JMAAB成果物の紹介jmaab.mathworks.jp/bord/openconf2013/Track2-4_Honda_Sudani.pdf · 概要 2013/6/28 1 MATLAB/Simulinkは制御システムのMBD化を実現するために

JMAAB成果物の紹介「MBD実現への近道はここに」

2013年7月4日

(株)本田技術研究所

四輪R&Dセンター

酢谷慶治

JMAABオープンカンファレンス2013

All Rights Reserved by JMAAB

概要

2013/6/28 1

MATLAB/Simulinkは制御システムのMBD化を実現するために

有効なツールであるが、ツール導入だけではMBD化実現は困難である。

OEM-サプライヤ間また社内部門間で開発プロセス/手法に合わせ、

効率よく活用することが不可欠である。

JMAABはこれまでに54個のワーキンググループ/ワークショップを通して

MBD実現とMATLAB/Simulinkの有効活用について議論/検討を重ね、

その活動成果として数多くのガイドラインやツールをリリースしてきた。

本講演は数多くの成果物の中から代表的なものを抜粋し

具体例を交えながら内容紹介することで、JMAAB成果物を活用することが

MBD実現に有効であることを説明する。

All Rights Reserved by JMAAB 2013/6/28 2

目次

1. JMAAB活動の概要

2. 活動領域/項目/成果物

3. 代表例紹介 1. 要求開発プロセスWGの成果物

2. 制御仕様検証WGの成果物

3. 制御モデル検証設計WGの成果物

4. まとめ


JMAAB活動の概要

2013/6/28 3

MATLAB/Simulinkのユーザ同士での意見が一致し、団体発足、活動スタート



2013/6/28 4

JMAAB( Japan MBD Automotive Advisory Board )とは

国内の自動車メーカーと自動車用制御装置サプライヤーの

MATLAB®ユーザー会でMBD推進活動を実施する。

＜MBD = Model Based Development＞

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（普及）

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

活動のスローガン

☑開発環境構築は協調し、競争は製品で！

☑優れた環境でレベルの高い競争をしよう！

午前中のセッションにて説明済



2013/6/28 5

コード生成

テストデータ

生成

HILS

MILS RCP システム要求分析

システム方式設計

ソフトウェア要求分析

ソフトウェア方式設計

ソフトウェア詳細設計ソフトウェアコード作成

とテスト

ソフトウェア結合

ソフトウェア適格性確認テスト

システム結合

システム適格性確認テスト

モデルベース開発/Vプロセスを実現する上での様々な課題について議論/検討


活動領域/項目/成果物

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No. WG/WS/委員会形態幹事活動開始

年度カテゴリ

1 スタイルガイドWG WG トヨタ自動車株式会社 2002 コントローラモデリング

2 HILSWG WG 日産自動車株式会社 2002 検証

3 データマネージメントWG WG マツダ株式会社 2003 コントローラモデリング

4 検証標準化WG WS 株式会社本田技術研究所 2003 検証

5 品質確認WG WG 日産自動車株式会社 2004 MATLABプロダクト改善

6 フィジカルモデリングWG WG トヨタ自動車株式会社 2005 制御対象モデリング

7 MBDエンジニア育成WG WG 株式会社本田技術研究所 2005 教育

8 Simulink仕様書WGパート2 WG 株式会社日立製作所 2006 コントローラモデリング

9 プラントモデリングWGパート2 WG トヨタ自動車株式会社 2006 制御対象モデリング

10 制御仕様検証検討会 WS マツダ株式会社 2006 検証

11 レポート標準化WG WG アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 2006 MATLABプロダクト改善

12 MBDエンジニア育成WGパート2 WG 株式会社デンソー 2006 教育

13 MBD Promotion WG WG 株式会社日立製作所 2006 啓蒙

14 プラントモデリングWGパート3 WG マツダ株式会社 2007 制御対象モデリング

15 制御仕様検証検討WG WG 株式会社本田技術研究所 2007 検証

16 要求マネージメントWG WG アイシン精機株式会社 2007 MATLABプロダクト改善

17 MATLAB要求委員会委員会アイシン精機株式会社 2007 MATLABプロダクト改善

18 MBDエンジニア育成WGパート3 WG 三菱電機株式会社 2007 教育

19 ステートフローWG WG アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 2008 コントローラモデリング

20 Plant Model Architecture WS WS マツダ株式会社 2008 制御対象モデリング

21 ACG WS WS 三菱電機株式会社 2008 コード生成



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年度カテゴリ

22 制御仕様検証検討WGパート2 WG 株式会社本田技術研究所 2008 検証

23 MATLAB機能評価WG WG 株式会社日立製作所 2008 MATLABプロダクト改善

24 MATLAB要求委員会委員会株式会社日立製作所 2008 MATLABプロダクト改善

25 MBD教本WG WG 株式会社ミツバ 2008 教育

26 Plant Model Architecture WS(継続) WS トヨタ自動車株式会社 2009 制御対象モデリング

27 ACAP WS WS 株式会社本田技術研究所 2009 コード生成

28 MATLAB要求委員会委員会アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 2009 MATLABプロダクト改善

29 MBD教本WGパート2 WG ヤマハ発動機株式会社 2009 教育

30, 31 制御モデル検証設計WS WS ジヤトコ株式会社 2009 – 2010 検証

32, 33 要求検証WS WS 株式会社ミツバ 2009 – 2010 検証

34 ECU Hardware Modeling WS WS 株式会社本田技術研究所 2010 コントローラモデリング

35 Plant Model WS WS MathWorks 2010 制御対象モデリング

36 MBDフレームワークWS WS トヨタ自動車株式会社 2010 MATLABプロダクト改善

37 Simulink API WS WS アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 2010 MATLABプロダクト改善


39 要求開発プロセスWG WG 株式会社本田技術研究所 2011 ＭＢＤプロセス改善

40 Control Model Test Design WG WG ジヤトコ株式会社 2011 検証


42 Simulink API WS WS アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 2011 MATLABプロダクト改善



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年度カテゴリ

43 MBD管理ツールWS WS トヨタ自動車株式会社 2011 ＭＢＤプロセス支援

44 ECU H/W Modeling WS WS 株式会社本田技術研究所 2011 コントローラモデリング

45 ETSS-JMAABフォローアップWG WS 三菱電機株式会社 2011 教育

46 Plant Modeling WSパート2 WS トヨタ自動車株式会社 2011 制御対象モデリング

47, 48 メトリクスWG WG ジヤトコ株式会社 2011-2012 ＭＢＤプロセス改善

49 Plant Modeling WSパート3 WS トヨタ自動車株式会社 2012 制御対象モデリング

50 ETSS-JMAABフォローアップWG WS 三菱電機株式会社 2012 教育

51 ガイドラインWG WG アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 2012 コントローラモデリング

52 車両全体モデル規格化 WS 株式会社ミツバ 2012 制御対象モデリング

53 モデルファイル権限コントロールWS WS 日産自動車株式会社 2012 MBDビジネスモデル

54 いまさら聞けないMBD委員会 WG ヤマハ発動機株式会社 2012 教育

これまでに５４のワーキング/ワークショップ/委員会で活動し

多くの成果物を残してきた



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コード生成

テストデータ

生成

HILS






とテスト



システム結合


プラントモデルアーキテクチャWG プラントモデルWG

スタイルガイドWG

Simulink仕様書WG

データマネジメントWG

エンジニア育成WG

教本WG

ETSS-JMAAB WG

MBD推進WG

Stateflow WG

ACG WS

HILS WG

検証標準化WG

制御仕様検証WG

レポート標準化WG

機能評価WG

品質確認WG

要求委員会

制御モデル検証設計WG

要求開発プロセスWG

管理ツールWS

ACAP WS

ECUハードウェアモデリングWS

MBDフレームワークWS

Simulink API WG

メトリクスWG

車両全体モデル規格化WS

モデルファイル権限コントロールWS

今更聞けないMBD編集委員会

プロセス管理/全般

プロダクト管理/教育/啓蒙



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① モデリングガイドライン(一般公開) CONTROL ALGORITHM MODELING GUIDELINES USING MATLAB, Simulink and Stateflow!!Version 2.0（和訳）

② プラントモデルガイドライン(一般公開)

PLANT MODELING GUIDELINES USING MATLAB/Simulink Version 2.1

③ MBDスキル標準(一般公開) JMAAB Model-Based Development Technology Skill Standard 『ETSS-JMAAB2008』

④ MuPAD入門書(一般公開)

⑤ モデル権限コントロール機能紹介（R2013a） (一般公開)

⑥ MBD用語集（ボード・コアメンバーのみ公開）

MBD用語集 ( 簡易版 )(メンバー公開)

⑦ 要求開発ガイドライン(メンバー公開)

⑧ 制御仕様検証ガイドライン(メンバー公開)

⑨ JMAAB Data Dictionary (メンバー公開)

⑩ 検証標準化ガイドライン (メンバー公開)

⑪ ECUハードウェアモデリングWS活動報告(メンバー公開)

⑫ レポート標準化WG成果(メンバー公開)

⑬ Stateflowアドバンスド資料(メンバー公開)

⑭ モデルベース開発（MBD）の定義(メンバー公開)



• 成果物の種類 – ガイドライン

• ツールの使用方法/使用プロセス/作業プロセスなどについて、推奨とされる内容をまとめたドキュメント

– 事例集

• ガイドライン等で示された内容を具体例として適用した結果。

• 文書のみでは無く、モデルファイル等を含む場合もある。

– 報告書

• ガイドラインまでに至らないものの、活動結果として整理できた内容をまとめたドキュメント

– その他

• 活動中に作成した資料、モデル、データ等

2013/6/28 11

注意）成果物は下記の公開範囲の種類がある。

一般公開：JMAABメンバー登録無くとも全ての人が参照可能

メンバー限定：JMAABメンバー登録していれば参照可能

コア限定：JMAABコア登録されていれば参照可能

ワーキング限定：該当ワーキンググループに参加していれば参照可能


代表例紹介

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コード生成

テストデータ

生成

HILS






とテスト



システム結合


要求を開発

要求仕様通りにモデル設計

設計したモデルを検証


代表例紹介① 要求開発プロセスWG

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要求を開発

要求開発プロセスWG



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現状と課題

ありたき姿

要求の大半は自然言語（口頭、紙ベース）。

抜け漏れや矛盾が含まれる。

要求仕様書を作成する時点で真の要求を満たす形にすることは困難。

下流工程で要求仕様書の抜け漏れや矛盾が発覚することがあり、

下流から上流への大きな手戻りとなり、修正に作業時間と人手がかかる。

効率良く要求開発できるかどうかはエンジニアのスキルや経験に依存している。

要求開発プロセスを活用することで、上流への大きな手戻りの無い効率良い開発をスキルや経験に依存せずに実施できる。



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要求抽出要求分析

要求仕様化要求確認

（構造設計、制御設計へ）

OK

NG

指標指標

指標指標

◆MBDなし

・自然言語

・タイミングチャート

・状態遷移図

・UML、SysML等

指標に適合しているかどうかはレビューでチェック

（文書化）

※「指標」

結果の理由、根拠



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• 明確な客観的完了基準がない

• 要求のヌケ、モレは後工程で見つかる

• “動かしてみないと分からない”ものは実機で確認せざるをえない

⇒要求が開発されていくスピードが遅い



2013/6/28 17

要求抽出要求分析

要求仕様化要求確認

（構造設計、制御設計へ）

OK

NG

指標指標

指標指標

◆MBD

指標に適合しているかどうかはシミュレーションでチェック

モデル

テストケース

モデル

テストケース

・自然言語

・タイミングチャート

・状態遷移図

・UML、SysML等



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• シナリオに基づく明確な完了基準

• 要求のヌケ、モレが見つけやすくなる

• “動かしてみないと分からない”ものを失敗を恐れずに試すことができる

⇒要求が開発されていくスピードが速い



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成果物１）要求開発ガイドライン

“要求工学“で一般的に確立された内容をベースとし、

より自動車業界向けに拡張・詳細化した内容。

Simulink/Stateflowが使用されることを前提とし、要求を育てながらモデルに実装するまでのプロセスを明確化。



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要求定義書

要求仕様

モデル設計

検証作業を進めるために必要となる

情報やドキュメントの例示

要求一覧表

テストケース

要求仕様モデル

エンドユーザーの要望

法規

社会的要求

要求仕様

モデル検証

妥当性検証のためのプロセスを明確化

要求開発プロセスの明確化

実機テスト

制御開発のVプロセスにおいて一番左上の要求仕様検討領域

社会的要求・適応法規、エンドユーザの要望を考慮した要求仕様モデルとテストケース及び関連ドキュメントの作り方を例示



2013/6/28 21

要求開発プロセス図



2013/6/28 22

「要求抽出⇒要求分析⇒要求仕様化⇒要求確認」のサイクルを回す（イタレーション）ことで要求定義を育てていくプロセスとドキュメントの作り方を解説している。



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成果物２）事例集

ガイドラインで示した要求開発プロセスに沿って行った要求開発事例。

最終的な開発結果のみでは無く、要求開発していく過程を含めてまとめてある。

ガイドラインを一通り読んだ後、担当業務に近いものや興味のあるものを選び、ガイドラインの説明に照らし合わせると理解しやすい。



2013/6/28 24

①ユースケース図、要求一覧表、要求定義書（USDM）を作成

②要求定義書を基に要求仕様モデル作成（実行不可能な仕様書）

⇒要求の概念的なレベルでの矛盾に気付く

③要求定義書を基にサブシステムの中身を詳細化していく

④要求定義書を基にテストケースを作成する

⑤要求仕様モデルとテストケースで検証する

⇒要求の矛盾や抜けに気付く


代表例紹介② 制御仕様検証WG

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要求仕様通りにモデル設計

制御仕様検証WG



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Simulink仕様書（実行可能仕様書）により誤解なくソフトウェア開発が実施できる。

ソースコード自動生成、コントローラ実装の効率化と品質向上ができる。



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要求仕様を満足できていないコントローラが作成されることが発生。

Simulink仕様書は制御仕様書（要求仕様書）とおりに出来ていないことがある。

⇒ 実はここが課題。人の経験/スキルに依存。



2013/6/28 28

要求仕様書通りのSimulinkモデルであることを如何にして検証するか？

⇒ ガイドラインで定義した



2013/6/28 29

要求仕様書とSimulinkモデルの検証を行うプロセス及び必要ドキュメントの定義。

どのようなドキュメントを作成し、どのようにツール活用をすれば良いかをまとめた。

・検証プロセスの定義

・必要情報/ドキュメントの定義

・検証手法の提案

成果物１）ガイドライン



2013/6/28 30

検証のプロセス図

必要となる情報/ドキュメント



2013/6/28 31

検証手法の提案



2013/6/28 32

成果物２）事例集

・トランスミッション制御仕様

・パワーウインドウ制御仕様

・ポット制御仕様（SESSAME例題）

ガイドラインに記載された内容に沿って制御仕様検証を実施した結果を事例としてまとめた。



2013/6/28 33


代表例紹介③ 制御モデル検証設計WG

2013/6/28 34

設計したモデルを検証

制御モデル検証設計WG



35

MBDが浸透し始め、開発する制御モデルの数・規模が大きくなってきた。モデルの品質確保が課題になってきた。

「モデル検証」と言っても、検証プロセス、V＆V、形式検証など広義な解決法やツールを入手することはできるが、実際の検証作業としては会社間や担当者間で様々である。

これでモデルの品質確保が出来る？語れる？

背景



36

要求仕様検討

モデル作成

製品

テストドキュメント(テスト仕様書)

どの様にモデルテストをMATLABで行うの

か？

ISO26262

規格とモデルテストがどの様に関わるのか？

モデルテスト実行

モデルテストを手助けしてくれるツールは？

どの様なテストが存在している

のか? 課題

モデル



37

活動 #1

モデル検証に有効なテスト手法の調査

成果物：テスト手法解説書

活動 #2

Simulink制御モデルのテストを行うための方法論の調査

成果物：実施事例、新ツール

活動 #3

開発/生産プロセス標準と検証活動の関係性のマッピング

成果物：各種標準とのテスト手法の関係MAP

MAC2013発表資料より



38

・100を超える種類のテスト手法を収集しグループ化したリストを作成した

テスト手法リスト


Basics (1) Equivalence partitioning /Boundary value analysis Black box test （Gray box test） (2) Domain analysis (3) Combinatorial testing

(Orthogonal table, HAYST method, All-pair)

(4) Decision table testing (5) State transition testing (6) Use case testing (7) Other unique B/B test methods White box test (8) Control flow / Data flow testing Others (9) Control engineering methods (10) Formal method (Model Checking) (11) Data / Keyword driven testing (12) Negative / Invalid / Non-functional testing (13) Static analysis testing



39

“テスト手法解説書”を作成し、WGメンバー間で共有




40

テスト結果レポート

テスト仕様

要求仕様

Test methods Test representation

Domain Analysis Table

Combinatorial Testing Table (Orthogonal, All-pair)

Decision Table Testing Decision Table

State Transition Test Diagram → Table

Use Case Test Diagram→ Table, Textual

White Box Test Diagram (Time series data, etc.) / Table

Formal Verification Formula, Diagram

検証ワークフロー

ほとんどのテスト方式は時系列データおよび表の表現によって適用することができる。

テスト設計

テスト実行

テスト手法とそれらの表現




41

Test design in Excel®

真理値表

時系列データ

手作業

手作業手作業




42

支援ツールはJMAABメンバーによって開発され、MATLABセントラルで公開された。（cmtdtool）

機能:

1. ExcelからSignal Builderへの変換

2. ExcelからTruthTable blockへの変換

3. テストハーネスの自動生成

4. テストレポートの自動生成

Product used:

• Simulink®

• Stateflow®

• Simulink® Verification and Validation™

• Simulink® Design Verifier™

• MATLAB® Report Generator™

• Simulink® Report Generator™




43


事例集の例）パワーウインドウシステムのモデルに境界値テーブルを用いた



44

・ISO26262 ・Automotive SPICE ・ESPR

<Process> ・Test requirements

Process

Test requirements

What standards

What process

What tests

ISO26262, Automotive SPICE, ESPR

<Test Level> Unit Multiple units Integration System Vehicle

同値

分割

法

境界

値分

析

ドメ

イン

分析

組み

合わ

せテ

スト

ユー

スケ

ース

テス

ト

デシ

ジョ

ンテ

ーブ

ル

状態

遷移

テス

ト

ホワ

イト

ボッ

クス

テス

ト

制御

工学

的テ

スト

（過

渡応

答、

各種

判別

法な

ど）

形式

検証

（モ

デル

検査

）

26262

AS

PIC

E

ES

PR

合計

26262

AS

PIC

E

ES

PR

合計

26262

AS

PIC

E

ES

PR

合計

26262

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PIC

E

ES

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合計

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PIC

E

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合計

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AS

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E

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AS

PIC

E

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合計

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AS

PIC

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ES

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合計

26262

AS

PIC

E

ES

PR

合計

26262

AS

PIC

E

ES

PR

合計

ソフトウェア単体レベル 2 2 4 2 2 4 1 2 3 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 2 0 2 0 2 2 2 0 2

ソフトウェア結合レベル 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 0 0 0 0 2 2 1 2 3

ソフトウェアレベル 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 4 0 0 0 0 2 2 1 2 3

H/W、S/W結合レベル 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 2 4 2 2 4 2 2 4 2 0 2 0 0 0 0 0 0 0 2 2

システムレベル 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 0 0 0 0 0 0 0 2 2

車両レベル 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 2 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0

システム設計レベル 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 2

（評点　○･･･2、△･･･1、無し･･･0）

Test level

Test methods

What test methods

is efficient at

which test level?

調査結果としてまとめられている。 ESPR: Embedded System development

Process Reference



まとめ

本講演では以下内容を説明させていただいた。

1. JMAABそもそものモチベーション

2. 取り組んできた活動とその領域

3. 成果物にどんなものがあるか

4. Vプロセス左側の検証領域にFOCUSして成果物紹介 – 要求開発プロセスWGの成果物

– 制御仕様検証WGの成果物

– 制御モデル検証設計WGの成果物

2013/6/28 45


最後に

2013/6/28 46

ご存知かと思いますが・・・

MBD実現はツール導入だけでは無く、

開発プロセス/手法/意識の変革が必要です。

MBD化にむけた困りごとの解決手段、

ベストプラクティス、事例を成果物として公開してきました。

これらはMBD化を推進していく上で間違いなく

有益な情報であると確信しています。

今後も数多くの活動成果物をリリースしていきますので

ご期待ください。

１社だけでは解決困難な問題もJMAAB活動で解決の糸口が

見つかるかもしれません。一緒にJMAAB活動してみませんか？

All Rights Reserved by JMAAB 2013/6/28 47

以上

ご清聴ありがとうございました

Documents

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