sistemas embebidos - Fundación México

INNOVACIÓN ORIENTADA
PROGRAMA
SECTOR
SISTEMAS EMBEBIDOS
Aceleración de Empresas Tecnológicas
COORDINACIÓN
DE ELECTRÓNICA
SISTEMAS EMBEBIDOS
SECTOR
OPORTUNIDADES DE NEGOCIO
EN EL SUBSECTOR DE ELECTRÓNICA AUTOMOTRIZ
SISTEMAS EMBEBIDOS
INTRODUCCIÓN
Como parte de la estrategia conjunta de la Secretaría de
Economía (a través de su Programa Gacela) y de la
Fundación México - Estados Unidos para la Ciencia A.C.
(FUMEC) para fomentar el desarrollo empresas innovadoras
con visión global, se llevó a cabo un estudio de oportunidades de negocio en Electrónica Automotriz, específicamente en el nicho de Sistemas Embebidos, con apoyo de
consultores de TechBA Madrid.
En este documento se describen algunas de las principales
oportunidades de crecimiento del subsector, además de las
líneas tecnológicas de vanguardia y los estándares requeridos para una empresa que desee incursionar en el mercado
de los sistemas embebidos del sector automotriz.
Los mensajes que encontrarás en este folleto constituyen
una invitación a que te acerques a las redes y servicios que
estamos construyendo para fortalecer tus estrategias de
crecimiento tanto en mercados nacionales como internacionales.
Algunos de los mecanismos que están a tu disposición son el
Programa de Aceleración Internacional TechBA, los servicios
de la Coordinación del Sector Automotriz de FUMEC y el
Sistema de Asistencia Tecnológica Empresarial, que te
facilitan la incursión en estas nuevas oportunidades y el
acceso a apoyos del Programa Gacela.
Para tener acceso al estudio completo, favor de consultar en
el portal de FUMEC, www.fumec.org.
OPORTUNIDADES EN EL MERCADO
DE SISTEMAS EMBEBIDOS
Para fines de este estudio, un Sistema Embebido (o
integrado) es un sistema computarizado especializado que
es parte de un dispositivo o máquina mayor, que cumple
funciones de monitoreo o control. Típicamente, un sistema
integrado está armado en una tarjeta única con un microprocesador y memoria ROM. En la práctica muchos sistemas
que poseen una interfaz digital (relojes, micro-ondas,
automóviles) utilizan sistemas embebidos. Algunos sistemas
embebidos incluyen un sistema operativo, pero muchos son
tan especializados que toda la lógica puede implementarse
en un solo programa.
El sector de los sistemas embebidos se ha convertido en
unos de los más atractivos debido a su clara vocación de
futuro en cualquier ámbito de la sociedad: comunicaciones
móviles, tráfico y transporte (aéreo, autopistas), electromedicina, hogar inteligente, juguetes inteligentes,
electrónica en el automóvil…
Estadísticas conservadoras estiman que para el año 2010 se
doble la inteligencia integrada, llegando hasta los 16 billones
de unidades, unos 3 dispositivos por persona en la Tierra;
que el crecimiento anual entre 1999-2011 sea de un 10,3%,
superior a los previsto para el sector TIC, el más dinámico de
todos los sectores industriales. Este impacto es muy elevado
y afecta a todos los sectores: doméstico, defensa, automoción, medicina, comunicaciones, transporte… sin excepción.
Para Kostas Glinos, director del Programa de Sistemas
Integrados del Programa Marco de la Unión Europea, las
cifras son asombrosas: se estima que más del 90 por ciento
de todos los equipos informáticos se encuentran en sistemas
integrados y no en sistemas de sobremesa.
En términos de valor de mercado, por ejemplo, sólo el sector
automovilístico representa cerca del 5 por ciento del
mercado mundial de semiconductores (unos 200,000
millones de euros en 2005).
Mercado de Tecnologías Embebidas 2007 - 2013
($ Millones)
120,000
100,000
80,000
60,000
40,000
20,000
2007
2008
Hardware embebido
2013
Software embebido
Fuente: BCC Research
Código del reporte: IFTO16C, Publicado: Abril 2009, Analista: Anand Joshi
Mercado Global de Sistemas Embebidos 2003 - 2009
($ Millones)
80,000
70,000
60,000
50,000
40,000
30,000
20,000
10,000
2003
2004
2009
Software embebido
I C embebido
Fuente: BCC, Inc
Tableros embebidos
SECTOR
SISTEMAS
EMBEBIDOS
Utilidad
La interacción del usuario con un dispositivo –desde un
panel interno o desde una aplicación de software en el
sistema– se ha hecho más compleja. A menudo se ha
subestimado la tarea de ocultar esta complejidad al usuario
al crear un dispositivo de fácil uso. Entre las tendencias
tecnológicas se citan los dispositivos logicos programables,
como los PLD y los FPGA (Field Programmable Gate Array),
y los sistemas en chip (SoC).
Más impresionante aún es la forma en que los sistemas
embebidos aumentan el valor de muchos productos. Por
ejemplo, los sistemas integrados representan actualmente
el 20 por ciento del valor total de un automóvil medio y en
2009 este valor fue del 36 por ciento. Ese mismo año, la
electrónica y el software integrados constituyeron el 22 por
ciento del valor de los sistemas de automatización industrial,
el 41 por ciento de la electrónica de consumo y el 33 por
ciento de los equipos médicos. El índice de crecimiento
supera actualmente el 10 por ciento anual en todos los
sectores de aplicación y se espera que en 2020 haya más de
40,000 millones de chips integrados en todo el mundo.
Los retos relativos al diseño de los sistemas integrados
cambian constantemente. Entre estos retos destacan los
esfuerzos por conseguir más rendimiento, menores costos y
tamaños, mejor administración de la complejidad y la
conectividad.
Entre las tendencias está la tecnología SoC de sistemas sobre
chips (Systems on a Chip). El surgimiento de SoC permite que
sistemas extremadamente potentes –hardware y software–
se ejecuten en plataformas configurables que contienen
todos los bloques funcionales de un sistema integrado:
microprocesadores, DSPs, lógica de hardware programable,
memoria, procesadores de comunicaciones y controladores
de displays, entre otros ejemplos. Otras tendencias son las
de los sistemas internos de comunicación inalámbrica y de
los dispositivos integrados, interconectados y autoconfigurables.
Complejidad
Plataformas programables
Hoy día, un sistema integrado puede constar de cientos de
miles de líneas de código de programación. Cada vez más
frecuentemente, los productos incluyen sistemas integrados
complejos, lo que implica capacidad para integrar mejores
prácticas y el desarrollo de plataformas de productos.
Durante los últimos años el diseño se ha concentrado en los
SoC complejos y en la reutilización de componentes
virtuales, el llamado “diseño basado en plataforma”, una
metodología de diseño planificado que reduce el tiempo y el
trabajo requeridos –además de los riesgos inherentes– al
diseñar y verificar un SoC complejo. Para ello se reutilizan
ampliamente combinaciones de hardware y software con
propiedad intelectual.
Conectividad
Actualmente, los sistemas integrados suelen formar parte
de redes distribuidas refinadas, esto es, se integran numerosos dispositivos complejos por medio de buses de campo. La
necesidad de conectar diferentes aplicaciones en los
sistemas para asegurar la información y los servicios en los
dispositivos de campo está impulsando la implantación de
tecnologías ICT estándar, como Ethernet y los servicios web.
Sistemas en chips programables
Sistemas integrados interconectados
Otro importante aspecto de esta evolución son los sistemas
integrados distribuidos, llamados sistemas integrados
interconectados para resaltar la infraestructura de
interconexión y el protocolo de comunicación.
Dispositivos lógicos programables
La competitiva industria del automóvil ha obligado a los
fabricantes de componentes electrónicos a migrar de
microcontroladores y ASICs a matrices de puertas
programables (FPGAs). Los dispositivos basados en
memorias SRAM volátiles son los más comunes, y también
los más económicos de producir, pero necesitan cargar la
información del sistema y mantener su configuración en la
RAM cada vez que se arrancan.
De acuerdo con el estudio de IVC, en el sector de alta
tecnología en la especialidad de sistemas embebidos
(HW+SW embebido) los gastos de investigación y desarrollo
abarcan del 5% al 16% de una empresa en especialidades
como: equipo de redes, defensa y aeronáutica, electrónica
de entretenimiento, automoción y autopartes, instalaciones
industriales y tecnología médica.
También el estudio realizado por la consultora mexicana OIT
en 2009, para desarrollar el Plan de la Red de Sistemas
Embebidos, (coordinada por FUMEC), identifica a los
campos de ingeniería eléctrica y electrónica de consumo,
ingeniería y computación, ingeniería en ciencias de los
materiales, ciencias espaciales, robótica, control y automatización, sector médico (investigación, diagnostico y
tratamiento), como los sectores con mayor concentración
de actividad en sistemas embebidos.
LOS SISTEMAS EMBEBIDOS EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ
Por todos es reconocido que la
electrónica ha transformado y sigue
transformando el sector del
automóvil, y se ha convertido en uno
de los principales factores de
diferenciación.
Debido a la presencia de los microprocesadores, los fabricantes
empezaron a concebir el automóvil
como un sistema integrado y no
como un conjunto de piezas y
sistemas independientes a mediados
de los años 90.
Esta nueva filosofía acortó los ciclos
de producción de los coches y generó
nuevas oportunidades de desarrollo
tecnológico e innovación.
ALTO
Áreas de
Innovación
Futura
Impacto Negocio
Motor/
propulsión
Panel
instrumentos
• Tamaño del mercado
• Crecimiento del mercado
• Sustitución de productos actuales
BAJO
Sistema
dirección
Sistema
Calefacción/AC
Escape
Infotainment
Arquitectura
E/E
Sistema
seguridad
Sistema
frenos
Suspensión
Transmisión
Ventanas
Carrocería
Asientos
Limpiaparabrisas
BAJO
Grado de Cambio Tecnológico
Impacto futuro de la electrónica en la tecnología de sistemas claves del coche
(Fuente: Bueno, JS, TIERNET, 2005)
Sistema
antirrobo
ALTO
SECTOR
SISTEMAS
EMBEBIDOS
Oportunidades para empresas
desarrolladoras de sistemas
embebidos en el sector automotriz.
Las oportunidades de crecimiento giran en
torno a dos grandes clasificaciones:
los proveedores tradicionales y los nuevos
actores.
En el primer grupo se abordan las actividades
de proveeduría, centros de ingeniería y
servicios; dentro del grupo de nuevos actores,
se involucran centros de I+D, informática,
telecomunicaciones y cruce de sistemas
embebidos en otras especialidades como
diseño electrónico y seguridad.
Estructura de gastos para SW embebido en industria
de alta tecnología
Promedio de gastos
I+D+I
18%
(en % de la facturación)
5%
5%
51%
47%
5%
4.5%
10%
59%
60%
41%
40%
100%90% 80% 70% -
Desarrollo de HW
71%
60% -
82%
50% 40% 30% -
53%
49%
20% -
Desarrollo de SW
29%
10% -
18%
Equipamiento Defensa y Electrónica de Automoción y Instalaciones
de redes
aeronáutica entretenimiento transportes industriales
Tecnología
médica
Fuente: The embedded software strategic market intelligence program 2002/2003 from VDC. Thompson databank. BCG.
Los gastos de I+D en Tecnología médica fueron estimados al 10% por la fuente
Aplicaciones de SE para el sector
automotriz en Europa.
De acuerdo con IVC (2009), los mayores desarrollos
de sistemas embebidos en automoción se
encuentran dentro de las siguientes ramas de la
especialidad:
• Sistemas de seguridad en el vehículo
• Telemática, infoteiment y conectividad.
• Body.
• Herramientas de diagnóstico para
talleres.
• Motor
• Simulación, testing y validación.
• Componentes de software y electrónica.
• Software de desarrollo para aplicaciones
de producción.
• Sistemas de integración electrónica.
TIPOLOGÍA DE LAS EMPRESAS
Proveedores tradicionales
Servicios
Componentes
Centros de
ingeniería e
I+D
SISTEMAS
EMBEBIDOS
AUTOMOCIÓN
Nuevos actores
Sist.
Embebidos de
otros sectores
Centros de
I+D
Informática
Telecomunicaciones
Informática
Electrónica
HW
SW
FW
MW
Fuente: IVC 2009
PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS SISTEMAS EMBEBIDOS EN EUROPA (1)
MOTOR
TELEMÁTICA, INFOTAINMENT Y CONECTIVIDAD
SISTEMAS PARA EL AUMENTO DE SEGURIDAD
SISTEMAS PARA EL AUMENTO DE SEGURIDAD
Diesel fuel Management system
Valve control
Fuel supply
Sensors
Ignition
Electronic throttle control (ETC)
Plug-In connections
Hybrid technology
Exhaust emission system
Colling systems
Car to Home Automation System
Sound Systems
Rear Seat Entertainment Systems
Dockable Family Entertainment Systems
Bluetooth or USB connectors
Navigation Systems with dynamic route guidance
Head-Up display
Voice Control
Active Safety Systems:
Increased visibility by lowering H/R using
rearview mirror sensors
Braking systems:
ABS
ESP
Traction control
Electric park brake
EAS
Brake-by-wire
Steering
Electrically powered hydraulic steering
Electrically powered steering belt drive
Electrically powered steering column drive
Speed proportional drive
Drive-by-Wire
Steer-by-Wire
Suspension: Active Roll control
Driver Assistance Systems:
Adaptative cruise control
Lane departure system
Park assistant
Pre crash emergency braking
Roll over prevention
Night Vision
Passive Safety Systems:
Anti-whiplash System
Tire Pressure Monitoring System
Air bag Systems:
Frontal Airbag
Knee Airbag
Side Airbag
Curtain Airbag
Adaptative Airbag Systems
Seat belt systems
Steering wheel systems:
Steering wheel with Integrated
Microphone
Vibrating steering wheel
Contactless home system
Pedestrian protection system
HERRAMIENTAS DE DIAGNÓSTICO PARA TALLERES
BODY
Adaptative Front-Lighting System
Discharge Headlamp System
Sistemas de acceso
Climate Seats
Seats Systems
Mirror Systems
Customizable Interior Lighting
Gateway Modules
Electronically Controlled Seat Folding System
HVOC
Defog/Demist Systems
Wiper Systems
Window/Roof Motors
Advanced suspension systems
PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS SISTEMAS EMBEBIDOS EN EUROPA (2)
SIMULATION / TESTING / VALIDATION:
Electromagnetic compatibility
Enviromental Windtunnel
Vehicle Emissions Testing Diesel/Fuel
Winter Test and Development Site
Fault Tree Analysis
Failure Modes and Effects Analysis
Failure Analysis
Highly Intensive Radiated Field Testing
Highly Accelerated Life Testing
Calibration
Prototypes
Engine & Components
Hybrid Vehicle Development
Fuente: IVC 2009
Transmission & Powertrain
Chassis Dynamometers
In-Vehicle:
Fuel & Lubes
est Information Management
Racing
System and Driveline Analysis
Vehicle Flow Dynamics
Thermodynamics
Durability
Automated Optical & X-ray inspection and n-circuit
Flying Probe & Functional Testing
Tools for Designing and Simulation of embedded
software
METHODS / TECHNOLOGY
Software and electronic components:
•Control Algorithm Design:
•Model-based control algorithms
•Hardware in the loop (HIL) Real
Time Simulation
•Graphical algorithm design with
Matlab/Simulink and ASCET-SD
•Bypass and fullpasss Technology
Software Development for Production Applications:
•Specification of series algorithms
•Verification and Validation
•Software Development using
Matlab/Simulink and ASCET
•Automatic code generation
•ML, SIL, HL
Elctronics Systems Integration:
•Definition, implementation and
verification of communication
networks
•EMC layout and optimization
•HIL - Hardware in the Loop
Simulation
•Automated communication and
software verification using
HIL technology (displace:
ETAS and Vector tools)
•Algorithm design with bypass
technology (ETK/DPRAM and
CCP)
•CAN, TTP and FlexRay Bus
communication
•Graphical algorithm design
with Matlab/Simulink and
ASCET-SD
•FMEA
SECTOR
SISTEMAS
EMBEBIDOS
ESTÁNDARES REQUERIDOS PARA EMPRESAS
QUE DESEEN PARTICIPAR EN MERCADOS
EUROPEOS DE SISTEMAS EMBEBIDOS
De acuerdo con IVC, los estándares a tomar en cuenta son
los siguientes:
• ISO/TS 16949
• AUTOMOTIVE SPICE
• CAPABILITY MATURITY MODEL INTEGRATION
(CMMI)
• NORMAS QS 9000
• VDA 6.2
• ISO 14001
• MODELO EFQM DE EXCELENCIA
A su vez, hay que considerar las principales líneas
tecnológicas que se empatan dentro del estándar AUTOSAR
en Europa y con la normalización requerida por proveedores
de sistemas operativos, diagnosticos, infoteiment y multimedia, diseño de software y protocolos de comunicación.
Las principales tendencias tecnológicas se alinean a los estándares de Autosar
Normalización en:
AUTOSAR
AUTomotive
Open
System
ARchitecture
MSR - Manufacturer Supplier relationship
Relación entre proveedores
OSEK/VDX - “Open Systems and their Interfaces
for the Electronics in Motor Vehicles”
Sistemas operativos
ASAM/ODX
Diagnóstico
MOST Media Oriented System
Infotainment y multimedia
HIS - Hersteller Initiative software
Diseño de software
FlexRay
LIN - Local interconnect network
Protocolos de comunicación
PROGRAMAS DE FUMEC PARA APOYAR
EL CRECIMIENTO DE TU EMPRESA
Analistas
Mentores
empresariales
Canales de
distribución y
mercado
Clientes Beta
Socios
Proveedores
de servicios
FUMEC ha integrado varios programas de apoyo a
empresas innovadoras que pueden apoyar la migración
de tu empresa hacia nuevas áreas de oportunidad:
ECOSISTEMAS INTERNACIONALES
Inversionistas
Conectando
ecosistemas
Corporaciones
Clusters
tecnológicos
Mecanismos
de
financiamiento
Corporaciones
Universidades
Redes
tecnológicas
Universidades
ECOSISTEMAS NACIONALES
Sistemas Regionales
de Innovación
Incubadoras
Mercados
Regionales
Programas estratégicos
(Microsistemas, automotriz,
electrónica, etc.)
Es un programa conjunto de la Secretaría de Economía y de FUMEC,
cuyo objetivo es llevar a compañías tecnológicas mexicanas exitosas a
mercados globales, facilitando su interacción con ecosistemas internacionales para generar ventas, alianzas estratégicas y atracción de
inversión. Actualmente la Red TechBA cuenta con 5 aceleradoras en
Estados Unidos (Silicon Valley, Austin, Arizona, Michigan y Seattle), dos
sedes en Canadá (Vancouver y Montreal) y una en España (Madrid).
COORDINACIONES
SECTORIALES
Las Coordinaciones Sectoriales de FUMEC articulan programas en
nichos estratégicos que representan una oportunidad para que México
desarrolle empresas relacionadas con industrias emergentes de alto
potencial. Para ello, identifican y perfilan empresas que pueden
desarrollarse dentro de estos nichos y colaboran con expertos y con
instituciones de apoyo nacionales e internacionales, para armar
mecanismos y redes que permitan desarrollar talento especializado,
generar innovación, incubar nuevas compañías, fortalecer a las
existentes y monitorear en forma sistemática capacidades, tendencias,
oportunidades y retos.
El Sistema de Asistencia Tecnológica Empresarial (SATE) es un programa
con apoyo de la Secretaría de Economía y gobiernos y organizaciones
estatales que busca: ayudar a empresas de alto potencial para que que
instrumenten su estrategia de crecimiento basada en innovación. El
SATE se apoya en las coordinaciones sectoriales para ayudar a que cada
empresa desarrolle su estrategia de migración hacia el nuevo nicho;
cuenta con herramientas de diagnóstico y planeación, así como de
articulación con actores locales, nacionales o internacionales, con objeto
de fortalecer la capacidad de la empresa para operar en mercados en
crecimiento, con mejores productos y servicios y con mejores modelos y
prácticas de negocio.
INNOVACIÓN ORIENTADA
PROGRAMA