MATLAB/Simulinkを利用したモデルベース開発のトレンドと将来展望

Size: px

Start display at page:

Download "MATLAB/Simulinkを利用したモデルベース開発のトレンドと将来展望"

あつとしはやしもと
4 years ago
Views:

2 アジェンダはじめに The MathWorks MATLABプロダクトファミリ自動車業界での利用モデルベース開発モデルベース開発とは導入効果開発プロセスのトレンドまとめ 2

サイバネットシステム株式会社 (~2009 年 6 月 30 日 ) The MathWorks

3 はじめに開発元 : The MathWorks, Inc. 本社 : 米国マサチューセッツ州, Natick 従業員 2,000 名超 25 カ国に支社代理店を展開 350 社以上のパートナー 6 ヶ月毎に最新版をリリース (2006/03~) 3 月と 9 月の年 2 回 (R200X a/b) 導入実績 175 カ国以上 100 万人以上のユーザ 3,500 以上の大学国内での販売サポートサイバネットシステム株式会社 (~2009 年 6 月 30 日 ) The MathWorks 日本法人へ事業移管 (2009 年 7 月 1 日 ~) 3

4 MATLAB/Simulink プロダクトファミリ MATLAB を中心とした 90 以上のツール群 ( 拡張ライブラリ / 追加オプション ) 4

5 適用分野と産業分野適用分野データ解析実験計測制御システム設計通信システム設計信号処理画像処理産業分野自動車教育航空宇宙電機通信環境 / エネルギー医療 / 科学 5

6 MATLAB とは? 各種 Toolbox( オプション製品 ) アプリケーション展開ツールデータアクセスツール全世界 100 万人が選んだ対話的プログラミング環境強力な計算エンジン豊富な関数アルゴリズム開発データ解析可視化 6

7 Simulink とは? 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各種 Blockset Stateflow コード生成ツール 7

8 R2009a(2009 年 3 月リリース ) MATLAB プロダクトファミリ新機能 fft およびその他の MATLAB 関数でのマルチコア処理をサポート Parallel Computing ToolboxでデスクトップPC 上の8 個のプロセッサコアまでが利用可能 MATLAB プログラムおよびアプリケーションで.NET クラスを直接使用することが可能 Curve Fitting Toolboxにおける曲面近似オブジェクトを含む曲面近似や新しいGUI Symbolic Math Toolboxにおいて数式表現からSimulinkブロックを生成 8

9 R2009a(2009 年 3 月リリース ) Simulink プロダクトファミリ新機能 Simulink および Stateflow においてシミュレーション状態の保存復元および再開機能を追加 Simulink Fixed Point において Discrete Filterブロックおよび Simulinkデータオブジェクトの自動スケーリングで固定小数点をサポート Real-Time Workshop および Real-Time Workshop Embedded Coderにおいてメモリ使用量の削減や実行時間の短縮など生成されるコードの効率が向上 Simulinkモデルパラメータを推定および最適化するための新製品 Simulink Design Optimizationを追加 9

10 自動車業界で採用されている理由 1. モデルベース開発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. 開発プロセスにフィット先行開発量産開発への移行がスムースモデルのリファインが容易 OEM-サプライヤ間をまたいだ開発をサポート 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. The MathWorks と自動車業界ユーザ会との親密な関係 (MAAB/JMAAB) 10

11 JMAAB JMAAB (Japan MATLAB Automotive Advisory Board) 国内自動車メーカーと同自動車用制御装置サプライヤーの MATLAB ユーザー会活動目的モデルベース開発 (MBD) の推進 MBDプロセスの早期実現 MATLAB/Simulink ベースでの設計開発環境の発展自動車メーカーとサプライヤーの境界を越えた効率的な開発環境の実現 11

12 JMAAB の組織構成ボードメンバー (9( 名 ) 運営計画活動案の策定議題の選定など全決議採択運営計画活動案の策定議題の選定など全決議採択大井 ( デンソー ) 大畠( トヨタ自動車 ) 尾形( ミツバ ) 片山( トヨタ自動車 ) 久保( アイシン AW) 嶋田( 本田技術研究所 ) 進矢( マツダ ) 鈴木( デンソー ) 山中( 日立製作所 ) 50 音順 JMAAB 一般メンバーコアメンバー (20( 社 ) WG 活動への参加が可能アイシン精機アイシンAW アドヴィックスいすゞ自動車ボードメンバージヤトコスズキデンソートヨタ自動車日産自動車日立製作所富士重工業本田技術研究所マツダ三菱電機三菱自動車ヤマハ発動機三菱ふそうトラックバス日産ディーゼルミツバ現代自動車コアメンバー WG WG WG 一般メンバー (1548( 名 474 社 : 2009 年 5 月 15 日現在 ) WEBでの登録ユーザ数 JMAABサイトより成果物を利用できる自動車業界をはじめエレクトロニクス航空宇宙精密機器教育機関など多数の業界からも登録事務局 12

13 アジェンダはじめに The MathWorks MATLABプロダクトファミリ自動車業界での利用モデルベース開発モデルベース開発とは導入効果開発プロセスのトレンドまとめ 13

14 設計エラーの早期検出の重要性開発工程における設計エラーの混入 / 検出設計エラーの検出が遅れるほど修正に必要となるコスト時間が増大 70% 60% 60% 55% 50% 設計エラーの早期検出修正 40% 30% 22% 品質コスト納期改善効果大 20% 10% 0% 8% 21% 15% 12% 7% 検出解決策モデルベース開発仕様検討設計実装テスト検証混入 Clive Maxfield and Kuhoo Goyal EDA: Where Electronics Begins TechBites Interactive, October 1, 2001 ISBN: ] 14

15 従来の開発プロセス要求仕様設計実装紙ベースの仕様書曖昧な記述再利用が困難プロトタイプテスト不十分かつ高コストテスト検証ハンドコードヒューマンエラー混入品質のばらつき従来のテスト最後でエラー検出手戻りの発生 15

16 モデルベース開発の適用要求仕様設計環境モデル環境モデルシステムビヘイビアモデル環境モデル環境モデルフィジカルフィジカルコンポーネントモデルコンポーネントモデル実装実行可能な仕様書 - あいまいさの除去 - 要求仕様書へのリンクアルゴリズムアルゴリズムシミュレーションによる設計 - 試作機作成の低減 - 体系的な仮説による解析の実現 C, C, C++ C++ アルゴリズムアルゴリズムコード生成コード生成コード生成コード生成 VHDL, VHDL, Verilog Verilog テスト検証 MCU MCU DSP DSP FPGA FPGA ASIC ASIC 自動コード生成 - 工数と労力の削減 - コードの再利用 - コーディングエラーの最小化 16

17 モデルベース開発実行可能な仕様書モデルの詳細化継続的な検証継続的なテスト検証 model シミュレーションによる設計コード生成による実装モデルからのコード生成 17

18 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実行可能な仕様書 model シミュレーションによる設計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コード生成による実装適用プロダクト MATLAB Simulink 適用分野に特化した各種ライブラリ Toolbox: MATLAB 用 Blockset: Simulink 用 18

19 MATLAB プロダクトファミリによるモデルベース開発環境シミュレーションによる設計実行可能な仕様書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継続的なテスト検証 model シミュレーションによる設計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コード生成による実装適用プロダクト Simulink Stateflow Fixed-Point Toolbox Simulink Fixed Point 19

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コード生成による実装適用プロダクト Real-Time

20 MATLAB プロダクトファミリによるモデルベース開発環境コード生成による実装継続的なテスト検証実行可能な仕様書 model シミュレーションによる設計コーディングエラーの抑制再現性の高い実装結果 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コード生成による実装適用プロダクト Real-Time Workshop Real-Time Workshop Embedded Coder Stateflow Coder Simulink HDL Coder 20

21 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継続的なテスト検証実行可能な仕様書 model コード生成による実装シミュレーションによる設計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適用プロダクト Simulink Verification & Validation Simulink Design Verifier SystemTest 21

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品質向上

22 モデルベース開発の効果モデルベース開発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継続的なテスト検証実行可能な仕様書コード生成による実装シミュレーションによる設計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コスト削減ハードウェアプロトタイプの削減手戻りの抑制 22

23 実際の導入効果はどうなのか? 本日ご紹介する事例ケーススタディ : IBS による調査レポート Simulink の投資対効果自動車業界におけるモデルベース開発適用事例他にもケーススタディや適用事例が多数公開されています日本語 : 英語 : 23

24 ケーススタディ : IBS による調査レポート Simulink の投資対効果 International Business Strategies (IBS) の著名なアナリストによる調査報告システムレベル設計にSimulinkを適用した業界有力企業 5 社においてインタビュー実施報告には HD ビデオプロセッサの製造元も含まれる本報告書は下記 URL にて公開されています ( 英文 ) 和文版 ( サマリ ) を希望される方は別途ご連絡ください 24

25 ケーススタディ : IBS による調査レポート Simulink の投資対効果 Simulinkベースの開発プロジェクトは従来手法と比較して1/3~1/2の期間で完了している Simulinkを導入したことによる直接的なコスト削減効果 = $100 万以上コスト削減効果は全般的には導入による開発期間短縮などに基づくケーススタディ Simulink を用いなかった場合の開発コスト ( 予測値 ) Simulink を用いた場合の開発コスト ( 予測値 ) 直接的なコスト効果 $M Data Comm Interface $3.1M $1.5M $1.6M Wireless LAN $3.7M $1.6M $2.1M Wireless Baseband IC $2.5M $0.9M $1.6M Video Processor $3.0M $1.2M $1.8M Wireless $3.1M $1.5M $1.6M 25

26 ケーススタディ : IBS による調査レポート Simulink の投資対効果間接的なコスト効果 $10M+ プロダクトライフサイクルにおける利益機会の創出など市場投入までの期間短縮製品性能の最適化競争力の維持これらの間接的な効果は量産設計においてもっとも顕著に表れておりその試算額は $10M-$20M に及ぶ直接的な効果のみを考慮するのではなく間接的な効果と合わせて Simulink による MBD 導入を検討するべき 26

自動車業界におけるモデルベース開発の適用事例トヨタトヨタ / プリウスのエンジン冷却水蓄熱システムのプリウスのエンジン冷却水蓄熱システムの ECU ECU へ実装へ実装日経エレクトロニクス日経エレクトロニクス 2003.12.

file=8438 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 http://www.

27 自動車業界におけるモデルベース開発の適用事例トヨタトヨタ / プリウスのエンジン冷却水蓄熱システムのプリウスのエンジン冷却水蓄熱システムの ECU ECU へ実装へ実装日経エレクトロニクス日経エレクトロニクス号より号より日立ノースアメリカのラピッドプロト日立ノースアメリカのラピッドプロト ECU ECU 開発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トヨタ / デンソーが自動車量産ソフト開発においてデンソーが自動車量産ソフト開発において MATLAB MATLAB R14 R14 を本格導入を本格導入

28 アジェンダはじめに The MathWorks MATLABプロダクトファミリ自動車業界での利用モデルベース開発モデルベース開発とは導入効果開発プロセスのトレンドまとめ 28

Studying the Impact of MBD: モデルベース開発の影響参加者参加者情報対象 Aerospace Research Tool Supplier OEM Supplier (Translation by presenter) Managing Directors High-level

29 Studying the Impact of MBD: モデルベース開発の影響参加者参加者情報対象 Aerospace Research Tool Supplier OEM Supplier (Translation by presenter) Managing Directors High-level personnel and experts in research and development Institute leaders and department heads of leading research organizations Germany United Kingdom Austria 対象国 Sweden USA 29

30 Front-Loading the Effort: 開発のフロントローディング化が進む Trends in Development Process 要求分析システム設計実装テスト (Translation by presenter) 1996 年 : 要求分析 5% システム設計 10% 実装 45% テスト40% 2008 年 : 要求分析 20% システム設計 25% 実装 25% テスト30% 2016 年 : 要求分析 30% システム設計 25% 実装 15% テスト30% 30

31 System Design and Modeling: 再利用の増加と設計エラーの減少 Trends in System Design 設計の繰り返し繰り返しの調整設計エラーモデルの再利用 (Translation by presenter) 31

32 Implementation: 自動コード生成の適用 Using Hand-Code in Models Production Code Generation from Models Hand Code Modeled Elements None Some Most All (Translation by presenter) 32

33 Test and Verification: 人員を増やすことなくテスト工程を改善 Trends in Component Testing テスト回数自動テストケース生成テストケースエラーの発見エンジニア数 (Translation by presenter) 33

34 アジェンダはじめに The MathWorks MATLABプロダクトファミリ自動車業界での利用モデルベース開発モデルベース開発とは導入効果開発プロセスのトレンドまとめ 34

35 まとめ MATLAB プロダクト MATLAB とは? 研究者技術者のためのテクニカルコンピューティング環境 Simulink とは? 業界標準のモデルベース開発環境開発元 :The MathWorks, Inc. モデルベース開発とは? 実行可能な仕様書自動車制御システム開発において多く採用されているプロセス Simulinkで作成した1つのモデルを開発の上流から下流までの全てのプロセスで共用し統一された環境におけるシステム開発を可能にするプロセスシミュレーションによる設計モデルコード生成による実装連続したテスト検証 35

36 まとめ導入効果はどうなのか? ケーススタディ : Simulink の投資対効果自動車業界でのユーザー事例開発プロセスのトレンド実行可能な仕様書調査レポートに基づいて今後の傾向をご紹介しましたシミュレーションによる設計モデル連続したテスト検証コード生成による実装 36

37 ご清聴ありがとうございましたサイバネットシステムブース小間番号 122 番 37

PowerPoint プレゼンテーション

PowerPoint プレゼンテーション MATLAB 2008 5 22 Quick history - Cleve Moler s original MATLAB program Quick history The MathWorks in 1984 Cleve Moler Jack Little MATLAB/Simulink MATLAB 80 / MATLAB Toolbox 100 Simulink Blockset Stateflow