e il numero dei propri membri.Ad esempio Dynapower, azienda specializzata nello stoccaggio di energia, ha accelerato i tempi di sviluppo da 72 a 24 settimane grazie alla piattaforma NI.

I vantaggi di uno sviluppo più veloce non si limitano alla riduzione dei costi di progettazione.Spesso posizionare più velocemente il prodotto sul mercato si rivela un fattore decisivo per conquistare crescenti fette di mercato ed essere così avvantaggiati rispetto alla concorrenza. Nei settori ad alto tasso di innovazione e competitività, il time-to-market può fare la differenza fra successo e insuccesso.

Costo opportunità

È necessario inoltre considerare il costo opportunità derivante da tempi di sviluppo più lunghi. Geoffrey Moore spiega molto bene il concetto di "core versus context" nel suo libro "Dealing with Darwin: How Great Companies Innovate at Every Phase of Their Evolution." Secondo Moore:

  • Con Core (nucleo) si definisce ogni attività che determina il differenziarsi sul mercato grazie a prezzi competitivi o a volumi maggiori.
  • Context costituisce le attività che non rendono un'azienda differente da ogni altra agli occhi del cliente.

Spiega Moore: “Core è ciò in cui un'azienda investe tempo e risorse e le aziende concorrenti no.Core è ciò che permette di creare fatturato maggiore e/o margini più ampi e rende un'azienda più interessante rispetto alla concorrenza. Core offre all'azienda potere contrattuale, perché è ciò che i clienti vogliono e non possono avere da nessun altro."

I team di sviluppo spesso commettono l'errore di investire la maggior parte delle risorse in attività che sono fondamentali per il successo delle applicazioni, ma che non sono in grado di creare differenziazione sul mercato. Nell'industria, circa il 90 percento delle risorse di ricerca e sviluppo è destinato ad attività non differenziatrici. Sostanzialmente sono le funzionalità minime richieste dai clienti, senza le quali il prodotto non può esistere, ma che non fanno emergere l'azienda sopra la concorrenza.

Esistono alcune strategie utili per allineare le risorse e ottimizzare lo sviluppo:

  • Standardizzare - ridurre le variabili all'interno dei processi e dei sistemi riduce costi e rischi.
  • Modularizzare - la suddivisione di un prodotto in sottosistemi modulari permette di riutilizzarne i componenti.
  • Esternalizzare - spostare i processi al di fuori dell'azienda riduce le spese generali.

Poiché è sia flessibile che scalabile, la piattaforma NI permette di adottare tutte e tre le soluzioni.Attuando la standardizzazione all'interno della piattaforma NI è possibile riutilizzare moduli di codice e architetture per progetti differenti, modificare l'hardware scegliendo il fattore di forma e i moduli delle applicazioni, esternalizzare sviluppo, test e costi del supporto tecnico.

Ogni risorsa svincolata dalla gestione del context può essere indirizzata verso le attività che fanno distinguere la propria azienda dalle altre.

Competenze

La progettazione embedded richiede un alto livello di competenza.Per creare i prodotti affidabili richiesti dall'industria è necessario possedere competenze di:

  • chipset ad alta densità e alta velocità di ultima generazione
  • strumenti di layout in grado di gestire il packaging e i segnali ad alta velocità dei componenti
  • software per progettare e simulare con efficacia i componenti
  • verifica della progettazione meccanica ed elettrica
  • software per il test e infrastruttura per la validazione end-to-end
  • e molto altro...

Prendere scorciatoie durante ognuna di queste fasi del processo di sviluppo fa aumentare il rischio di fallimento del progetto o di problemi di qualità del prodotto finale.

Da anni NI progetta prodotti COTS robusti e affidabili, utilizzati negli ambienti più difficili come pozzi petroliferi, o sottostazioni elettriche.Tale affidabilità deriva dalle best practice messe in pratica durante la progettazione, il test e la validazione.La capacità di impiegare strumenti affidabili in ambienti difficili costituisce parte del nostro "core".

Supporto tecnico

Il supporto tecnico è si divide in:

  1. Supporto al team di progettazione da parte del fornitore

Per i componenti più complessi il supporto del fornitore è in grado di semplificare lo sviluppo e di ridurre i rischi.I fornitori possiedono le conoscenze e l'esperienza necessarie per ridurre i tempi di sviluppo e sono in grado di proporre anche le best practice da adottare.

  1. Il supporto fornito ai propri utenti finali

Per quanto riguarda la supportabilità del prodotto, i costi del supporto tecnico e della RMA sono correlati a test, verifica e documentazione associati al prodotto prima della spedizione. Inoltre, nel momento in cui un progetto diventa obsoleto (per esempio se i costi per l'aggiornamento sono troppo elevati) le risorse per il supporto si riducono notevolmente.

Un altro fattore che influenza la supportabilità è la compatibilità con l'Internet of Things (IoT).Alcune caratteristiche dell'IoT (accesso remoto, gestione di sistema, monitoraggio strutturale) sono in grado di ridurre notevolmente i costi del supporto tecnico sul campo.Funzionalità innovative come la manutenzione predittiva e il machine learning permettono di evitare i tempi di inattività dei sistemi.

Integrare la tecnologia IoT richiede di introdurre ulteriori competenze nel processo di sviluppo e diversi fornitori, ognuno dei quali offre solo una parte di queste tecnologie IoT.I clienti di NI hanno il vantaggio di poter beneficiare delle collaborazioni che NI ha instaurato con le più importanti aziende dell'IoT (Cisco, Intel e Xilinx) e con i consorzi OPC UA e Industrial Internet Consortium.

Specifiche

Per progetti con precisi requisiti, si tende a preferire un approccio di progettazione personalizzato. Quando si necessita di controllo ad alta velocità oppure si deve lavorare in ambienti ostili, la maggior parte dei fornitori di COTS non è in grado di soddisfare i bisogni di questo tipo di progettazione.Quando invece i requisiti richiesti sono meno specifici di solito si adottano soluzioni COTS.

Questo è l'aspetto per cui NI si differenzia decisamente dagli altri fornitori di COTSLa progettazione modulare e l'hardware software-designed di NI permettono di offrire soluzioni COTS che rispondono a requisiti altamente specifici in termini di flessibilità e potenza delle applicazioni.In che modo?

  • Acessibilità FPGA — Funzionalità hardware definite nel software grazie all'utilizzo di FPGA. È possibile implementare algoritmi di controllo e di elaborazione del segnale per mezzo di determinismo e temporizzazione a livello hardware.
  • Connettività — Capacità di connettersi a ogni segnale, sensore o bus grazie agli oltre 150 moduli della Serie C NI e di terze parti.
  • Software aperto — Sistema operativo NI Real-Time Linux con supporto per LabVIEW ed Eclipse, integrazione di codice di terze parti come Python, C e C++, VHDL, Verilog ed altro ancora.
  • Robustezza — Capacità di soddisfare i requisiti più complessi in termini di prestazioni, temperatura operativa, protezione ingresso e vibrazioni.

Grazie all'alto livello di personalizzazione software e hardware che NI mette a disposizione dei propri clienti, possiamo definire la nostra piattaforma come una piattaforma ingegneristica personalizzabile e flessibile, decisamente vantaggiosa rispetto a soluzioni di controllo COTS con funzioni già preconfigurate.

Senza l'utilizzo di strumenti  NI, questa applicazione di Lime Instruments avrebbe richiesto una soluzione interamente personalizzata.

Variabili

In ogni tipo di progettazione alcune variabili  sono difficili da quantificare.A volte un'azienda decide di cambiare direzione e i team di progettazione desiderano sviluppare le competenze necessarie.A volte un singolo sviluppatore è interessato a imparare qualcosa di nuovo. In questi casi la progettazione in-house rimane un rischio, ma potrebbe valere la pena.

A vole però una determinata soluzione COTS offre più funzionalità di quelle necessarie al momento e perciò garantisce la possibilità di espanderne le funzionalità in futuro. In questo caso l'acquisto di una soluzione COTS completa potrebbe rivelarsi più utile di quanto sembri.

Conclusioni

Scegliere se sviluppare autonomamente o acquistare è una decisione complessa.Il costo del BOM (Bill of Materias) è solo una frazione del costo totale di possesso.Se inoltre si valutano anche i rischi, la possibilità di riutilizzo e il costo opportunità, la questione si fa ancora più complicata.

Tanto più le applicazioni sono specializzate e complesse, tanto meno i progetti presentano volumi di vendita tali da giustificare i costi di sviluppo, test, produzione e supporto tecnico.

La scelta di acquistare diventa molto più interessante quando si considera la piattaforma NI, perché è così robusta, potente e personalizzabile da poter essere utilizzata anche per le applicazioni industriali più complesse.La piattaforma NI è radicalmente diversa dalle altre soluzioni commerciali, che spesso offrono solo funzionalità limitate e preconfigurate.

Durante la fase di progettazione è importante valutare se il grosso delle risorse è stato indirizzato verso funzionalità che portano a differenziarsi sul mercato.Se la maggior parte delle risorse è impiegata in attività di basso profilo, vale la pena di considerare se la spesa e i rischi ad esse associati non sarebbero meglio impiegati su attività maggiormente legate al "core".

Altre risorse

  • Scopri tutti i vantaggi della progettazione embedded NI
  • Scopri la piattaforma CompactRIO
  • Scopri come altre aziende utilizzano la piattaforma CompactRIO

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