自動車業界を中心としたモデルベース開発の動向 2013年5月17日（金） ISIT 第13回カーエレクトロニクス研究会 於：日本自動車会館（東京・芝） MathWorks Japan インダストリーマーケティング部 飯野 浩道 © 2013 The MathWorks, Inc.1 アジェンダ はじめに モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか？ – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化、規格化 – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 まとめ 2 会社紹介 MathWorks 創業 本社 ユーザー数 従業員数 1984年 米国 マサチューセッツ州 Natick 175か国以上で100万人以上 MathWorks Japan 設立 2009年7月1日 オフィス 東京、名古屋、大阪 従業員数 事業内容 – 製品販売 クリーブ・モーラー (Cleve Moler) ジャック・リトル (Jack Little) – 技術サポート提供 – トレーニング、コンサルティング提供 – コミュニティサポート等 3 MathWorksの海外展開 北 米 アメリカ（ボストン、デトロイト、ロスアンゼルス） 欧 州 イギリス（ケンブリッジ） ドイツ（ミュンヘン、アーヘン） フランス（パリ、グルノーブル） スイス（ベルン） オランダ（アイントホーフェン） スペイン（マドリード） イタリア（トリノ） スウェーデン（ストックホルム） アジア 日本（東京、名古屋、大阪） 韓国（ソウル） オーストラリア（シドニー） 中国（北京、上海） インド（バンガロール、ニューデリー、プネ） ※上記に記載のない国では、販売代理店を通じてサ ポートしています。 4 ソーシャルアプローチ 5 アジェンダ はじめに モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか？ – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化、規格化 – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 まとめ 6 モデルベース開発とは Tech-On！日経エレクトロニクスサイトから • ソフトウエアを開発する際に，ソース・コードを中心にした開発ではなく、設計図（モ デル）を中心にした開発のこと。 IT MONOist サイトから • 従来のソフトウェア開発のようなソースコードによる開発とは異なり、開発の初期段階 で実現すべき機能を設計図・モデルで作成し、開発の上流工程から下流工程にお いて、これを検証しながら開発プロセスを進めていく開発手法のこと。 開発の上流からモデルを活用し、シミュレーションと検証を繰り返し ながらバグを排除、モデルの精度を向上する。 そのモデルからC ソースコードを自動生成していく。 7 モデルベース開発の利点（お客様講演から） MBD利点のまとめ 修正ループの短縮や情報伝達のオーバヘッド低減の他にも利点がある 1. 改善ループを早く回すことができる ⇒ 実機を使わず設計検討が何回でもできる ⇒ サプライヤを巻き込んだソフト試作を必要としない （VVEL制御の適用事例） 2. 情報伝達の付帯作業や解釈ミスを減らせる ⇒ モデルが設計情報の媒体となる（制御の図面化） 3. 早く、正しく制御設計ができる ⇒ 制御開発に特化したツールを活用できる （Sliding Mode A/F Feedback制御の適用事例） 4. 品質が安定する ⇒ Quality Gateの通過条件が定量的になる 1 JMAAB Open Conference 2009 © 2009 NISSAN MOTOR CO., LTD. 日産自動車・柿崎様： JMAAB Open Conference 2009 2009/10/27 8 モデルベース開発の利点（お客様講演から） MBD応用開発のメリット 従 来 評価計画 現 在 評価計画 評価準備 評価準備 評価 車両評価へ プログラム 車両評価へ VRS+RPCでの システム制御開発例 研究･先行開発では､開発時間が従来の1/5程度に短縮｡ 1. 適合環境が極めて短時間で構築可能 2. 再利用性が高く､他プロジェクトの成果を展開可能 3. 再現性が極めて高く､相対評価指標として活用可能 但し､車両として実走するにはまだたくさんの課題が･･･ 2007/11/1 JMAAB Open Conference All Rights Reserved by JMAAB ヤマハ発動機・迫田様： JMAAB Open Conference 2007 1 9 アジェンダ はじめに モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか？ – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化、規格化 – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 まとめ 10 モデルベース開発の効果（コスト面から） 2011年調査 開発コスト削減 36.6％ 2010年調査 開発コスト削減 31.8％ 11 モデルベース開発の効果（アンケート回答状況） 回答：業界 World market North America Europe Asia Industrial Automation Telecom/Datacom Automotive Medical Systems Engineering Mil/Aero 回答：職種 Dashboard TOTAL All respondents 560 No answer 28 Those answering 532 H/W developer/engineer 16.2 % S/W developer/engineer 27.3 Systems developer/engineer 14.1 Systems Architect 7.7 Firmware developer/engineer 8.8 S/W engineering manager 3.9 S/W development manager. 3.9 H/W development/engineering mgr. 7.9 Other 7.1 出展：Model-Based Design in Practice – A Survey of Outcomes for Engineers and Business Leaders/Embedded Market Focus S 12 モデルベース開発の効果（ROIの試算（2011年）） オンデマンド Web セミナー: 「Model-Based Design in Practice: A Survey of Outcomes for Engineers and Business Leaders」 出展：Model-Based Design in Practice – A Survey of Outcomes for Engineers and Business Leaders/Embedded Market Focus 13 モデルベース開発の効果（同 2010年） Source: Embedded Market Forecasters Study, 2010 14 アジェンダ はじめに モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか？ – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化、規格化 – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 まとめ 15 電子制御開発においてOEMの範囲が増えている OEM サプライヤ 要求仕様 機能開発 1990年代 Prj1 Prj2 NOW Prj3 Prj4 なぜ内製が増えている のか？ • 知的財産の権利保護 • 製品差別化 • 開発のスピードアップ • モデルの再利用促進 • OEMのスキル向上 詳細設計 アプリケーション コード BIOS / RTOS / COMM ECUハードウェア 統合 キャリブレーション バリデーション 16 モデルベース開発による OEM／サプライヤーの分担範囲 パターン1 OEMによる内製開発：実行可能な仕様書モデルから、量産向けコード生 成まで 17 モデルベース開発による OEM／サプライヤーの分担範囲 パターン2 OEM → 挙動を含む実行可能な仕様書モデルを開発 サプライヤ → データタイプや他のスペックを含む詳細モデル作成、量産向け コード生成、コード検証、HW/SWの統合 OEM 18 モデルベース開発による OEM／サプライヤーの分担範囲 パターン3 OEM → 挙動を含む実行可能な仕様書モデル、データタイプや他のス ペックを含む詳細モデル作成 サプライヤ → 量産向けコード生成、コード検証とHW/SWの統合 OEM 19 アジェンダ はじめに モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか？ – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化（AUTOSAR）、規格化（ISO26262） – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 まとめ 20 標準化と規格化 (AUTOSAR) AUTOSARコアメンバー各社の展開予定 コアメンバー企業の多くが、ここ2-3年内に新規プラット フォームにおいてAUTOSARを適用すると宣言している。 Bernd Kunkel, AUTOSAR Open Conference 2011 21 標準化と規格化 (AUTOSAR) AUTOSARコアメンバー各社の展開予定 AUTOSAR適用されたECUの数は、2016年までに現在 の3倍に増えると予測されている。 Bernd Kunkel, AUTOSAR Open Conference 2011 22 欧州各社の状況と展開戦略: BMW Walter Kuffner; BMW Keynote @ AUTOSAR Membership Meeting 2009 23 欧州各社の状況と展開戦略: Daimler AUTOSAR – a Key Enabler for Comprehensive E/E Standardization Stephan Wolfsried, Daimler; 7th Premium Member Conference 2008 24 標準化と規格化 (ISO 26262) 2011年11月 正式に国際規格としてリリース ISO 26262の活動（Part6（製品開発）と Part8（サポートプロセス）)に参加。 MathWorksは、お客様のISO26262適用プロセ スを次の3点よりサポートします。 認証された製品のご提供（次ページ） ISO26262のワークフローを参照し、統合されたツー ルチェーンをサポート ISO26262適用に向けた、コンサルティングサービス のご提供 25 標準化と規格化 (ISO 26262) 認証を受けているMathWorks 製品 Real-Time Workshop Embedded Coder (R2008a ~ R2010bSP1) Embedded Coder (R2011a ~) Simulink Verification & Validation (R2011a ~) Simulink Design Verifier (R2011a ~) Polyspace products (R2009a+ ~) Simulink PLC Coder 26 標準化と規格化 (ISO 26262) 検証とコード生成に関するISO26262ワークフローとツールチェーン例 Simulink Verification&Validation モデルアドバイザー、形式検証、 モデリングガイドラインチェック Embedded Coder（又はRTW-EC）、IEC Certification Kit トレーサビリティレポート作成、 モデルとコードカバレージの比較 Simulink Verification&Validation モデルカバレージ、 要求管理機能とのインターフェース Embedded Coder（又はRTW-EC）、 Simulink Design Verifier PILテスト/テスト生成 Polyspace 静的コード検証 Simulink, Stateflow, Simulink Fixed Point Embedded Coder 27 アジェンダ はじめに モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか？ – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化、規格化 – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 まとめ 28 General Motors General MotorsにおけるMBD（2011年） 29 GM Volt VOLTのソフトウェアは、ほぼ 100%が自動コード生成。 特定の機能がどう振る舞うべきかと いうことについて、我々は一つの解 を得ました。MathWorksの Real-Time Workshop Embedded Coder を使った自 動コード生成は、VOLTのアグレッ シブなプログラムタイミングに適合 させるためのキーとなりました。 Greg Hubbard Senior Manager @GM SAE Vehicle Electrification, March 2011 30 ダイムラー MathWorks製品を使用したMercedes-Benz トラックのクルーズコントローラ開発 課題 ターゲットECUで動作するモジュラー型クルーズコント ロールソフトウェアの開発及び実装 ソリューション モデルベースデザインのMathWorks製品を使用した、 ECUソフトウェアの設計、テスト及び実装によるクルー ズコントロールシステムの再設計 “モデリングやコード生成を行なう 結果 コンパクトで効率的なコード 高いテスト効率 迅速な開発 MathWorks製品により、迅速かつシー ムレスに設計や反復テストを行なうことがで き、１８ヶ月と言う厳しい納期内で製品リ リースを行なうことができました。” Mario Wunsche DaimlerChrysler® 31 Tata Motors しがらみなくMBDを導入：世界最安車Nanoのエンジン マネジメントシステム開発に適用 課題 Brand-Newなクルマ（TATA Nano）のエンジンマネ ジメントシステムを、厳しい日程と少ない予算で開発し なければならない。 ソリューション MathWorksのツールを用いたモデルベース開発を適 用しながら、モデリング、シミュレーション、コード生成、プ ロトタイプの制御システムを開発する。 結果 高価なセンサーを2つ排除できた。 数週間かかっていた検証のサイクルが、数時間に。 サプライヤー選定の前に、プロトタイプ制作と要求の 確認を実施。 The Tata Nano MBDでのプロトタイピングは必要不 可欠であることを証明しました。モデリ ング、シミュレーション、テストの工程に おいて、設計変更が容易に行え、実 際のモノを作る前にシステム全体の挙 動を予測することができるようになりま した。 おかげで、コントローラーやエン ジン、またNano自体の設計を作り込 むことができたのです。 S. Govindarajan Tata Motors 32 Dongfeng Motor (東風汽車） MBDを適用して、ハイブリッドバスの バッテリーマネジメントシステムを開発 課題 ハイブリッドバス用のバッテリーマネジメント制御 システムの開発 The Dongfeng EQ6110 hybrid electric city bus. ソリューション 制御設計において、モデリング、検証、コード生 成といった分野にMathWorksの製品を用いた MBDを 適用した 結 果 予定スケジュールよりも短期間でプロジェクト 完了 デザインの再利用が可能となった 100%コード生成できた MBDの適用によって、アイディアレベルか ら量産コード生成までの開発プロセス統 合が可能になりました。 MathWorksでの継続的な早期検証の もと、キーであるバッテリーマネジメントの 技術の開発が可能になりました。 Dr. Xiaokang Liu Dongfeng Electric Vehicle 33 Lear MBD適用によって高品質なボディ制御ユニットを 早期に開発 課題 高品質な自動車用ボディ制御ユニットの設計、検証、実装 ソリューション Lear automotive body electronic control unit. モデルベースデザインでのシミュレーション、HIL/SILテストの適 用により、より早い、且つ継続的な検証が可能になった。 『モデルベースデザインを適用したのは、 高品質なシステムをより早く提供するため だけでなく、それがスマートな選択である 結果 と信じているからです。最近、数社による 早期要求検証が可能に。以前は30%程度だった実装 プロジェクト獲得競合があり、見事勝ち 前の課題解決が、95%以上に。 取りました。かなりタイトな日程制約が 開発時間が40%削減。70万行に及ぶコード生成とテス あったため他社はあきらめざるを得なかっ トケースの再利用が実現。 たようですが、我々はMBDを使うことで 量産開始後12カ月時点での品質関連の問題発生ゼロ。 その要求に応えることができました。』 Jason Bauman Lear Corporation 34 Tesla Motor 世界初の電動スポーツカー量産開発 課題 2008年、100%電気で走行するテスラロードスターを、限 られた予算内（約145億円）で開発しなければならない。 Tesla Roadster. ソリューション モーター、バッテリー、トランスミッション、ブレーキ、パワエレ、 制御システムなどをサブシステムとしてモデリングし、それをフ ルシステムモデルとして統合。 実際のプロトタイプ作成前に シミュレーションを行い、車両の挙動を予測した。 結果 開発期間を一年短縮 予算内での開発に成功 エンジニアリングのリソース最適化と、早 く安全で燃費に優しいスマートなクルマ を設計することはクリティカルな課題でし た。 MBDなしではパワートレインの一 つの設定を決めるだけでも年単位の時 間を要したでしょうし、極めてコスト高に なっていたでしょう。 Paul Lomangino Tesla Motors ハードウェア試作車への依存度を低減 35 アジェンダ はじめに モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか？ – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化、規格化 – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 まとめ 36 今後に向けて 課 題 人材 バージョン 互換性 育成 マルチ コード検証 ドメイン 効率化 対応 ・・・ トレーサビ リティ確保 PR、 HILS ・・・ との連携 37 今後に向けて モデルベース開発人材の育成 “モデルベース開発では若い技術者が多く、製品ノウハウが（モデリング技術の ない）ベテランに比べて不足しているという現実がある” 『組込みシステムの先端的モデルベース開発実態調査』（IPA：2012年3月23日）より Web Seminar ETSS-JMAAB MathWorksの トレーニング 38 今後に向けて バージョン互換性 パートナー社様との協調 MathWorksコネクションプログラム ・開発や互換性テストを可能にする、MathWorks製品の新しいバージョンへの先行アク セスが可能 ・パートナー限定のウェブサイト・ヘルプデスクへの24時間アクセス ・製品やプログラム情報をお知らせする定期的なメール配信 ・日本では60社以上の登録、US他海外では300社以上が登録 39 今後に向けて マルチドメイン対応 研究 システムレベルでのシミュレーション 要件定義 環境モデル タイミング/制御ロジック デジタルモデル アナログモデル アルゴリズム テスト & 検証 システム設計 実行可能な仕様書 –紙ベースの仕様書を補完する「モデル」 –チーム間コミュニケーションを改善 シミュレーションによる設計 –複合ドメインシステムをモデルに統合 –設計のトレードオフ探索 –サブシステム間の相互作用検証 性能向上や全体最適化を実現するには 異なる技術ドメインを組み合わせた検討が必要 40 今後に向けて マルチドメイン対応 事 例 複合技術領域の相互干渉 System Modeling 連成シミュレーション環境 Sensors Mechanics Electronics Electromechanics CAD CAM Mechatronics Control Circuits Digital Control Simulation Controls Software Microcontrollers MATLAB EXPO 2008 安川電機様講演資料より 41 今後に向けて マルチドメイン対応 MathWorksのプラントモデリング活用 Simulinkプラットフォーム上にて、同一環境でのモデリング・シミュレーションが可能 ≪制御ロジック≫Simulink エネルギーマネージメント システム ≪電気系≫SimPowerSystems インバータ、電動機、発電機など 車両 エンジン プラネタリーギア ＜動力伝達機構＞ SimPowerSystemバンドルモデル： power_HEV_powertrain.mdl ≪機械系≫Simscape SimMechanics、SimDriveline 42 今後に向けて マルチドメイン対応 他ツールとMATLAB/Simulinkとの連携 S-Functionによる連携 ・S-FunctionとはSimulinkブロックの動作を記 述したプログラムのこと。 ・当該プログラム名を指定することで、あたかも Simulinkブロックのように実行/動作させることが 可能。 ・連成が必要となる他のツールでS-Function対 応していれば、システムモデルの取り込みやコシ ミュレーション等ができる。 43 さらに… ・・・・様々な展開 44 MathWorks 注力分野 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑥ISO26262/AUTOSAR対応 モデリング環境 物理モデリング環境 モデル検証環境 自動コード生成環境 画像処理・信号処理分野への適用範囲拡大 業界標準規格への対応 (ISO26262/AUTOSAR） 要求開発 ｱｰｷﾃｸﾁｬｰ設計 【ISO26262】 • TÜV SÜDよりISO26262 ツール認証取得済 -Embedded Coder -Simulink Design Verifier -Simulink V&V -Polyspace 【AUTOSAR】 • 欧州OEM/サプライヤ様で AUTOSAR対応MBD実績 • トレーサビリティ/検証環境を 開発プロセスに展開 ※VW様事例 適合 Model-Based Calibration ③モデル検証 SLVV、SLDV システム設計 ①モデリング システムテスト Simulink、Stateflow ②物理モデリング 詳細設計 Simscape/Simscape Language ⑤画像処理/信号処理分野 Signal Processing Tbx Computer Vision Sys Tbx 単体テスト 実装 ④自動コード生成 Embedded Coder/HDL Coder HILS Simulink Coder コードチェック Polyspace データ計測/解析 Data Acquisition Tbx 45 アジェンダ はじめに モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか？ – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化、規格化 – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 まとめ 46 まとめ モデルベース開発 – モデルベース開発とは、なぜモデルベース開発なのか – モデルベース開発投資対効果 自動車業界 – モデルベース開発によるOEMとサプライヤの関係 – 標準化、規格化 – 適用事例 今後に向けて – 課題と対応 – 注力分野 47 2013年 MathWorksのMBDイベント 日程 イベント MAY 9 MathWorks Automotive Conf. 米国・ミシガン州プリマス 28 MATLAB EXPO in 韓国 韓国・ソウル 日程 JUL 2 MATLAB EXPO in ドイツ ドイツ・ミュンヘン 4 JMAAB Open Conference 東京・品川 日程 イベント イベント 8 AUG 7 9 6 JUN 5 日程 4-6 MathWorks Advisory Board 米国・マサチューセッツ州ニュートン 13 Virtual Conference of Automotive インターネット上のカンファレンス 日程 21 10 日程 OCT SEP 8 29 11 日程 イベント 12 イベント 日程 イベント MATLAB EXPO in インド インド・バンガロール イベント MATLAB EXPO in イギリス イギリス・シルバーストーン MATLAB EXPO in 東京 東京・お台場 イベント DEC NOV 48 ご清聴ありがとうございました。 49
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