Hersteller, von mobilen Arbeitsmaschinen stehen vor der Herausforderung, zunehmend branchenfremde Informatiker integrieren zu müssen, um die notwendigen Kompetenzen zu erweitern. Wie der Elektronikentwickler und -lieferant TTControl diesen Herausforderungen begegnet, zeigt dieser Beitrag.
Dieser Artikel wurde erstmal in der Hanser Mobile Automation 2020 veröffentlicht.
Von Janosch Fauster, Director Application Development Center bei TTControl
Moderne mobile Maschinen sind komplexe mechatronische Systeme, die ihre uneingeschränkte Leistung nur dann entfalten können, wenn alle entwickelten Subsysteme nahtlos ineinandergreifen. Um den dafür notwendigen Innovationsrhythmus aufrecht zu erhalten ist eine kontinuierliche, tiefergehende Spezialisierung im jeweiligen Fachgebiet und der darin verorteten Rollenaufteilung notwendig. Dies ist nicht zuletzt bedingt durch ein vor allem im Bereich der Softwareapplikationen exponentielles Wachstum der Codebasis. Daraus ergibt sich für viele Unternehmen die Herausforderung, einerseits die notwendige Spezialisierung in den Teams voranzutreiben, andererseits aber auch ein gemeinsames Verständnis der zu konstruierenden Maschine und deren Subsysteme zu wahren um vom Kundenwunsch bis zur Systemintegration effizient entwickeln zu können.
Die dafür notwendigen Informatiker sind in vielen der heutigen Ausbildungszweige zu oft weit weg von den "klassischen" Ingenieursberufen wie Maschinenbauer oder Mechatroniker. Die Tatsache, dass ein Großteil der Softwareentwickler im Bereich Mobile bzw. PC gesucht werden, verstärkt diesen Trend. Das US Bureau of Labor Statistics geht beispielsweise davon aus, dass die Anzahl der beschäftigten Applikationsentwickler bis zum Jahr 2029 in den USA um 22% steigen wird; die Anzahl der Entwickler von "Systemsoftware" um 11%, dazu zählen auch "Betriebssysteme" für Fahrzeuge [1].
Zwar verfügt die nächste Generation an Informatikern über die notwendige technische Tiefe für komplexe Softwareprojekte im Maschinenbau: sie denkt objektorientiert, arbeitet mit höheren Programmiersprachen wie Python, Java oder JavaScript und ist es gewohnt ihre Arbeit mit agilen Methoden wie beispielsweise Scrum zu organisieren.
Ihnen sind allerdings Arbeitsweisen aus der Welt der Maschinen oft völlig unbekannt. Softwareentwickler für mobile Maschinen mussten bisher häufig sehr hardwarenah programmieren, da die Steuergeräte, die auf den Maschinen installiert sind, Speicher im Kilo- oder niedrigem Megabytebereich haben, CPUs noch mit Frequenzen im Bereich von Megahertz laufen und nur sehr selten Betriebssysteme vorhanden sind. Das daraus resultierende ressourcenschonende Programmieren, kombiniert mit Anforderungen an funktionale Sicherheit und die Tatsache, dass die Maschinenapplikationen von einem kleinen Team - häufig auch einer Einzelperson - entwickelt werden, hat die Methodiken in der Softwareentwicklung für diese Branche maßgeblich beeinflusst.
Standards für funktionale Sicherheit legen häufig das klassische V-Modell als Entwicklungsparadigma zugrunde. Aufgrund der begrenzten Ressourcen wird hauptsächlich in C programmiert.
Diese Gegebenheiten haben dazu geführt, dass objektorientierte Designs auch heute noch selten anzutreffen sind und viele Konzepte aus der agilen Entwicklung oder der Entwicklung von großen Softwareprojekten nicht übernommen werden konnten.
Zusammenwachsen der Bereiche bietet Chancen und bringt Herausforderungen
Diese Basis gibt den Entwicklern die Möglichkeit objektorientierte Designs umzusetzen. Verschiedene Organisationen wie beispielsweise MISRA oder die Autosar-Entwicklungspartnerschaft, haben Subsets von C++ definiert [2, 3], die den Einsatz dieser Sprache auch im Kontext der funktionalen Sicherheit erlauben.
Somit stehen Hersteller, die traditionell sehr stark im Maschinenbau verankert sind vor der Herausforderung, zunehmend branchenfremde Informatiker integrieren zu müssen, um die notwendigen Kompetenzen zu erweitern. Diese Entwickler haben häufig keinerlei fundierte Expertise im Maschinenbau, müssen jedoch zumindest ein grundlegendes Verständnis für die Funktion einer Maschine und dem Zusammenspiel von Mechanik, Hydraulik/Pneumatik und Elektronik erlangen. Außerdem müssen diese Programmierer verschiedenste branchenspezifische Softwareparadigmen erlernen, wie zum Beispiel den Umgang mit funktionaler Sicherheit.
Als Maschinenhersteller muss man als Arbeitsgeber den Bedürfnissen und Erwartung von heutigen Softwareentwicklern, die vielleicht bereits Erfahrung im Bereich von PC- oder mobilen Softwareapplikationen gesammelt haben, entgegenkommen, um sowohl attraktiv für diese Mitarbeiter zu sein als auch deren Produktivität zu maximieren. Dazu zählt unter anderem eine robuste IT-Infrastruktur, die die Entwicklungsprozesse aktiv unterstützt. Viele Unternehmen haben dementsprechend eigene "DevOps"-Teams etabliert, die sich ausschließlich um die Installation, Wartung und Erweiterungen der Softwareinfrastruktur kümmern, die kollaboratives Arbeiten, Versionsmanagement, Task-Tracking, automatisiertes Testen und Continuous Integration ermöglichen. Vor allem für kleine Entwicklungsteams sind die entstehenden Lizenzkosten für die verwendeten Tools nicht zu vernachlässigen.
Application Development Center – Umsetzung bei TTControl
TTControl ist ein Joint Venture von TTTech Group und HYDAC International, das unter anderem auf die Entwicklung von elektronischen Steuergeräten und Visualisierungslösungen für mobile Maschinen spezialisiert ist. Die Produkte kommen weltweit beispielsweise in Maschinen im Baugewerbe, der Landwirtschaft und im Kommunalbereich zum Einsatz. Eine dezidierte Abteilung von TTControl, das sogenannte "Application Development Center", beschäftigt sich in enger Zusammenarbeit mit Maschinen-Herstellern mit der Entwicklung von Maschinenapplikationen: von der Steuerung der Hydraulikfunktionen bis hin zum User Interface.
Auch TTControl ist als Elektronikentwickler und -lieferant den oben genannten Herausforderungen ausgesetzt und hat einen eigenen Weg gefunden diesen zu begegnen.
Solide SW-Entwicklung
Als Teil der TTTech Group, die viele hundert Softwareentwickler beschäftigt, ergibt sich für TTControl die Möglichkeit auf eine solide DevOps-Struktur zuzugreifen, die eine auf die speziellen Bedürfnisse zugeschnittene Softwarelandschaft pflegt. Dazu zählen kollaborative Tools (Teams, Confluence) und die Anpassung von klassischen "agilen" Werkzeugen (Jira, Bitbucket/Git) an Bedürfnisse der embedded Programmierung und an Entwicklungsprozesse, wie sie aus den Standards über funktionale Sicherheit gefordert werden. Zusätzlich werden integrierte Umgebungen realisiert, die automatisiertes Testen und Deployment erlauben (statische Codeanalyse und Modultests mit Parasoft, automatisiert über Jenkins, archiviert in Artifactory). Für funktional sichere Software werden Tools zur Verfügung gestellt, die striktes und nachvollziehbares Tracing erlauben (wie beispielsweise PTC Windchill für Requirements-Management oder Collaborator für formale Peer-Reviews).
Als Teil von HYDAC International hat TTControl direkten Kontakt zu Experten aus der Fluidtechnik und eine integrale Sicht auf komplexe elektrohydraulische Systeme.
Die Softwareentwickler von TTControl können durch strategische Partnerschaften mit ausgewählten Maschinen-Herstellern die jeweiligen Bedürfnisse der Endkunden erfassen und konkrete Erfahrungen in der Interaktion von Software und Elektronik mit mechanischen Systemen, wie etwas komplexen Kinematiken, sammeln. Besonders viel Wert legen die Entwicklungsteams bei TTControl darauf, dass jeder Softwareentwickler auch Inbetriebnahmen auf der jeweiligen Maschine durchführt, um praktische Erfahrung im Umgang mit Hydraulik zu sammeln.
So kombiniert das Unternehmen relevantes Know-How aus Softwareenwicklung, funktionaler Sicherheit und Hydraulik. Die Zusammenarbeit mit langfristigen Entwicklungspartnern erlaubt den Entwicklungsteams des Application Development Centers, die notwendige Spezialisierung der Entwickler, die so den Anforderungen von immer größeren Softwareprojekten gerecht werden. Dies stellt ein für Softwareentwickler sehr attraktives und effizientes Arbeitsumfeld dar.
Gleichzeitig bringen die Informatiker des Application Development Centers, aber auch dessen Elektroniker und Regelungstechniker mit praktischer Erfahrung an Maschinen einen hohen Mehrwert für den wichtigsten Beteiligten: das Endprodukt aus dem Bereich mobile Maschinen und Off-Highway-Fahrzeuge.
Weitere Informationen über TTControls Application Development Center finden Sie hier.
[1] https://www.bls.gov/ooh/computer-and-information-technology/software-developers.htm#tab-6
[2] https://www.misra.org.uk/Activities/MISRAC/tabid/171/Default.aspx
