PowerPoint プレゼンテーション

MATLABプロダクトによるモデルベース開発と

それを支える環境整備

2008年5月22日（木）

サイバネットシステム株式会社

応用システム第一事業部 マーケティング室

飯野 浩道

目次

• はじめに

• モデルベース開発

• 自動車業界トレンド

• モデルベース開発を浸透させるために

• まとめ

Quick history

Quick history

The

MathWorks in 1984

MATLAB/Simulinkプロダクトファミリ

MATLABとは

全世界

100万人が選んだ

テクニカルコンピューティング環境

¾アルゴリズム開発

¾データ解析・可視化

¾対話的なプログラミング環境

各種

Toolbox

アプリケーション展開ツール

データアクセスツール

Simulinkとは

各種

Blockset

Stateflow

コード生成ツール

モデルベース開発のための

プラットフォーム

¾ブロック線図環境

¾モデリング、シミュレーションによる

設計

¾自動コード生成環境

適用分野と産業分野

データ解析

教育

実験・計測

制御システム設計

通信システム設計

■ 適用分野

■ 産業分野

信号処理

画像処理

自

自

動

動

車

車

自動車業界で採用されている理由

1. 設計対象にフィット

z 設計対象システムを記述、シミュレーション可能

z 仮想検証 ⇔ 実機ベース検証 （RPT, HILS) の組合せ

z 量産向けコード生成機能

2. 設計プロセスにフィット

z 先行開発 ⇒ 量産開発 ： モデルのリファイン容易

z OEM/サプライヤ間のビジネスモデル ： 明確な仕様書、IPの秘匿

3. 開発プロセスを支える豊富なサードパーティツール連携

4. 開発元（The MathWorks）とMATLABの自動車業界ユーザ会との親

密な関係 （MAAB/JMAAB）

JMAAB

JMAAB

（

J

apan

M

ATLAB

A

utomotive

A

dvisory

B

oard）

国内自動車メーカと

自動車用制御装置サプライヤの

MATLABユーザ会

JMAAB

JMAAB基本方針

目的

MBDプロセス

の

早期実現

MBDプロセス

の

早期実現

自動車メーカ

と

サプライヤ

の

境界を越えた

効率的な開発環境

の実現

自動車メーカ

と

サプライヤ

の

境界を越えた

効率的な開発環境

の実現

合言葉

開発環境は協調

し、

競争は製品

で！

開発環境は協調

し、

競争は製品

で！

優れた環境

で

レベルの高い競争

をしよう！

優れた環境

で

レベルの高い競争

をしよう！

JMAAB参加のメリット

„ 業界基準に添った活動ができる

– 業界で統一された開発環境整備を謳っている

– JMAABの考え方が業界共通のものとして考えられる

⇒ 方向性認識が容易

„ MBD推進の課題共有と、議論ができる

– MBDに関する情報共有の場

„ 開発元へのアプローチができる

– 一社では難しい課題も、JMAABとしてアプローチできる

目次

• はじめに

• モデルベース開発

• 自動車業界トレンド

• モデルベース開発を浸透させるために

• まとめ

なぜモデルベース開発なのか

自動車製品開発の背景

• 製品機能への期待に応えるための高機能・高信頼性商品開発

• 早期市場リリースのための開発期間短縮

自動車部品の電子制御化とあいまってソフトウェア開発技術者への負担が増加

• エンジン、ブレーキなどの個々の機能が増加・複雑化

• 各機能のネットワーク化で機能間での分担調整も複雑化

• ・・・・・・・・・

追加仕様設計

設計・製造

テスト・検証

時間

工数

製造・テスト・検証

の下流工程工数

が増加

システム設計・仕

様設計の上流工

程工数にシフトで

きないか？

追加仕様の結果

予測が出来ない

モデルベース開発

実行可能

な仕様書

コード生成に

よる実装

継続的な

テスト・検証

model

シミュレー

ションに

よる設計

モデルの

詳細化

継続的な

検証

モデルからの

コード生成

MATLABプロダクトファミリによる

モデルベース開発環境

実行可能

な仕様書

コード生成に

よる実装

継続的な

テスト・検証

model

シミュレーショ

ンによる設計

【適用プロダクト】

• MATLAB

• Simulink

• 適用分野に特化した各種ライブラリ

–Toolbox: MATLAB用

実行可能な仕様書

実行可能な仕様書

ƒ

理想モデルによる純粋な仕様検討

ƒ

機能分割、ターゲットに依存しない仕様をモデル化

ƒ

モデルを「実行可能な仕様書」として工程間で共

有

ƒ

急な仕様変更対応、管理が容易化

MATLABプロダクトファミリによる

モデルベース開発環境

実行可能

な仕様書

コード生成に

よる実装

model

【適用プロダクト】

• Simulink / Blockset

• Stateflow

• Fixed-Point Toolbox

• Simulink Fixed Point

シミュレーションによる設計

シミュレーションによる設計

ƒ

シミュレーションによる妥当性検証

ƒ

ハードウェアプロトタイピングのコスト・工数抑制

ƒ

固定小数点化、サイクル精度の検証

ƒ

システム内部の相互作用、実現構造の検証

継続的な

テスト・検証

シミュレーション

による設計

MATLABプロダクトファミリによる

モデルベース開発環境

実行可能

な仕様書

コード生成に

よる実装

継続的な

テスト・検証

model

シミュレーショ

ンによる設計

【適用プロダクト】

• Real-Time Workshop

•

Real-Time Workshop Embedded Coder

• Stateflow Coder

• Simulink HDL Coder

コード生成による実装

コード生成による実装

ƒ

コーディングエラーの抑制

ƒ

再現性の高い実装結果

ƒ

3

rd

パーティの提供する

FPGA、および評価用ボー

ドに特化

した各種の自動コード生成オプションが利用可能

MATLABプロダクトファミリによる

モデルベース開発環境

【適用プロダクト】

• Simulink Verification & Validation

• Simulink Design Verifier

• SystemTest

継続的なテスト・検証

継続的なテスト・検証

ƒ

モデルをテストベンチとして再利用

ƒ

システム性能指標 によるハードウェア

/ソフトウェアデ

ザイン検証

ƒ

評価用ボードなどに即実装し、実機を用いたアルゴ

リズム

検証が可能

実行可能

な仕様書

コード生成に

よる実装

継続的な

テスト・検証

model

シミュレーショ

ンによる設計

モデルベース開発の効果

モデルベースデザイン

• 実行可能な仕様書

• シミュレーションによる設計

• コード生成による実装

• 各工程におけるテスト・検証

実行可能

な仕様書

シミュレー

ションによる

設計

コード生成に

よる実装

品質向上

¾ あいまいな情報によるミス・コミュニケーションの

抑制（社内部署間

/企業間）

¾ ヒューマンエラーの減少

継続的な

テスト・検証

効率改善

¾ シミュレーションによる

- 迅速な設計・評価の確認

- “仮説” を利用した設計検討

¾ 設計結果の資産化

コスト

¾ ハードウェアプロトタイプの削減

¾ 手戻りの抑制

モデルベース開発の適用事例

z トヨタ／プリウスのエンジン冷却水蓄熱システムのECUへ実装

日経エレクトロニクス

2003.12.22号より

z 日立ノースアメリカのラピッドプロトECU開発

http://www.mathworks.com/products/rtw/userstories.html?file=8438

z メルセデス・ベンツ・トラックのクルーズコントロールシステム

http://www.mathworks.com/products/rtw/userstories.html?file=8140

z トヨタ／デンソーが自動車量産ソフト開発においてMATLAB R14を本格導入

http://www.cybernet.co.jp/ir/release/050801.shtml

z トヨタ／プリウスのエンジン冷却水蓄熱システムのECUへ実装

日経エレクトロニクス

2003.12.22号より

z 日立ノースアメリカのラピッドプロトECU開発

http://www.mathworks.com/products/rtw/userstories.html?file=8438

z メルセデス・ベンツ・トラックのクルーズコントロールシステム

http://www.mathworks.com/products/rtw/userstories.html?file=8140

z トヨタ／デンソーが自動車量産ソフト開発においてMATLAB R14を本格導入

http://www.cybernet.co.jp/ir/release/050801.shtml

目次

• はじめに

• モデルベース開発

• 自動車業界トレンド

• モデルベース開発を浸透させるために

• まとめ

トレンド

1： OEMとサプライヤーの

シームレスな開発環境

System-Level

Specification

Subsystem

Integration & Test

Complete

Integration

& Test

• 多くのOEMが、サプライヤにSimulink

モデルを渡すようになっています。

• サプライヤの中には、コントローラの

パッケージの中の一部として

Simulinkモデルを含むようになってい

ます。

– ラピッドプロト・検証の分野。

– 知的財産に関わる部分は隠蔽。

• モデルから生成されるコードは、スタ

イルガイドや

MISRAへの準拠を求め

られるケースも出ています。

OEM

Supplier

Define

Requirements

Subsystem

Design

Subsystem

Implementation

System-Level

Integration & Test

トレンド

2： モデリングの大規模化・複雑化

複雑化

大規模化

• 自動車アプリケーションの大規模化

– アプリケーションの複雑化

• モデル自体の大規模化

– 現在既に1モデル100万ブロック。近い

将来

2-3倍に。

• そのため、コンポーネントレベルからのコード

生成と、アプリケーションレベルでのシミュ

レーションが常識に。

• 自動車アプリケーションの大規模化

– アプリケーションの複雑化

• モデル自体の大規模化

– 現在既に1モデル100万ブロック。近い

将来

2-3倍に。

• そのため、コンポーネントレベルからのコード

生成と、アプリケーションレベルでのシミュ

レーションが常識に。

• 多くのハイブリッド車の、複雑なアルゴリズムと

ソフトウェア開発を加速するために、モデル

ベース開発が適用される。

• マルチドメインシステムモデリングと複雑な制

御設計においては、

Simulinkが利用される。

• このプロジェクト経験を活かして、組織内の

他のアプリケーションにも

MBDを適用

• 多くのハイブリッド車の、複雑なアルゴリズムと

ソフトウェア開発を加速するために、モデル

ベース開発が適用される。

• マルチドメインシステムモデリングと複雑な制

御設計においては、

Simulinkが利用される。

• このプロジェクト経験を活かして、組織内の

他のアプリケーションにも

MBDを適用

トレンド

3： 自動コード生成と検証

• 多くの組織内で、 自動コード生成の実

質的な展開が始まっている。

• 以下の分野での初期利用が始まっている

– ラピッドプロトタイプ

– 量産コード

• 展開するための典型的なステップ

– 評価用パイロットプロジェクトを行って

リスクの低減を

– 初期の量産プロジェクト

– 通常の量産アルゴリズム

• 多くの組織内で、 自動コード生成の実

質的な展開が始まっている。

• 以下の分野での初期利用が始まっている

– ラピッドプロトタイプ

– 量産コード

• 展開するための典型的なステップ

– 評価用パイロットプロジェクトを行って

リスクの低減を

– 初期の量産プロジェクト

– 通常の量産アルゴリズム

• テストの再利用と後工程で統合するため

のノウハウを使った、設計フェーズでの早

めの検証の適用

– コンポーネント上でのテストベクター生

成

– 規格への準拠チェック

• 幾つかのソースからテストベクター利用

– モデルからテストベクター生成

– 車両やテストLABからのオペレーショ

ンデータ

• テストの再利用と後工程で統合するため

のノウハウを使った、設計フェーズでの早

めの検証の適用

– コンポーネント上でのテストベクター生

成

– 規格への準拠チェック

• 幾つかのソースからテストベクター利用

– モデルからテストベクター生成

– 車両やテストLABからのオペレーショ

ンデータ

– 技術者独自のテスト

自動コード生成

検証

目次

• はじめに

• モデルベース開発

• 自動車業界トレンド

• モデルベース開発を浸透させるために

• まとめ

モデルベース開発を浸透させるために

三つのキーファクター

人材育成

三つのキーファクター

トレーニング

MBD認知度向上

社内活動

ツールチェーン構築

ツールベンダとの協調

モデルベース開発を浸透させるために

三つのキーファクター

三つのキーファクター

人材育成

トレーニング

MBD認知度向上

ツールチェーン構築

社内活動

ツールベンダとの協調

トレーニング（他社事例）

自動車メーカー

A社

MATLAB

MATLAB

プロダクト

プロダクト

トレーニング開催状況

トレーニング開催状況

■

2007年度 ： 開催合計 26回 （約320名）

（内訳）

MATLAB／Simulinkベーシック

計

10回 （約160名）

Stateflow

計4回 （約40名）

S-Function

計

4回 （約40名）

制御設計

計

4回 （約40名）

信号処理

計

4回 （約40名）

¾ 2002年度以降、毎年この形態で実施。

¾ これまでに、延べ2,000人近いエンジニアに対してトレーニング実施。

¾ 新入社員はMATLAB／Simulinkベーシック強制受講

¾ 今後アドバンスコースへの移行を検討中。

トレーニング（他社事例）

電機メーカー

B社

MATLAB

MATLAB

プロダクト

プロダクト

トレーニング開催状況

トレーニング開催状況

■

2007年度 ： 開催合計 11回 （約230名）

（内訳）

MATLAB／Simulinkベーシック

計

5回 （約120名）

MATLABアドバンス

計

2回

（約40名）

Simulinkアドバンス

計

2回

（約

30名）

制御設計

計

2回

（約40名）

¾ 2004年頃からこの形態で実施

¾ 半期一回で上記4コース１セットで実施

¾ これまでに、延べ1,000人近いエンジニアに対してトレーニング実施。

¾ 年一回新入社員研修でMATLAB／Simulinkベーシック実施（3日間）

¾ マネージャレベルには未実施

トレーニング（他社事例）

自動車サプライヤー

C社

■考え方

目的・階層に応じた教育環境を構築し、開発現場の基盤を固める

■各階層で必要とされるスキル

1

1

．マネージャー層

．マネージャー層

・モデリングに関しての基本知識を有する

・モデルを理解することができる、編集することができる

2

2．実務者層

．実務者層

・モデリングに関しての基本知識を有する

・仕様にもとづいてモデルを構築することができる

トレーニング（サイバネット提供トレーニング）

紹介セミナー

MATLABのご購入を検討されている方を対象に製品概要の説明とデモンストレーションを

行います。

会場：

弊社セミナールーム（東京

/名古屋/大阪）

時間：

各コース

13:30∼16:30

参加費： 無料

„ MATLAB基本環境／データ解析コース

„ 計測ソリューション体験コース

„ 制御システム設計／シミュレーションコース

„ 制御システム実装コース

„ 信号処理システム設計／シミュレーションコース

トレーニング（サイバネット提供トレーニング）

技術トレーニング

ベーシックからアドバンスド、アプリケーションごとなど、お客様の習熟度、MATLABの利

用目的に合わせたコースをご用意。

会場：

弊社セミナールーム（東京/名古屋/大阪）

時間：

各コース 9:30∼16:30

参加費： 有料

„MATLABコース

„Simulinkコース

„MBD入門コース（2008年度新設） ⇒ 二日間

„Stateflowコース

„MATLABプログラミングコース（アドバンスド）

„MATLAB GUIコース （アドバンスド）

„Simulinkコース （アドバンスド）

„S-Function （アドバンスド）

モデルベース開発を浸透させるために

三つのキーファクター

人材育成

トレーニング

三つのキーファクター

MBD認知度向上

社内活動

ツールチェーン構築

ツールベンダとの協調

社内での活動（他社事例）

自動車メーカー

X社

量産開発への展開

それぞれの事例は点と点のつながりしかなかった。

これらの線を太くする横断的活動として、推進チームを発足

企画 ・ 運営

推 進 チ ー ム

事務局

分科会

ｽﾀｲﾙｶﾞｲﾄﾞ分科会

_{ﾂｰﾙ検討分科会}

MBD用語分科会

モデルベース開発を浸透させるために

三つのキーファクター

三つのキーファクター

人材育成

MBD認知度向上

トレーニング

社内活動

ツールチェーン構築

ツールベンダとの協調

ツールベンダとの協調

戦略的なツールチェーン構築が必要

戦略的なツールチェーン構築が必要

MathWorksが考えるツールベンダとの協調

■二つのアプローチを、バランスよく

1. お客様とツールベンダの皆様にとって、プラットフォームとしての

MATLAB/Simulinkを提供

•

拡張性と統合性を備えたアプリケーションプログラムインターフェース

（

API）の提供

2. キーとなる機能を集約し、その使いやすさにもこだわる機能を提供

The MathWorks

パートナーネットワーク

■世界中で

300社以上とのコネクション

・ワールドワイドに300以上の企業とパートナーシップ契約

■イコールパートナーシップ

・パートナー登録は幅広く受け入れ（登録審査あり）

・部分的な競合製品をもっていても、その他の領域で協調

・製品開発用やデモ用ライセンスの提供

・一般リリース前の情報提供

Vertical applications/blocksets

AVL LIST

Dassault Systèmes

Flowmaster

Gamma Technologies

LMS International

Mechanical Simulation

MSC.Software

Ricardo

Siemens AG

SolidWorks

TNO Automotive

System integrators

Applied Dynamics International

IAV

ITK Engineering

MotoTron

Ricardo

Speedgoat

Opal-RT

•

Over 300 MathWorks partners

Requirements/config mgmt.

IBM Rational

Geensys

Telelogic

Test and verification

A&D Technology

Agilent Technologies

Anritsu

dSPACE

Greensys

LeCroy

Distributed embedded

system design

Elektrobit

ETAS

Vector

Simulation extensions

EXTESSY GmbH

MÄK Technologies

Semiconductor makers

Altera

Freescale

Infineon

Microchip

Texas Instruments

Xilinx

EDA software providers

Cadence Design Systems

Mentor Graphics

Synopsys

VaST System Technologies

Embedded software dev.

Green Hills Software

Freescale

Powertrain calibration

dSPACE

ETAS

Vector

サイバネットシステム

パートナーネットワーク

• イコールパートナーシップ

• 日本国内で80社以上の企業が登録

• マーケティング関連の協調プログラム

– サイバネット主催展示会・セミナーへの出展ご案内

– パートナーセミナーへのご協力

– MATLABロゴの使用許諾

– サイバネット作成プロモーション媒体への掲載

• 無償

パートナー一覧

http://www.cybernet.co.jp/matlab/solution/partner/

目次

• はじめに

• モデルベース開発

• 自動車業界トレンド

• モデルベース開発を浸透させるために

• まとめ

まとめ

• 自動車制御システム開発の現場では、モデルベース開発の

適用が注目されています。

– MATLABプロダクトを適用したモデルベース開発とその効

果などをご紹介しました。

• 自動車制御システム開発におけるトレンドをご紹介しました。

• モデルベース開発を浸透させるための、キーファクターを提案さ

せて頂きました。