三菱電機姫路製作所におけるMBDへの取り組み - MathWorks

2005/10/27 J-MAAB Open Conference
MBD(Model Based Development)
への取り組み
三菱電機(株)姫路製作所 制御機器第一製造部
山田 元美
© Mitsubishi Electric Corporation reserves all rights including industrial property rights and all rights of disposal such as copying and passing on to third parties.
2005/10/27 J-MAAB Open Conference
Abstract
1.MBDの背景
2.MBD開発への取り組み
3.自動コード生成
4.シミュレーション
5.S-Functionの利用
6.MBDの結果
7.めざすところ
2
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2005/10/27 J-MAAB Open Conference
Abstract
1.MBDの背景
2.MBD開発への取り組み
3.自動コード生成
4.シミュレーション
5.S-Functionの利用
6.MBDの結果
7.めざすところ
3
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MBDの目的と効果
背 景
目 的
?
故障診断
複雑な制御
?
?
安全
経済性
?
ソフトウェアの複雑化・大規模化
ソフトウェアの信頼性向上
環境問題
開発効率の向上
?
効 果
早期制御仕様の確立
自動生成によるプログ
ラム作成期間短縮
自動生成による人為的
ミスの削減
開発期間の短縮
開発工数の増大
4
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ソフトウェア開発概要
仕様検討
仕様書作成
&プログラミング
机上検討
手作業
キャリブレーション&制御評価
従来
ツール利用
デバッグ&キャリブレーション
挙動評価
開発工数
キャリブレーション
hgsli
jlgjoireu;
gfjour
導入後
jgpirpougo
g
gjpor
uhh
fyutyured
hfooiujogu
jifjp
仕様作成、
シミュレーション検証
ツールにより
自動生成
自動生成Cコード
制御ブロック図による仕様作成
自動生成ドキュメント
シミュレーション検証
5
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Vプロセス
適合・実車検証
制御
ロジック設計
MBC
MILS
ECU
システム設計
ECU
システム検証
RCP HILS
ソフトウェア検証
ソフトウェア設計
SILS
MILS
MILS
SILS
HILS
MBC
ACG
RCP
ECU
:
:
:
:
:
:
:
Model In the Loop Simulation
Software In the Loop Simulation
Hardware In the Loop Simulation
Model Based Calibration
Auto-Code Generator
Rapid Control Prototyping
Electric Control Unit
実装
ACG
6
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Abstract
1.MBDの背景
2.MBD開発への取り組み
3.自動コード生成
4.シミュレーション
5.S-Functionの利用
6.MBDの結果
7.めざすところ
7
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当社におけるMBDの開発のねらい
z 制御仕様開発効率の大幅向上
z 仕様記述の容易化、理解しやすさ
z 制御仕様テストの早期化と容易化
z プログラム開発効率の大幅向上
z 制御ブロックからのプログラム自動生成
z 制御ブロックからの仕様書自動生成
z テスト検証の効率化
z ECUテストの効率化⇒SILS、HILSの検討
z 客先対応
z お客様と協調した制御開発
8
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仕様記述の容易化、理解しやすさ
z ブロックによる制御仕様の実現
⇒標準ブロックをサポート
⇒仕様記述の容易化を促進、仕様記述のあいまいさの排除
z 実装機能のサポート
(固定小数点モードと浮動小数点モードの切り替え、ビット操作 など)
z データサーバの必要性
z ブロック図とデータを分離して管理
z 機種毎のデータを分離して管理
z ブロック図、データ の再利用
⇒ DataServer構築
„ ソフトウェア定義(データ、他)の
一括編集(エディタ)
„ ブロック図へのデータ展開
ソフトウェア定義
一括編集(エディタ)
データサーバ
モデル図へのデータ展開/データサーバの更新
モデル編集
Simulink
ブロック図
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仕様記述の容易化、理解しやすさ
例 要求仕様:一定時間毎に条件フラグをセットする。
1
動作チャート
0
実施例
カウンタ
フラグ
ブロック作成時の工数削減: 2割~3割減
<実施例にて ブロック数
12→7へ削減>
10
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制御仕様テストの容易化
z 作成支援環境の整備
z 制御ブロック比較ツール
z ブロック検索ツール
z シミュレーション環境の整備
z MILS(Model In the Loop Simulation)⇒Simulator
z SILS(Software In the Loop Simulation)
z HILS( Hardware In the Loop Simulation )
z ECU早期仕様検証環境の整備
z RCP( Rapid Control Prototyping )
⇒早期に仕様を確認し、手戻り工数を削減する
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ソフトウエア開発効率の大幅向上(プログラム自動生成)
z モデルからCプログラムを自動生成
z 当社の開発環境に適応する
„ 既存ツールへの適応
z 可読性がよい
z 生成プログラムの効率がよい
„ RAM容量、ROM容量
⇒ブロック、ツールをカスタマイズ
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ソフトウエア開発効率の大幅向上(仕様書自動生成)
z 制御ブロック図を利用した仕様書(Word)
z データリスト、RAMリストの自動生成
z 仕様書(Word、PDF文書)自動生成
z 仕様書作成時間短縮、メンテナンス時間削減
⇒ Doctor構築
„ 検索機能を強化
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当社におけるMBD開発=ISDP
ISDP : Innovation of Software Design Process
MBC
MILS
ECU
システム設計
ECU
システム検証
RCP HILS
MATLABを中心としたツールチェーン
ソフトウェア検証
ソフトウェア設計
MILS
MILS
SILS
HILS
MBC
ACG
RCP
ECU
:
:
:
:
:
:
:
SILS
Workbench
Model In the Loop Simulation
Software In the Loop Simulation
Hardware In the Loop Simulation
Model Based Calibration
Auto-Code Generator
Rapid Control Prototyping
Electric Control Unit
シミュレーション
モデル図での開発
適合・実車検証
制御
ロジック設計
実装
ACG
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Abstract
1.MBDの背景
2.MBD開発への取り組み
3.自動コード生成
4.シミュレーション
5.S-Functionの利用
6.MBDの結果
7.めざすところ
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Workbench:自社製の統合開発環境
z 機種をキーとした構成管理
z 設計者が一貫した操作で使用できる
変数、パラメータ
定義
Data Server
比較
影響分析
モデル作成と
シミュレーション
テスト支援
Designer
仕様書作成
Doctor
演算処理解析
C 言語用情報解析
マッチングモニタ情報解析
C ソース作成
Auto Coder
Caliber
マッチング
モニタ
情報作成
コンパイル
C 言語プログラム
BIOS 等
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モデル作成
モデル作成
ブロック図で仕様を
作成
データ編集
データ生成
シミュレーション
仮想シミュレーション
Create Block Diagram
コード生成
Cプログラム生成
コンパイル
MATLAB
/Simulink
実装コード生成
適合
マッチングツール
ドキュメント作成
仕様書
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データ編集
モデル作成
ブロック図で仕様を
作成
データ編集
データ生成
シミュレーション
仮想シミュレーション
コード生成
Cプログラム生成
コンパイル
実装コード生成
適合
マッチングツール
ドキュメント作成
仕様書
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シミュレーション
モデル作成
ブロック図で仕様を
作成
データ編集
データ生成
シミュレーション
仮想シミュレーション
コード生成
Cプログラム生成
コンパイル
Sensor
Actuator
Model
適合
MATLAB
/Simulink
acquisition data
実装コード生成
Simulation
Engine
Model
マッチングツール
ドキュメント作成
仕様書
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Cコード自動生成
モデル作成
ブロック図で仕様を
作成
データ編集
データ生成
シミュレーション
仮想シミュレーション
コード生成
Cプログラム生成
Auto - Code Generation
コンパイル
実装コード生成
適合
マッチングツール
ドキュメント作成
仕様書
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コンパイル
モデル作成
ブロック図で仕様を
作成
データ編集
データ生成
シミュレーション
仮想シミュレーション
コード生成
モデル図から自動生成したコード
他のCプログラムとリンク
→ 実装 code 作成
Cプログラム生成
コンパイル
実装コード生成
適合
マッチングツール
ドキュメント作成
仕様書
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適合のサポート
モデル作成
ブロック図で仕様を
作成
データ編集
データ生成
シミュレーション
仮想シミュレーション
コード生成
Cプログラム生成
キャリブレーションパラメータファイル自動生成
コンパイル
実装コード生成
適合
マッチングツール
ドキュメント作成
仕様書
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ドキュメント作成
モデル作成
ブロック図で仕様を
作成
データ編集
データ生成
Specification
シミュレーション
1. "Documentation" block
仮想シミュレーション
3. 補足説明
コード生成
Cプログラム生成
4. Model
コンパイル
5. Data list
実装コード生成
1.1.1.1 xxxxxxx
xxxxxxx:
処理名
XXXX演算値
XXXX 演算処理
処理の内容について、概要を記述する
タイミング図等 補足説明を記述する。
適合
マッチングツール
ドキュメント作成
2. Dialog Window
仕様書
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Abstract
1.MBDの背景
2.MBD開発への取り組み
3.自動コード生成
4.シミュレーション
5.S-Functionの利用
6.MBDの結果
7.めざすところ
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シミュレーションの使用例
z MILS
z お客様から頂いたモデルと組み込み用モデルの検証
z 自社開発技術の検証
z RCP
z 自社のECUにモデルから自動生成したプログラムを組み込んで
実機検証
z SILS
z 既存CプログラムをMATLABに組み込んでシミュレーション
z HILS
z オープンループのモデルでテストパターンを与えながら自動実行
„ OBD(On Board Diagnosis)故障診断
z お客様と同等の環境で比較評価を実施
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RCP使用例
z 当社のECUにモデルから自動生成したプログラムを組
み込んで検証
既存
Cプログラム
既存
Cプログラム
既存
Cプログラム
コード生成
Cプログラム
モデル
実装(コンパイル、リンク)
ECU
処理
新処理
旧処理
制御出力
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SILS使用例(Cプログラムのシミュレーション):モデル
入力ブロック
A
出力ブロックA
S-Function
表示モニター
出力ブロックB
B
表示モニター
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SILS使用例(Cプログラムのシミュレーション):結果
z Fuel cut判定回転数の変更前後比較
-APS
-エンジン回転数
パルス幅変化なし
-変更前の噴射パルス幅
パルス幅ハンチング
-変更後の噴射パルス幅
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HILS使用例:OBD故障診断
z 実用効果の高い下記項目の開発を進めながら、
実用化技術を蓄積する
・入力信号の断線・地絡
OBD故障判定テストの構成
・出力信号の断線・地絡
・入力信号のラショナリティ判定
HILSシステム
・出力信号のラショナリティ判定
モニタ/
ROM作成
制御プログラム
DownLoad
/データ収集
HILS
Processor Board
HILS装置
I/O Board
実ECU I/F装置
・実負荷
・レベルコンバータ
欠陥生成装置
・リレー
・シーケンサ
ECU
WTS
ECU
テスト条件自動実行
ECU接続
ハーネス
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当社HILSシステム
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HILS概略構成(OBD検証用)
z OBD検証用HILSシステム構成
負荷 BOX
負荷 BOX
欠陥生成BOX
パソコン
HILS
I/F BOX
ECU
ETV
HILS
I/F BOX
断線/短絡制御
RS232C
欠陥生成
欠陥生成
BOX
BOX
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OBD故障診断用欠陥生成BOX
z 天絡・地絡・断線・模擬信号(HILS)の4種類の
状態が設定可能
HILS
Processor Board
欠陥生成装置
地絡
模
擬
信
号
Vb
天
絡
断線
汎用シリアル通信
シーケンサ
ECU
*FX2NCは当社の製品です。 32
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Abstract
1.MBDの背景
2.MBD開発への取り組み
3.自動コード生成
4.シミュレーション
5.S-Functionの利用
6.MBDの結果
7.めざすところ
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S-Functionとは何か?
z System Functionの略称
z Simulinkのブロックをコンピュータ言語で記述したもの
z MATLAB®、C、C++、Ada、Fortran
z 連続、離散、複合のシステムに対応可能
z ユーザ独自のブロックをSimulink モデルに追加可能
z 自分のアルゴリズムをモデルに実装できる
z ユーザインターフェイスをカスタマイズできる
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S-Functionの利用
z モデルの隠蔽
⇒DLL(Dynamic Link Library)化
z 新規ブロックの作成
⇒ブロックのカスタマイズ
z 既存Cプログラムのシミュレーション
⇒SILS
z シミュレーション時のデータ生成、収集(テストシーケンス)
⇒データ生成、データ判定、タイミング管理。
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ブロックのカスタマイズの使用例
z 追加ブロック
*関数I/F定義
*条件分岐
*ビット処理系
*ROM/RAM
*カスタムブロック
z 固定小数点のサポート
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SILSでの使用例
z 既存Cプログラムのシミュレーションを行う。
z 制御プログラム自体をPC上でシミュレーションする
ECU
PC
マイコン実行コード
ECU実行コード
入出力プログラム
(BIOS)等
実信号出力
入
力
値
アプリケーション
プログラム
制御プログラム
出
力
値
出力ブロック図
実信号入力
入力ブロック図
アプリケーション
プログラム
制御プログラム
PC実行コード
S-Function
MATLAB用
MATLAB用
入出力プログラム
入出力プログラム
(BIOS)等
(BIOS)等
MATLAB/Simulink
エンジン等制御対象
手入力装置
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データ生成、収集での使用例(自動テスト環境)
z Excelファイルで作成したテスト条件
⇒S-Functionを自動で生成
z モデル内のテストシーケンスを制御する。
z Excelファイルで作成したテスト順序
⇒シナリオを自動で生成
z 複数のテストシーケンスの実行順序を制御する。
2005年6月16日
Ver 1.01.13
38
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OBDテストでの利用例
z OBDの各項目ごとにテストパターンファイルを作成
z OBDシーケンス実行ファイルを作成⇒実行したい項目の
み選択
STEP.No ITEM
NO
実行
1
2○
3○
4○
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
テストシーケンス名
mo_normal1
P0101-2
P0102
P0103
P0104-1
P0104-2
P0200
P0201
P0203
P0206
P0301
P0302-1
P0302-2
P0302-3
P0302-4
P2010
P2011
P2012-1
P2012-2
P2028
シーケンス保存先
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test1
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test2
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test3
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test4
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test5
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test6
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test7
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test8
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test9
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test10
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test11
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test12
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test13
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test14
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test15
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test16
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test17
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test18
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test19
D:\Test\Common\HILS\S_Function\test20
テストシナリオ
ロギングロギング
実行時 データのデバッグ
保存 モード 備考
間
10○
Test1
30○
○
Test2
50○
Test3
60○
○
Test4
20
Test5
40○
Test6
15○
Test7
20○
Test8
30○
Test9
45○
Test10
25○
Test11
60○
Test12
70○
Test13
15
Test14
10
Test15
5○
Test16
30○
Test17
65○
Test18
55○
Test19
50○
Test20
コマンド
次STEP.No 入力信号
までの ○
○
入力設定 OBD
出力確認 備考
○
→出力確認
仮故障コー
SGT
WaitTime ド
故障コード MIL
-
ms
130
-
-40
-
RED
AOUT
CAM
CRANK
CRANKUS
TT3EPR
DA12
RED2
DIG-OUT4 CAM-DIG1 DIG
- 入力設定
0x13OBD
STEP.No ITEM
コマンドDIG-O
次
.NEoD1入力信号
出力確認 備考
までの ○
○
○
○
○
○
○
→出力確認
-
4
12
6-
2
3
P110
P110仮故障コー
- WaitTim-
-
-
-
-
e IG
WTS
AFS
ATS
CRK - SGC
SGT
WaitTime ド
故障コード MIL
1初期値設定
OFF (ms)
20
2
20O
F
F
P
2
0,P
1
○
-
℃
V
℃
-
-
ms
-
130
5
130- 800,P1,R2:1 -
2normal設定
0ON
2 -40 20OFF
P-40-
1
0/R5:100
1000
○
- 20
1
-
DOUT
RED
AOUT
RED
DOUT
CAM
CRANK
normal出力
CRANK3000↑
↑ DIG-OU↑
3 確認
T3 RED1 ↑ DA12 ↑ RED2 P0 DIG-OU↑
T4 CAM-DIG1 DIG 0
0x13 ◎
4
100↑
open_on (+)0.5
↑
↑
↑
(+)200
0
◎
故障コード
-
4
12
6-
2
3
P110
P110
5 取得
call(com_fn_R
1000↑
↑ - ↑ - ↑ - ↑ - ↑ - P5 -
◇
ON
- 0◇
6normal終了 1初期値設定
OFF
↑ OFF ↑
↑
↑2
↑
20
20OFF ↑ P2
0,P1
○
リレーOFF
800,P1,R2:1
7 確認
wait(C
ONTal設
ROL定
_RLY>=12)
2norm
0ON
20
2
20OFF
P1
0/R5:100
1000
○
WaitTime IG
(ms)
-
-
-
DOUT
WTS
℃
○
○
AFS
V
ATS
℃
normal出力
3 確認
3000↑
4
100↑
故障コード
5 取得
call(com_fn_R
1000↑
6normal終了
OFF
リレーOFF
7 確認
wait(CONTROL_RLY>=12)
○
○
CRK
-
5
130-
1
-40-
RED
DOUT
SGC
↑
open_on
↑
(+)0.5
↑
↑
↑
↑
P0
↑
↑
(+)200
0
0
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
P5
↑
0◇
◎
◎
◇
ON
テストシーケンス
STEP.No ITEM
コマンド
次STEP.No 入力信号
までの ○
○
WaitTime IG
(ms)
-
-
-
DOUT
WTS
℃
1初期値設定
2normal設定
0ON
normal出力
3000↑
3 確認
4
100↑
故障コード
1000↑
5 取得
call(com_fn_R
6normal終了
OFF
リレーOFF
7 確認
wait(CONTROL_RLY>=12)
○
ATS
℃
130
-40
RED
AOUT
DIG-OUT3 RED1
-
-
OFF
○
AFS
V
DA12
4
入力設定 OBD
○
→出力確認
仮故障コー
SGT
WaitTime ド
故障コード MIL
-
ms
-
-
CAM
CRANK
CRANKDIG-OUT4 CAM-DIG1 DIG
0x13
○
CRK
-
5
130-
1
-40-
RED
DOUT
RED2
12
SGC
20
2
6-
-
20OFF
-
P2
20
2
20OFF
P1
3
-
0,P1
800,P1,R2:1
0/R5:100
-
-
-
出力確認 備考
○
2
P110
P110
○
1000
○
◎
◎
↑
open_on
↑
(+)0.5
↑
↑
↑
↑
P0
↑
↑
(+)200
0
0
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
P5
↑
0◇
◇
ON
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シナリオの自動実行
zPythonプログラム
zPC上で試験手順を制御
zS-function
zモデル内で信号を制御
zデータのロギングを実施
S-Function
S-Function
Python(プログラム)
Python(プログラム)
*Python は Guido van Rossum 氏による、フリー
なオブジェクト指向プログラミング言語です。
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Abstract
1.MBDの背景
2.MBD開発への取り組み
3.自動コード生成
4.シミュレーション
5.S-Functionの利用
6.MBDの結果
7.めざすところ
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MBDの結果
z ACG、RCP
z 自動コード生成環境の構築(for MATLAB R12.1)
z SILS
z SILS環境の構築(for MATLAB R12.1)
z HILS
z 自動測定のシステムが完成
z テストシーケンスの作成の自動化が完成
z OBDの断線・天絡・地絡故障の自動検証環境が完成
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MBDにおける課題
z 初期費用が大
z MATLABのバージョンアップによる互換性
J-MAAB活動
z 自動コード生成コードの効率
⇒ROM/RAM容量の増大
⇒マイコン性能向上の必然性
⇒ECU価格上昇
z MBDを使用して開発できるエンジニアの不足
J-MAAB活動
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自動コード生成における課題
Simulink仕様書
組み込み用モデル
変換
この間の工数
z如何に削減するか?
¾記述ルールの統一
検
証
に
要
す
自動コード生成
る工
数
¾自動化⇒検証ツールの利用(検討)
J-MAAB活動
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シミュレーションにおける課題
シミュレーションに必要なもの
zこれらの作成工数を如何に削減するか?
¾ツールの改修、作成
モデル
STEP.No ITEM
コマンド
¾データの再利用化と再利用しやす
い環境の構築
次STEP.No 入力信号
までの ○
○
WaitTime IG
(ms)
-
-
-
DOUT
WTS
℃
1初期値設定
2normal設定
0ON
○
AFS
V
ATS
℃
130
-40
RED
AOUT
DIG-OUT3 RED1
-
-
OFF
○
DA12
4
入力設定 OBD
→出力確認
仮故障コー
SGT
WaitTime ド
故障コード MIL
-
ms
-
-
CAM
CRANK
CRANKDIG-OUT4 CAM-DIG1 DIG
0x13
○
CRK
-
5
130-
1
-40-
RED
DOUT
RED2
2
6-
-
20OFF
-
P2
20
2
20OFF
P1
-
-
2
3
-
0,P1
800,P1,R2:1
0/R5:100
P110
¾教育⇒
J-MAAB活動
P110
○
1000
○
テストシーケンス
normal出力
3000↑
3 確認
4
100↑
故障コード
1000↑
5 取得
call(com_fn_R
6normal終了
OFF
リレーOFF
7 確認
wait(CONTROL_RLY>=12)
出力確認 備考
○
SGC
20
-
12
○
↑
open_on
↑
(+)0.5
↑
↑
↑
↑
P0
↑
↑
(+)200
0
0
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
↑
P5
↑
0◇
◎
◎
◇
ON
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Abstract
1.MBDの背景
2.MBD開発への取り組み
3.自動コード生成
4.シミュレーション
5.S-Functionの利用
6.MBDの結果
7.めざすところ
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めざすところ
z モデルによる制御設計⇒自動コード生成
z
z
z
z
モデル開発に適した新規開発の制御に適用する
生成コードの効率化
モデルと生成コードの一致性検証を自動化
MATLABR14への開発環境整備
„ 今後のMATLABのバージョンアップに対する開発環境の移
植性向上
z シミュレーション
z 繰り返しテスト、テストデータの再利用、自動テスト
⇒テスト工数の削減に有用⇒適用を進めていく
z エンジンモデルでのシミュレーション検証
z さらなるモデルの利用の検討
z 実機適合
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ロゴ
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