matlabプロダクトによるモデルベース開発とそれ...

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

© 2008 CYBERNET SYSTEMS CO.,LTD. All Rights Reserved.2

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 - Cleve Moler’s original MATLAB program


Quick history

The MathWorks in 1984

Cleve Moler Jack Little


MATLAB/Simulinkプロダクトファミリ

MATLABを中心とした80以上のツール群（拡張ライブラリ/追加オプション）


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

アルゴリズム開発

データ解析・可視化

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

ブロック線図環境

モデリング、シミュレーションによる

設計

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

通信航空宇宙医療/科学環境/エネルギー電機

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

設計対象システムを記述、シミュレーション可能

仮想検証 ⇔ 実機ベース検証（RPT, HILS) の組合せ

量産向けコード生成機能

2. 設計プロセスにフィット

先行開発 ⇒ 量産開発：モデルのリファイン容易

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 （Japan MATLAB Automotive Advisory Board）

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

JMAABJMAABサイトサイト http://jhttp://j--maab.cybernet.jpmaab.cybernet.jp//


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




• 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

開発上流工程での結果予測にモデルを活用


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



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–Blockset: Simulink用

実行可能な仕様書実行可能な仕様書

理想モデルによる純粋な仕様検討

機能分割、ターゲットに依存しない仕様をモデル化

モデルを「実行可能な仕様書」として工程間で共有

急な仕様変更対応、管理が容易化





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

シミュレーションによる妥当性検証

ハードウェアプロトタイピングのコスト・工数抑制

固定小数点化、サイクル精度の検証

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






継続的なテスト・検証 model


【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

コーディングエラーの抑制

再現性の高い実装結果

3rd 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



【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

モデルをテストベンチとして再利用

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

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




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




品質向上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）ヒューマンエラーの減少


効率改善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設計結果の資産化

コストハードウェアプロトタイプの削減

手戻りの抑制


モデルベース開発の適用事例

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

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

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


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

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

日立ノースアメリカのラピッドプロトECU開発


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


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




• 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-LevelSpecification

SubsystemIntegration & 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

DefineRequirements

SubsystemDesign

SubsystemImplementation

System-LevelIntegration & 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

– 技術者独自のテスト

• 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




• 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


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



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 MATLABMATLAB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）

2002年度以降、毎年この形態で実施。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。新入社員はMATLAB／Simulinkベーシック強制受講今後アドバンスコースへの移行を検討中。



電機メーカーB社 MATLABMATLAB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）

2004年頃からこの形態で実施半期一回で上記4コース１セットで実施これまでに、延べ1,000人近いエンジニアに対してトレーニング実施。年一回新入社員研修でMATLAB／Simulinkベーシック実施（3日間）マネージャレベルには未実施



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

11．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

22．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

画像処理システム設計／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）

Real-Time Workshop Embedded Coder （アドバンスド）




人材育成トレーニング


MBD認知度向上社内活動



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

DB分科会

ｽﾀｲﾙｶﾞｲﾄﾞ分科会ﾂｰﾙ検討分科会

HILS分科会

MBD用語分科会

．．．分科会



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/blocksetsAVL LISTDassault SystèmesFlowmasterGamma TechnologiesLMS InternationalMechanical SimulationMSC.SoftwareRicardoSiemens AGSolidWorksTNO Automotive

System integratorsApplied Dynamics InternationalIAVITK EngineeringMotoTronRicardoSpeedgoatOpal-RT

• Over 300 MathWorks partners

Requirements/config mgmt.IBM RationalGeensysTelelogic

Test and verificationA&D TechnologyAgilent TechnologiesAnritsudSPACEGreensysLeCroy

Distributed embeddedsystem designElektrobitETASVector

Simulation extensionsEXTESSY GmbHMÄK Technologies

Semiconductor makersAltera FreescaleInfineonMicrochipTexas InstrumentsXilinx

EDA software providersCadence Design Systems Mentor Graphics SynopsysVaST System Technologies

Embedded software dev.Green Hills SoftwareFreescale

Powertrain calibrationdSPACEETASVector


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




• 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。


以上、ご清聴ありがとうございました。

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