0. Avoin laitteistokehitys - OSHW

Muunnossähköajoneuvojen suunnittelu Open Source periaattein – tuotekehitystä ja tuotantoa materian ja määräysten kahleissa

Yleistä taustaa sähköajoneuvo-muunnostoiminnasta

Tämä esitys käsittelee muunnossähköajoneuvojen suunnittelua Open Source-periaattein liittyen lähinnä Sähköautot – Nyt! -yhteisön toimintaan. Sähköautot – Nyt! (http://www.sahkoautot.fi) on avoin yhteisö, jonka ideana on kehittää muunnossähköajoneuvoja avoimen tiedon (open source) periaatteilla.

Yhteisön toimintaidea: yhteisö toimii avoimena sähköajoneuvojen asianharrastajien ja asiantuntijoiden verkostona sekä kansalaisliikkeenä.

Yhteisön tavoitteet: kehittää muunnossähköajoneuvoja ja erilainen sähköajoneuvojen käytön edistäminen.

Termejä

Sähköajoneuvo: varastoidun sähkön voimalla liikkuva ajoneuvo. WP: Sähköauto
- Alunperin sähköajoneuvoksi suunniteltu ajoneuvo
- Muunnossähköajoneuvo (konversiosähköajoneuvo): käyttövoimaltaan muutettu ajoneuvo, uudessa rungossa (tehdasmuunnossähköajoneuvo) tai käytetyssä rungossa
Hybridiajoneuvo: ajoneuvo, jonka voimanlähteenä on useampi erilainen moottori - yleensä sähkö- ja polttomoottorit. WP:Hybridiauto
- Plug-in-hybridiajoneuvo (pistokehybridi): verkosta ladattava hybridiajoneuvo. WP:Plug-in-hybridiauto
Polttomoottoriajoneuvo: fossiilisella polttonesteellä tai biopolttonesteellä toimiva ajoneuvo

Tuotteen vaiheet
- Ideointi: Tuotteesta on perusidea ja tuotteelle määritellään perusominaisuudet.
- Tuotekehitys: Tuotetta: esim. elektroniikka-, sähkö- ja mekaniikkasuunnittelu. Tuotekehitysvaiheessa syntyy paljon kustannuksia - joudutaan investoimaan tuotteeseen ja sitomaan paljon rahaa.
- Tuotanto ja myynti: Yleensä laitteita tehdään teollisena sarjatuotantona. Tällöin tuotteen myynnistä saadaan rahaa.

Tuotannonvälineet: tuotannon pyörittämiseen tarvittavat laitteet ja asiat. Koostuu seuraavista asioista
- Tilat, toimintaympäristö ja infrastruktuuri
- Työkalut ja erityisosaaminen
- Tuotantolaitteet

OSHW: Open Source HW, avoin laitteisto / avoin laitteistokehitys. WP:Avoin laitteisto

Standardi: jonkin organisaation esittämä määritelmä siitä, miten jokin asia tulisi tehdä. WP:Standardi

Ansaintalogiikka: looginen mallia tai suunnitelma, jolla palvelusta tai tuotteesta on tarkoitus saada kannattava. Ansaintalogiikat, Lenita Nieminen

Suunnittelu

Avoin suunnittelu voi tuottaa monialaisten yhteisössä toimivien henkilöiden toimin avoimia suunnitelmia.

Alla on avoimen toiminnan vertailua suljettuun suunnitteluun yrityksissä.

Open Source Suljettu yritystoiminta
Mahdollisimman moni taho voi osallistua. Toiminta on suljettu tiukasti yrityksen / yritysryhmän sisään.
Tuotteen ominaisuudet ovat jatkuvan keskustelun alaisina Tuotteen ominaisuudet salaisia tuotteen julkistamiseen asti.
Suunnitelmia jaetaan eri kehityisvaiheissa vapaasti tutustuttavaksi, käytettäväksi ja kommentoitavaksi. Ideoiden ja tiedon salaaminen ja suojaaminen estetään. Suunnitelmat ovat yleensä kaikissa vaiheissa ehdottoman salaisia. Ideat suojataan.
Päätökset linjoista tehdään yhteisöllisesti. Merkittävimmät päätökset tehdään yritysjohdossa sidottuna yritystalouteen.
Avoimessa ympäristössä ei ole käytössä kaikkia suunnitteluvälineitä, jotka vaativat myös erityisosaamista ja investointeja. Yrityksellä on käytössään suunnitteluvälineet (tuotannonväline), jotka vaativat erityisosaamista ja investointeja.

Materian aiheuttamat rajaukset suunnittelussa: Avoimen suunnittelun suunnitelmien todentamista ja testaamista voidaan tehdä vain rajoitetusti, esim. ohjelman testaus on mahdollista vain oikeassa laitteistoympäristössä.

Katso myös Sähköautomuunnosten suunnittelu ja sarjatuotanto

Tuotanto

Avoimin periaattein suunniteltujen komponenttien tuotanto tarvitaan, jotta edellä mainittuja komponentteja saataisiin käyttöön ajoneuvojen muuntamiseen sähköisiksi.

Alla on avoimen toiminnan vertailua suljettuun suunnitteluun yrityksissä.

Open Source Suljettu yritystoiminta
Moni tuottaja voi tuottaa kilpaillen keskenään samojen (samankaltaisten) tuotteiden valmistamisessa, jotka on tarkoitettu samaan käyttöön. Moni tuottaja kilpailee omien erilaisten tuotteidensa avulla.
Tuotantoon järjestetään yhteisöllisesti jotenkin sopiva tapa ansaita tuotannosta ja kaupasta kohtuullisessa määrin Yritykset pyrkivät maksimoimaan voitot omilla tuotteillaan, joilla pyrkivät erottumaan kilpailijoistaan.

Materian aiheuttamat ongelmat tuotannossa: Avointenkin komponenttien tuotantoon tarvitaan tuotantolaitoksia. Komponenttien tekemiseen liittyy toiminnan valvontaa ja monia hyväksyntöjä.

Ongelmia ansaintalogiikassa: Avoimen tuotekehitysmallin mukaan toimivien on vaikeaa saavuttaa uskottavuutta, koska avoimiin ideoihin ja avoimeen tuotekehitykseen ei luoteta. Uudesta avoimesta toimintamallista ole laajoja hyvin toimivia esimerkkejä. Esim. tuotannollisen toiminnan käynnistämiseen voi olla vaikea saada rahoitusta. Uuden mallin ansaintalogiikka on pystyttävä perustelemaan uskottavasti. Tukirahoitukset eivät useinkaan salli täysin avoimen kehityksen tukemista.

Asiaa on tarkasteltava eri toimijoiden ja eri alueiden kannalta, koska avoimen suunnitelman tuotanto siirtyy helposti halvimman mahdollisen tuotannon maihin. Rahoittajilla voi olla myös varsin erilaisia tavoitteita ja motiiveja.

Katso myös Sähköautomuunnosten suunnittelu ja sarjatuotanto

Muunnostoiminnan osa-alueet ja niihin liittyvät mekanismit

Sähköajoneuvomuunnostoiminnassa on hyvin erilaisia teknisiä osa-alueita. Toimintaan liittyvää tietoa ja suunnitelmia voidaan luokitella esim. seuraavasti:

  • Yleinen avoin tieto muunnostoiminnasta, muunnosajoneuvon rakenteen standardit
  • Ohjelmisto (SW)
  • Tilauksesta suunnitelman mukaan tilattavat osat (HW)
  • Osat, joiden valmistamiseen tarvitaan erityinen tuotantomenettely (HW)

Tarvittavia eri alueita voidaan kehittää avoimella periaatteella hyvin eri tavoin. Helpoimpia ovat avoin tieto ja standardit, vaikeimpia taas osat, joiden valmistaminen vaatii tuotantomenettelyt ja useissa tapauksissa erityisiä hyväksyntöjä ja tuotannonvalvontaakin.

Avoin yleinen tieto muunnostoiminnasta ja muunnoksen rakenteen standardointi

Sähköajoneuvojen muunnostoiminnan tietoja voidaan kerätä avoimella toimintamallilla esim. Wiki-tekniikalla. Sähköajoneuvomuunnosten rakenteita voidaan vakioida avoimiksi standardeiksi.

Esimerkkejä muunnostoiminnassa: SähköautoWiki
Vertailukohta: Wikipedia

SW

Muunnetun sähköajoneuvon moduulien mittaus- ja ohjausohjelmia voidaan kehittää avoimella toimintamallilla, mutta ohjelmien testaamiseen on oltava ohjausmoduulit ja niiden anturit ja toimilaitteet tai mieluimmin kokonainen ajoneuvo. Upotetun SW laadun ja luotettavuuden vaatimukset ovat kuitenkin toista luokkaa kuin tyypillisten PC-ohjelmien vaatimukset.

Esimerkkejä muunnostoiminnassa: eECUn ohjelmisto
Vertailukohta: Linux

HW – Tilauksesta suunnitelman mukaan halutussa paikassa valmistettavat osat

Osa muunnossähköajoneuvon osista voidaan valmistaa avoimena kehityksenä tehtyjen suunnitelmien avulla. Usein tällaisissakin osissa voi tulla ongelmia laadunvalvonnan kanssa – esim. mekaanisten osien lujuudet.

Esimerkkejä muunnostoiminnassa: Akkulaatikko

HW – Erityisen, kiinteän tuotantokojeiston tarvitsevat osat

Osa muunnossähköajoneuvon osista vaatii valmistamiseen erityiset tuotantojärjestelyt. Esim. elektroniikkakomponentit tarvitsevat hyväksynnän, laajat tuotantojärjestelyt testausjärjestelmineen ja laadunvalvonnan. Ilman jotakin suljettua osuutta komponenteissa toimivaa ansaintalogiikkaa on vaikea löytää ja kukaan ei kiinnostu tuottamaan tällaisia komponentteja.
Avoin ohjelmisto suljetussa laitteessa tuottaa erityisiä ongelmia, jotka ovat ratkaistavissa vain joidenkin tarkkojen rajapintojen avulla (avoin standardi).

Esimerkkejä muunnostoiminnassa: BMS

Vaihtoehtoina avoimet tuotantodokumentit / avoimet standardit ja avoimet rajapinnat komponenttien välillä

Osassa muunnossähköajoneuvojen komponentteja tulee vakavia ongelmia saada avoimten suunnitelmien periaatetta toimimaan.
Avoimet standardit eivät sen sijaan ole materian kahleissa. Ne eivät kärsi viranomaisvaatimuksista, jos ne ovat luonnostaan viranomaisvaatimusten täyttämiseen ohjaavia. Toimintaa tukemassa voi olla myös paljon avointa tietoa muunnostoiminnassa huomioitavista asioista.

Katso myös "Open standard" Wikipediassa

Mitä avoimet standardit sähköautossa voivat esimerkiksi olla?

Standardit voivat olla rajapintojen määrittelyä, rakenteiden kuvausta sekä minimi- ja lisävaatimuksien määritelmiä. Standardi voi olla avoin siinä mielessä, että se kirjoitetaan ja sitä ylläpidetään yhteisöllisesti ja avoimen lähdekoodin periaattein. Avoin standardi on saatavissa vapaasti netin välityksellä käytettäväksi ja sen sisältöä voidaan kommentoida yhteisöllisesti. Avoimessa kehityksessä on tärkeintä rajapintojen pysyminen avoimina.

Esimerkkejä:
- Mekaaniset kiinnityskohdat
- Mittaus- ja ohjaustoimintojen jako moduuleihin ja moduulien signaalit.

Erityiskysymyksiä sähköajoneuvojen avoimessa kehittämisessä

Rajanveto avoimuuden ja suljetun yritystoiminnan välillä

Käytännössä on pakko käyttää yhdistelmää avoimuudesta ja suljetusta toiminnasta, jossa avoimuuden rajat on määritelty ja sovittu. Tähän ajavat etenkin:
- Tuotevastuu (tuotevastuulaki)
- Hyväksynnät ja vaatimus valvotusta tuotannosta

Ristiriitoja tulee helposti myös siitä, mistä työstä maksetaan ja mistä ei. Yksi perusratkaisu tähän on pitää selvästi erillään jollekin yritykselle suljettujen asioiden kehitys ja näistä maksetaan käypä korvaus. Ilman korvausta (tai minimaalisilla kulukorvauksilla) tehdyn työn tuloksia taas voidaan julkaista avoimena.

Hyväksynnät

Ajoneuvopuolella on pakollisiin akkreditoitujen laitosten testeihin perustuvia vaatimuksia paljon. Yhtenä hankalana esimerkkinä hyväksynnöistä on EMC-vaatimukset (direktiivi 2004/104/EY ja vanhemmat versiot).

Lisenssit

Avoimessa laaja-alaisessa laiteprojektissa, kuten sähköauto, on paljon erilaista materiaalia, joka luonnostaan tarvitsee erilaisia lisenssejä:

  • Tietous ja periaatteet
  • Rakenneperiaatteet
  • Standardit
  • Ohjelmisto, jossa on kaupallisia osuuksia
  • Rakennepiirustukset - rakenteessa kaupallisia osia ja kaupallista tuotantoa (tuotteilla hyväksyntöjä ja tuottaja hoitaa tuotevastuuta)

Usein tarvitaan avoimia lisenssejä, joihin pitää olla mahdollisuus lisätä suljettuja osuuksia.

Erilaisia vapaita lisenssejä:

Avoimeen kehitykseen ja lisensseihin liittyviä organisaatioita:

Tuotevastuu

Suomessa tuotevastuuta koskee EU-direktiivi 85/374/ETY ja tuotevastuulaki 694/1990.

Säätiö

Voisiko hallita jotakin hyväksyntää?

Muita esimerkkiprojekteja, materiaalia

WP:Open-source hardware
WP:Arduino - prosessorikortti
WP:RepRap Project - "3D-tulostin"
WP:Aras Innovator - PLM-ohjelmisto
WP:AUTOSAR - avoin ohjelmointiympäristö ajoneuvojärjestelmiin

Avoimiin osiin ei ole projekteissa kuitenkaan haettu (jouduttu hakemaan) viranomaishyväksyntöjä.

WP:Talkoistaminen

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License