福岡カーエレ研究会

Size: px

Start display at page:

Download "福岡カーエレ研究会"

こうたささおか
4 years ago
Views:

1 モデルベース開発の業界動向 MathWorks Japan インダストリーマーケティング部柴田克久 2011 The MathWorks, Inc. 1 Agenda はじめに今日のモデルベース開発とその背景ユーザー事例にみるモデルベース開発のトレンド事例紹介 : 東風車両 /Medrad/Faraday モデルベース開発のトレンドユーザーニーズの変化への対応 MBD を支援する MathWorks ツールの今後の展望マルチドメインシステムモデリングシミュレーションの高速化コード生成テスト検証の強化終わりに 2 1

2 はじめに 3 会社概要 - MathWorks, Inc 年創業本社 : 米国マサチューセッツ州, Natick 従業員 2,300 名超製品 :MATLAB プロダクトファミリ, Polyspace 6 ヶ月毎に最新版をリリース (2006/03~) 3 月と 9 月の年 2 回 (R20XX a/b) 25 カ国に代理店を展開 350 社以上のパートナー Natick 本社ビル導入実績 175 カ国以上 100 万人以上のユーザ 3,500 以上の大学日本法人 : MathWorks Japan 2009/7/1 より営業開始オフィス : 東京名古屋大阪 Earth s topography on an equidistant cylindrical projection, created with MATLAB and Mapping Toolbox. 東京オフィス (7F, 8F) 4 2

3 MathWorks 製品のご紹介 MATLAB 科学技術計算のための最先端の開発環境対話的なプログラミング環境アプリケーション固有の簡潔なプログラミング言語データの探索解析計算およびグラフィックス機能アルゴリズム開発カスタマイズ可能な各種機能 Simulink 視覚的に理解可能なモデリング / シミュレーション環境ブロック線図シミュレーション環境開発ツールの連携による統合された開発環境自動コード生成による組込み Polyspace テストケースを必要としない静的なコード解析ツールソースコード内にランタイムエラーが存在しないことを証明 MISRA-Cなどのコーディング規約の適用 IEC61508, ISO26262, DO-178など各種認証のレポート 5 MATLAB&Simulink プロダクトファミリ ( 機能別 ) Fixed Point Toolbox, Simulink Fixed Point xpc Target EDA Simulator Link, Simulink Verification and Validation, Simulink Design Verifier, SystemTest, Polyspace Parallel Computing Toolbox, MATLAB Distributed Computing Server Statistics Toolbox, Curve Fitting Toolbox, Symbolic Math Toolbox, Optimization Toolbox, Neural Network Toolbox Stateflow, SimEvents Simscape, SimRF, SimElectronics, SimPowerSystems Simulink 3D Animation, Gauges Blockset, Simulink Report Generator MATLAB Coder, Simulink Coder, Embedded Coder, Filter Design HDL Coder, Simulink HDL Coder Database Toolbox, MATLAB Report Generator MATLAB Compiler, MATLAB Builder NE/JA/EX, Spreadsheet Link EX 6 3

4 MATLAB プロダクトファミリ ( 適用分野別 ) Control System Toolbox System Identification Toolbox Fuzzy Logic Toolbox Robust Control Toolbox Simulink Control Design Simulink Design Optimization Image Processing Toolbox Computer Vision System Toolbox Mapping Toolbox Financial Toolbox Econometrics Toolbox Datafeed Toolbox Fixed-Income Toolbox Financial Derivatives Toolbox Signal Processing Toolbox DSP System Toolbox Communications System Toolbox Wavelet Toolbox Fixed Point Toolbox RF Toolbox Phased Array System Toolbox SimRF Data Acquisition Toolbox Instrument Control Toolbox Image Acquisition Toolbox Vehicle Network Toolbox Bioinformatics Toolbox SimBiology 7 主要な顧客エリア航空宇宙 / 防衛自動車通信エレクトロニクス半導体産業機器オートメーションエネルギー産業教育バイオ製薬金融サービス 8 4

5 今日のモデルベース開発とその背景 9 モデルベース開発の Best Practice ー車載機器開発における MATLAB 利用事例システム設計から制御アルゴリズムの開発プロトタイピング組込みソフトウェアの実装検証にモデルを適用例 ) パワートレイン制御ガソリン / ディーゼルエンジンの燃焼制御トランスミッション制御 HEV/EV の制御モーター制御バッテリー制御走行制御サスペンション制御 EPS システム開発ソフトウェア開発 10 5

ユーザー様の声 : 自動車業界アイシンエィダブリュ株式会社久保様, JMAAB 活動紹介, JMAAB Open Conference 2009 11 東風電動車両

ソリューションコントローラー設計のコードをモデルリング検証生成するために MathWorks のモデルベースデザインツールを採用結果予定より早くプロジェクトを完了

モデルベースデザインの導入によりアイデアの発案から量産コードの生成に至るまでの開発プロセスを統合することができました MathWorks ツールのおかげで設計の早期

6 ユーザー様の声 : 自動車業界アイシンエィダブリュ株式会社久保様, JMAAB 活動紹介, JMAAB Open Conference 東風電動車両モデルベースデザインを使用してハイブリッド電気自動車のバッテリ管理システムを開発チャレンジハイブリッド電気バス用のバッテリ管理制御システムを開発することソリューションコントローラー設計のコードをモデルリング検証生成するために MathWorks のモデルベースデザインツールを採用結果予定より早くプロジェクトを完了設計の再利用が可能に全てのアプリケーションコードを自動生成 The Dongfeng EQ6110 hybrid electric city bus. モデルベースデザインの導入によりアイデアの発案から量産コードの生成に至るまでの開発プロセスを統合することができました MathWorks ツールのおかげで設計の早期段階から連続的な検証が可能となり我々が持つ高度な技術力を活かして重要なバッテリ管理技術の開発ができるようになりました " Dr. Xiaokang Liu Dongfeng Electric Vehicle Link to user story 12 6

Medrad 社は MathWorks のツールにより MRI 血管造影剤注入ポンプの安全性を確保

ソリューションポンプの圧力センシング技術の改善に MathWorks のツールを使用結果設計期間を数か月短縮

Spectris Solaris 造影剤注入システム MathWorks ツールによりシ

ポンプの安全限界を非常に効率的かつ迅速に決定することができました John F.

ECC エンジンのゲート数を 57% まで削減チャレンジ SoC および ASIC の開発の高速化

および商品化までの期間短縮のためのモデルベースデザイン環境構築に MathWorks 製品を採用結果

user story Faraday s silicon IP on an SoC.

7 Medrad 社は MathWorks のツールにより MRI 血管造影剤注入ポンプの安全性を確保チャレンジ患者への薬剤の安全レベルを管理する MRI 血管造影剤注入ポンプの設計ソリューションポンプの圧力センシング技術の改善に MathWorks のツールを使用結果設計期間を数か月短縮名誉ある産業賞を受賞 FDA の承認を獲得 Link to user story Medrad 社の Spectris Solaris 造影剤注入システム MathWorks ツールによりシステムレベルでコンポーネント間の相互作用を理解することが可能となり物理特性をモデル化しポンプの安全限界を非常に効率的かつ迅速に決定することができました John F. Kalafut Medrad 13 Faraday が SIP 開発を加速し NAND フラッシュコントローラ ECC エンジンのゲート数を 57% まで削減チャレンジ SoC および ASIC の開発の高速化ソリューションシステムレベルシミュレーションの高速化システム性能の改善および商品化までの期間短縮のためのモデルベースデザイン環境構築に MathWorks 製品を採用結果シミュレーションを 200 倍高速化スループット性能を 15% 向上ゲート数を 57% 削減 Link to user story Faraday s silicon IP on an SoC. Simulink 環境はシステムレベルアーキテクチャの検討に理想的ですシミュレーションは従来のワークフローより 200 倍速くなりましたそして Simulink モデルは C にも HDL にも容易に変換することができますそれは高いスケーラビリティと再利用性を実現するでしょう Ken Chen Faraday 14 7

モデルベース開発のトレンド 1. MBD 適用分野の拡大 MBD の効果は航空宇宙防衛自動車以外の分野でも証明済み MBD の適用は制御信号処理のいずれの分野にも可能である 2. 自動コード生成適用の深化プロトタイプ向けから量産用 C コードへ C コード ( ソフトウェア開発 ) から HDL(IC, LSI 開発 ) へ 3.

8 モデルベース開発のトレンド 1. MBD 適用分野の拡大 MBD の効果は航空宇宙防衛自動車以外の分野でも証明済み MBD の適用は制御信号処理のいずれの分野にも可能である 2. 自動コード生成適用の深化プロトタイプ向けから量産用 C コードへ C コード ( ソフトウェア開発 ) から HDL(IC, LSI 開発 ) へ 3. 安全性品質保証への対応 FDA に代表される第三者認証機関も MBD に基づく開発プロセスの信頼性や開発された製品の品質を認めている 4. 地域的な広がり北米ヨーロッパ日本からアジアへ 15 MBD 適用分野の拡大の背景には産業別比較 : MBD vs. non-mbd MBD Cost Non-MBD Cost MBD Advantage Telecom/Datacom $3,224,478 $6,279, % Auto/Transportation $2,270,597 $3,151, % Industrial Automation $1,605,783 $1,593, % Medical $1,265,059 $2,269, % Military/Aerospace Special Analysis 出展 :Model-Based Design in Practice A Survey of Outcomes for Engineers and Business Leaders/Embedded Market Focus 16 8

9 自動コード生成の適用深化の背景組込みソフトウェアの開発規模は増大中開発要員を増やせば解決できる問題か? KLOCS Engineering Man Months 's G 2010 出展 : Bob Frankel, Chief SW strategist & TI Fellow 17 自動コード生成の適用深化の背景自動生成されたコードはハンドコードよりもよい結果に Visteon, SAE Technical Paper , March

安全性品質保証への対応の背景機能安全規格への対応 IEC61508 ISO26262 DO-178B DO-254 ガイドラインへの準拠 AUTOSAR

non-mbd MBD Cost Non-MBD Cost MBD Advantage North America $3,153,452 $3,921,519 24.

6% Asia $3,374,067 $10,189,266 202% 実際アジアにおける開発プロジェクト毎に比較すると non-mbd 開発では MBD 開発の約

10 安全性品質保証への対応の背景機能安全規格への対応 IEC61508 ISO26262 DO-178B DO-254 ガイドラインへの準拠 AUTOSAR MISRA-C MAAB Style Guide NASA Orion GN&C Guideline 19 地域的な広がりの背景には地域別比較 : MBD vs. non-mbd MBD Cost Non-MBD Cost MBD Advantage North America $3,153,452 $3,921, % Europe $2,722,134 $3,744, % Asia $3,374,067 $10,189, % 実際アジアにおける開発プロジェクト毎に比較すると non-mbd 開発では MBD 開発の約 2 倍の人数の開発者が投入されている出展 :Model-Based Design in Practice A Survey of Outcomes for Engineers and Business Leaders/Embedded Market Focus 20 10

11 ユーザーニーズの変化への対応 1. 新しいテクノロジーへの対応 2. 実現手段は多様化複雑化 3. 安全性品質への厳しい要求統合開発環境へのステップ 1. マルチドメインシステムモデリング 2. コード生成 3. テスト & 検証 21 MBD を支援する MathWorks ツールの今後の展望 22 11

モデルベースデザインにおける MATLAB&Simulink の位置付け対象となるシステムを記述したモデルを仕様として定義しこのモデルをよりどころとして開発プロセスを再構築する手法広義のモデルベース開発ソフトウェアの分析 / 設計モデル信号処理や制御アルゴリズムのモデル ( 日経エレクトロニクス 2 月号 /2008 より ) 狭義のモデルベース開発 (MathWorks

12 モデルベースデザインにおける MATLAB&Simulink の位置付け対象となるシステムを記述したモデルを仕様として定義しこのモデルをよりどころとして開発プロセスを再構築する手法広義のモデルベース開発ソフトウェアの分析 / 設計モデル信号処理や制御アルゴリズムのモデル ( 日経エレクトロニクス 2 月号 /2008 より ) 狭義のモデルベース開発 (MathWorks 製品の適用範囲 ) 23 システムモデリング研究要件定義システム設計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 24 12

13 マルチドメインシステムモデル風力発電システムの実行可能な仕様書モデル 25 様々なモデリングアプローチ太陽電池セルのコンポーネントモデル第 1 原理 Simulink 物理コンポーネント Simscape より高度な電気コンポーネントライブラリ SimElectronics 26 13

シミュレーション事例 : 安川電機様アプリケーションメカトロ機器開発用連成シミュレーション環境の構築課題試作検証に課題機能開発機器開発コスト大実機による統合検証の工数大最終実機検証後の手戻りメリット連成シミュレーション環境構築機械装置周辺環境必要なし実機による統合検証の性能評価

dataid=11776&fileid=65793 コード生成テスト & 検証システム設計環境モデルタイミング / 制御ロジックデジタルモデルコンポーネント開発 / 実装 C, C++ アルゴリズム VHDL, Verilog MCU DSP FPGA ASIC アナログモデル

14 シミュレーション事例 : 安川電機様アプリケーションメカトロ機器開発用連成シミュレーション環境の構築課題試作検証に課題機能開発機器開発コスト大実機による統合検証の工数大最終実機検証後の手戻りメリット連成シミュレーション環境構築機械装置周辺環境必要なし実機による統合検証の性能評価問題点の分離が容易設計資源の有効利用出典 :MATLAB EXPO2008 メカトロ機器開発における連成シミュレーション 27 コード生成テスト & 検証システム設計環境モデルタイミング / 制御ロジックデジタルモデルコンポーネント開発 / 実装 C, C++ アルゴリズム VHDL, Verilog MCU DSP FPGA ASIC アナログモデル Electric RF, Analog テスト & 検証自動コード生成事前に検証された C, HDL を自動生成再現性の高い実装結果プロトタイプテストを効率化連続したテスト検証モデルを再利用した検証用テストベンチ協調シミュレーション / テストの自動化より分かりやすい指標で可視化実現性や性能見込を早期に確認し検証を効率化するにはアルゴリズムと実装の架け橋が必要 28 14

実装対象以外のコンポーネントモデルからコード生成 HILS 29 MATLAB & Simulink からのコード生成機能 MATLAB Coder (C)

15 自動コード生成を利用したテスト検証の例アルゴリズム検証のためのコード生成開発早期に実現性を見極める手段の一つラピッドプロトタイピングシミュレーション高速化他の設計 / 開発プラットフォームへデザインをエクスポート実装を検証するためのコード生成実装対象となるコンポーネントモデルからコード生成 PILS 実装対象以外のコンポーネントモデルからコード生成 HILS 29 MATLAB & Simulink からのコード生成機能 MATLAB Coder (C) Embedded Coder (C) Simulink Coder (C) Simulink HDL Coder (Verilog or VHDL Code) DSP & µc FPGA & ASIC 30 15

16 異なるターゲットを対象としたコード生成の適用例 Simulink 高抽象度モデルモデルの詳細化 H/W 実装用 HDL コード生成 Simulink HDL Coder Virtual Platform Simulink 詳細モデル 31 C/HDL を統合したマルチドメインシステム開発システムモデル ~ シミュレーション ~C/HDL コード生成 ~ 検証組込み用コードを協調シミュレーションにより検証フィードバック系で検証可能 AC Motor 入力信号速度制御 MPU 電流制御 FPGA SW 電源 AC モーターデータ解析 Embedded Coder 生成生成 EDA Simulator Link Simulink IDE HDL Simulator C HDL 32 16

17 標準規格への対応 33 終わりに 34 17

18 マルチドメインモデルからマルチターゲットへ実装モデルのエントリー実行可能な仕様書 Simulink Model Simulink Block コード生成 C Stateflow C++ HDL PLC MATLAB code マルチドメインコンポーネント間の相互作用分析システム全体の最適化マルチターゲット Simscape 35 システムシミュレーションの高速化並列処理技術へのスケーラブルな対応並列処理リソースを自動的に利用可能なコンポーネントライブラリモデリング環境の整備モデルに変更を加えることなくシミュレーションを実行する環境を変えるだけで高速化が実現 GPU シングルプロセッサマルチコアマルチプロセッサクラスタグリッドクラウド 36 18

19 コーディングからモデルの詳細化へシステムレベルの高抽象度モデルブロックレベル (HW 部 ) 詳細設計コード生成設定デバイス指定リソース共有パイプライン化, etc. 実装用コード (HDL or C) 自動生成全体最適化アルゴリズム検証ブロックレベル (SW 部 ) コード生成設定プロセッサ指定メモリマップスケジューラ, etc. 詳細設計 37 モデルコード実機による協調検証環境モデルコード実機 38 19

20 シミュレーション実行前にエラーを検出 Before After テストベクタ生成の自動化より速く振舞いの正しさを検証エラー検出を自動化バグの発見を自動化シミュレーションを実行しエラーを検出エラーを検出修正した後にシミュレーションを実行 39 MATLAB & Simulink によるモデルベースデザイン実行可能な仕様書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 Models 連続したテスト検証シミュレーションによる設計複合ドメインシステムを同一環境でモデル化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自動コード生成自動コード生成事前に検証された C, HDL コードを自動生成再現性の高い実装結果プロトタイプテストを効率化連続したテスト検証システムモデルを検証用テストベンチに再利用協調シミュレーション / テストの自動化より分かりやすい指標で可視化 40 20

21 ご清聴ありがとうございました 2011 The MathWorks, Inc. MATLAB and Simulink are registered trademarks of The MathWorks, Inc. See for a list of additional trademarks. Other product or brand names may be trademarks or registered trademarks of their respective holders

モデルベースデザイン(MBD)を始めましょう!

モデルベースデザイン(MBD)を始めましょう! モデルベースデザイン (MBD) を始めましょう! MathWorks Japan アプリケーションエンジニアリング部シニアアプリケーションエンジニア村上直也 2014 The MathWorks, Inc. 1 モデルベースデザイン (MBD) を始めましょう! ますます増えていくスマートシステム多機能なソフトウェアモデルベースデザイン開発プロセスを加速 2 はじめにスマートシステムの増加ソフトの高機能化