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-お客様のお悩みに合わせて、モデルベース開発の標準的な品質の成果物をご提供いたします-
組み込みシステム開発で注目されているモデルベース開発(MBD=Model Based Development)とは、設計工程でコンピューター上に作成する「モデル」を用いることで、物理的なハードウェアを用意せずにシミュレーション検証を行いながら複雑な組み込み開発を進めていく手法です。
具体的には、制御システムの挙動や仕様書を、MATLABやSimulinkといったツールを使用して「モデル」として形式化します。このモデリングを基にシミュレートすることで、ソフトウェアの妥当性や制御の動作を上流工程で確認・検証します。 モデルベース開発(MBD=Model Based Development)は、特に車載システム開発において普及が顕著です。ハードウェアを用意せず、ソフトウェアを用いて仮想環境で現実と同様のモデルを作成し、そのモデルをベースにシミュレーション機能を活用することで、自動車の開発期間の短縮と、品質を向上させるメリットを享受できます。
専門的には、MILS とHILS を取り入れて挙動を検証します。MILS(Model-in-the-Loop Simulation)は、ソフトウェアのみでのシミュレーションを指し、HILS(Hardware-in-the-Loop Simulation)は、このモデルをハードウェアと組み合わせて試作せずに実機同等の検証を行う方法です。これにより、開発プロセスでの「戻り」、つまり修正や再設計の工数の増大を抑えつつ品質向上を図ることができます。
組み込み制御システムの複雑性が高まる中、MBD手法の有効性は増しています。エンジニアリングの初期段階で問題を特定し、ソフトウェアとハードウェアの相互作用を確認することで、全体の品質向上と効率化を実現させるベースとなるからです。
自動運転制御の開発が進む自動車業界だけでなく、医療機器開発やロボット開発など、幅広い先進分野での活用も期待されています。
モデルベース開発についてもっと知る
富士ソフトはMathWorks社アライアンスパートナーであり、MathWorks社製品ユーザ/ライセンス数 ITベンダーで断トツトップの実績を誇ります!是非、 MathWorks社製品を用いた開発は富士ソフトにお任せください。
Webサイト:モデルベース開発 自動化ソリューション
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富士ソフトは、モデルベース開発の上流から下流のフェーズまでご支援いたします。当社は自動車業界を中心に様々なモデルベース開発の実績があります。モデルベース開発のメリット・デメリット、具体例に関するご相談もお気軽にお問い合わせください。 モデルベース開発(Model Based Development)は、特に自動車産業や宇宙産業、産業用ロボットの分野で急速に普及しています。この方法では、システム設計の初期段階から、数式やフローチャートを使用してシステムの挙動を定義し、抽象的なモデルを作成します。モデルはシミュレータで「動く」プロトタイプとして再現され、物理現象やエンジンのような特定のハードウェア(hardware)の挙動を細かく網羅してシミュレーション(simulation)を行います。
MBDを導入している方も、これからMBDを導入しようとしている方にも、お客様のお悩みに合わせて、MBD(モデルベース開発)の標準的な品質の成果物をご提供いたします。
モデルベース開発に関連する作業の自動化および効率化もご相談ください。 MATLAB/Simulink製品ファミリー向けに作業の自動化や作業の効率化、レポートカスタマイズ、品質の均一化のためのソリューションを提供いたします。
制御設計やMBSE、MBD、オートコード、組込ソフトウェア開発の上流から下流まで様々な工程においてモデルベース開発関連の対応が可能です。品質向上や効率化に向けて自動化システムやHILSも構築いたします。
モデルベース開発の工程や制御対象により、様々な技術力が必要となります。 富士ソフトはモデルベース開発の中でも特に6つの領域に注力しています。
実績を見る
制御工学の知見を有したエンジニアが対象制御装置の制御設計をご支援いたします。お客様が制御設計のコアな作業に注力できるように、制御モデルの作成から、実験データの分析、期待する制御信号を出力するためのモデル設計をします。
MBSEやMBDのプロセス構築のコンサルティングや、システムズエンジニアリングに準じたSysMLモデルを作成します。対象システムを詳細に分析し、ステークホルダー間で共有可能な、可読性の高い成果物を作成・実装します。
対象システムにおけるモデルベース開発を実施します。 作業の自動化やデータの可視化のためのMATLABスクリプトを開発し、効率的に作業を進めます。
制御仕様モデルから組込C開発まで、一連の作業を実施します。 様々な組込C開発の実績を活かし、最適なコードを自動生成する環境を構築します。
Git/JenkinsによるCIサーバ環境を構築し、MATLAB/Simulink製品ファミリやMATLABスクリプト、効率化ツール操作の自動化を実施します。 HILSを含めたモデルベース開発の作業プロセスを自動化することで、作業工数や人的ミスの低減を実現します。
HLS環境構築(部品調達、組み立て)やHILS環境を利用したシステム検証(テスト仕様作成、システム検証、データ解析)をトータルでサポートします。
・打合せベースで、曖昧な要求から仕様を理解/整理して、制御モデルを開発 ・モデルから仕様書へのリバースエンジニアリングやトレーサビリティの確保 ・部品化・再利用性の高いモデルへリファクタリング など
モデルベース開発に関して問い合わせる
モデルベース開発に関連する開発環境、開発ツールなど、関連する様々な実績を有しております。 例えばMATLAB/SimulinkのMILS・HILSです。以下はその一部を抜粋したものとなります。
※MATLAB/Simulinkプロダクトファミリの製品名は、The MathWorks, Inc. の商標または登録商標です。その他のブランド名や製品名は、それぞれ各社の商標または登録商標です。
このアプローチの大きな利点(メリット)は、実装前に机上でシステムの挙動を確認し、エラーや意図しない挙動を早期に発見できることです。コーディングやプログラミングの段階に進む前に、意図的な仕様のすり合わせや、フィードバックを基にした修正が可能です。これにより、製造業やIoT、グローバル市場での品質向上が期待されます。 特に規制が厳しい自動車産業や宇宙産業では、MATLAB/Simulinkでモデリングし、MILSやHILSなどのシミュレーションで挙動の妥当性を検証することで、精度の高いシステム設計が可能となります。また何度もの「戻り」や大幅な修正を減らすことができるため、莫大なコスト削減や時間の短縮が期待できます。
モデルベース開発 車載ECU開発
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モデルベース開発 モデルベースシステムズエンジニアリング 車載ECU開発
モデルベース開発 自動化ソリューション 車載ECU開発
モデルベース開発(MBD)と従来の組み込み開発の違いについては、自動車(車両)産業や航空分野、医療機器開発など多様な市場ニーズを考慮に入れる必要があります。
従来の組み込み開発では、テキストやフローチャートで作成された紙の仕様書からコーディングを行い、そこではじめてハードウェア(hardware)での検証を行います。これまでの制御システム開発プロセスは、ハードウェアとの依存関係が大きい、といえます。最終的な検証テストにはハードウェアが必要なので、何回かの試作を繰り返しながら開発を進める必要があります。またハードウェアの完成が遅延すると、ソフトウエア検証工程にも影響をおよぼします。
一方モデルベース開発では、MATLAB/Simulinkなどのツールを用いて、コンピューター上のモデルからシミュレーションを駆使し開発を行います。これにより開発と検証を同時並行的に進めることができ、上流工程の効率化が可能となります。
モデルベース開発のシミュレーションとしては、HILSやMILS、SILSなどがあります。これらを用いることで実機を用いたテストなしに、ソフトウエアの挙動やシステムの動作を仮想上で再現することが可能となります。
そのため複雑な組み込みシステム開発の効率化・短時間化が実現可能となり、大幅な開発期間の短縮効果が期待できます。開発サイクルの短化が求められる自動車業界では、頻繁なマイナーチェンジや新型車の登場、ADASや自動運転などの制御システム開発がこれを象徴しています。
モデルベース開発の需要が日に日に増大しています。モデルベース開発は設計段階(アーキテクチャ)でシミュレーションを活用できるため、開発プロセスとして定着すれば、①設計品質の向上、②後戻り工数の削減、③自動コード生成による人的ミスの低減効率化、④検証工程の効率化短縮、⑤試作回数の削減により、開発期間の短縮効果が大きくなります。
設計段階で妥当性検証を行えるため、試作回数や手戻りが低減され、開発スピードの向上が期待できます。制御システム開発などの上流工程において、ステークホルダーのニーズを満たしているかを確認できることは、開発者の不安を払拭できるだけでなく、開発のスピード化・効率化にもつながります。 従来の組込み開発プロセスでは、システムが完成するまで妥当性の検証ができませんでした。しかしモデルベース開発では設計しながらシミュレーションを行うことができ、これにより試作回数や手戻り低減が期待できます。 アジャイル開発的にシステム設計・ソフトウェア設計段階の早期にシミュレーションを繰り返し、試作(プロトタイピング)段階の戻しやエラーを削減することで、開発スピードを速められるのがモデルベース開発のメリットです。この場合、仮想のプラントモデルが用いられます。
モデルベース開発ではシミュレーションにより意図的に故障注入が可能です。故障注入(Fault Injection)とは、制御システム欠陥を意図的に作成することです。 ハードウェアに欠陥をあえて加えるのは、コスト的にも時間的にも簡単なことではありません。ただ、ソフトウエアであれば比較的簡単に行うことができます。 モデルベース開発は、設計段階でさまざまな故障や欠陥をシミュレーションで検証できるため、品質の向上が期待できます。これは、医療機器や航空分野でも利用されています。
モデルベース開発で作成した「モデル」は今、開発ならびに技術継承に使える企業の資産となります。再利用は従来型よりモデルベースの方が圧倒的に有利です。従来の組込みシステム開発でもソフトウエアの資産化は行われていましたが、「モデル」は仕様書としての機能や動作の検証機能がセットになっているため、コードの解読・再利用にかかる時間とコストを削減できるからです。特に自動車産業や航空分野では、再現性と精度が求められるため、モデルベース開発のメリットが大きいと言えます。
モデルベース開発は、従来のV字モデル(ソフトウェア開発の流れをV字で可視化したモデル)の左側でモデルを作成しシミュレーションを行う必要があります。エンジニアリングの一環として、シミュレーションにより妥当性の確認を実行することができますが、従来の開発プロセスに比べると工数が増大します。理由は、ソフトウェアとしての「制御するモデル」とは別に、ハードウェアとしての「制御されるモデル(プラントモデル)」を作成する必要があるからです。この場合、HILやMIL、SILSといった手法が採用されます。
モデルベース開発では、新たに制御対象となるハードウエアのプラントモデルの作成が必要となります。そのためモデルベース開発に取り組むなら、教育・研修制度や人員体制の見直しが不可欠です。もしくは、モデルベース開発を委託する必要があります。 モデルベース開発は、従来の組込み開発に比べ、対応環境やツールの利用率が高くなります。そのため従来の設計者では、モデルベース開発のための対応環境や開発ツールの技術習得に時間がかかるのです。特に、実機の制御システムを開発する際には、モデリングやSysMLsysmlのようなツールの利用、さらにはソフトウエア開発のスキルが必要になるため、教育・人材育成には大きな工数が必要となります。
ACGは、モデルベース開発で作成された制御モデルをもとに、CやC++などの実装コードを自動生成する仕組みです。手動コーディングによる人的ミスを抑え、一貫したコード生成を実現することで、開発効率や品質を向上させます。例えば、Simulinkなどで作成された制御モデルから、制御ロジックのコードを自動生成し、実機ECUへの組み込みやSILSでの検証に活用できます。ACGは、モデルと実装コードの整合性を保つだけでなく、設計変更時にも迅速にコードを更新できるため、開発サイクルを短縮する重要な技術です。
ILSは、開発中のECU(電子制御ユニット)などの実機ハードウェアをループ内に組み込み、仮想的な環境で制御対象のシミュレーションを行う手法です。実機ハードウェア(リアルタイムシミュレータ)を使うことで、ソフトウェアとハードウェア間のインターフェースを含む挙動を検証できます。例えば、自動車のECU開発では、車両全体の挙動を仮想化し、ECUが受け取るセンサ信号をシミュレーション装置がリアルタイムで生成することで、走行条件のテストや異常時の挙動検証を安全に実施可能です。HILSは、一部をシミュレータに置き換えて、物理試験の前にバグを検出する役割を担い、実環境でのテスト工数削減や品質向上に貢献します。
MILSは、制御対象のモデルと制御ソフトウェアのモデルをループ内で接続し、ソフトウェア設計の初期段階で機能検証を行う手法です。物理的なハードウェアの準備が不要なため、開発の早期段階からシミュレーションを繰り返し行えます。例えば、車両制御ソフトウェアのアルゴリズムを開発する際に、車両モデルと制御モデルを組み合わせて仮想環境で動作確認を行うことができます。MILSは、物理的なハードウェアが不要なため、コストを抑えながら制御ロジックの動作確認やパラメータ調整を行えるのがメリットであり、開発の初期フェーズで多用されるアプローチです。
SILSは、制御ソフトウェアの実装コードをモデルに置き換え、制御対象のモデルと接続して動作を検証する手法です。MILSとの違いは、制御ソフトウェアのモデルではなく 、実際に書かれたソフトウェアコード(Cコードなど)を使う点にあります。SILSを通じて、モデルで設計した制御ロジックがコード化された後も期待通りに機能するか確認できます。例えば、制御アルゴリズムをCコード化した段階で、車両モデルとのインタラクションを仮想的に再現し、シミュレーション結果をモデル段階と比較します。ソフトウェアとモデルの整合性を保つ重要なステップです。
RCPは、制御アルゴリズムの試作や評価を迅速に行うために、ターゲットとなる制御機器に近い実機ハードウェア上でアルゴリズムを実行する手法です。専用のプロトタイピング装置(高性能なリアルタイム制御装置など)に制御ソフトウェアを実装し、実環境やテストベンチで動作確認をします。ハードウェア依存性を含めて制御アルゴリズムの動作検証を早期に行えるため、開発の初期段階での試作検証に有効です。実機環境に近い条件での動作確認を通じ、制御パラメータの調整や改良をスピーディに進められます。
“見積もりがほしい”、”こんなことはできるのか?”、”詳しい実績がしりたい”、”この技術は対応できるのか?” そんな時は、質問だけでも結構です。お急ぎの場合も迅速に対応させて頂きますのでお気軽にお問い合わせ下さい。
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