導入
第4次産業革命の幕開けとともに、電力系統のデジタル化、ひいてはエネルギーシステム全体のデジタル化は避けられません。デジタル化は大きな価値創造の機会をもたらす一方で、大きな課題ももたらします。
将来のグリッドでは、膨大な量のセンサー、通信、組み込みコンピューティング、組み込みコントローラ、クラウド ソフトウェアが運用とパフォーマンスを支配するサイバー フィジカルな性質を考慮し、業界のリーダーは、モデルベースのエンジニアリング、より具体的にはモデルベースのテストに基づいた新しい設計、テスト、展開、ライフサイクル メンテナンスのプロセスを採用しています。
PVインバータ、配電用変電所、電気自動車、マイクログリッドコントローラなどに制御・通信ソフトウェアを導入する前に、広範囲にわたるテストと検証を行うことは、性能、信頼性、安全性、そしてサイバーセキュリティの確保にとってますます重要になっています。HIL Testedは、ファームウェアとソフトウェアを安全かつ反復可能で体系的な方法でテストする機能を提供し、パワーエレクトロニクスと電力システムの標準になりつつあります。
HIL Tested がソフトウェアおよびファームウェアの設計、テスト、ライフサイクル保守の基礎となりつつある 7 つの主な理由をご紹介します。
1.飛行機は 30 年以上にわたって HIL テストされてきました。
HILテストは、航空宇宙産業において数十年にわたり標準的な手順となっています。組み込みコントローラ、ジェットエンジンコントローラユニット、そして自動操縦装置のテストに至るまで、あらゆる分野で活用されています。航空機制御システムの安全性の重要性は、制御ソフトウェアの開発、テスト、保守プロセスにおいて高い基準を設けています。例えば、ジェットエンジンコントローラは、定期的なラボテストと長時間の飛行に加え、HILテストの広範な記録がなければ、飛行認証を取得できません。テストカバレッジを最大化し、テストあたりのコストを削減し、必要な信頼性を実現するために、HILテストは航空宇宙産業において広く利用されるツールとなっています。
2.組み込みソフトウェアの複雑さは飛躍的に増大しています。
組み込みシステムの複雑さは指数関数的に増大しており、その大きさはソースコード行数（SLOC）で概ね測定できます。このことを説明するために、以下の3つの例と、組み込みコードサイズの経時的な増加を見てみましょう。
- F35 戦闘機、2006 年の6.8M (SLOC) から 2012 年の17M (SLOC)
- 車（ハイエンド）：2000年の200万（SLOC）から2018年の1億（SLOC）へ
- 太陽光発電インバーター: 2018 年に50k (SLOC) から200k (SLOC) へ
機能性、安全性、信頼性の飛躍的な向上により、組み込みシステムは強力なコンピュータへと変貌を遂げ、ビジネスモデルは大きく変化しました。固定されたハードウェアユニットの販売から、新しい組み込みソフトウェアやソフトウェアのアップデート・アップグレードによって実現される、ますます高機能化するスマートで柔軟なデバイスやシステムの販売へと変化しました。
ソフトウェアの複雑さを抑え、開発状況を把握し、市場投入までの時間を継続的に短縮する能力は、HIL モデルベースのテストに基づく高度なテスト プロセスによってのみ実現できます。
3.ソフトウェアの品質を向上し、ソフトウェアのバグを38%削減
複雑さが急激に増大する中で、ソフトウェアの品質を維持し、向上させるにはどうすればよいでしょうか?
それは簡単です。テスト プロセスの厳格な遵守、テスト駆動設計の採用、継続的インテグレーション、開発中の継続的テスト、優れたテスト範囲、テストの自動化です。
VDC の調査によると、設計プロセスの早い段階からライフサイクル保守プロセス全体にわたって Hardware in the Loop を使用すると、ソフトウェア バグの数が 38 % 減少することが示されています。
4.ソフトウェアのバグ修正コストを 70% 削減します。
コードの複雑さが爆発的に増加し、ソフトウェア開発者の数が増加し、コスト削減のプレッシャーが常にかかる中で、ソフトウェア開発時間をどのように短縮すればよいのでしょうか。
VDCの調査によると、組み込みソフトウェアをC-HIL手法を用いて開発・テストした場合、バグ修正コストが70%削減されることが示されています。ここでも答えはシンプルです。モデルベーステストのプロセスを忠実に守ることです。
5.自信を持ってイノベーションを起こし、より速くイノベーションを起こしましょう。
従来、パワーエレクトロニクスおよび電力システム業界は、新製品や新機能のリリースが非常に遅い傾向にありました。電力変換器のテストは、実験室や現場でのテストに頼るしかなく、ミスは大きな損失を招きました。「うまく動作すれば変更しない」という考え方が原因で、製品設計サイクルは5年以上、製品ライフサイクルは25～30年に及んでいました。
HIL テストは、このパラダイムをひっくり返し、開発者が新しいソフトウェア機能を追加することで機能を継続的に改善および進化させることを可能にします。
6.市場投入までの時間を短縮します。
テストプロセスの自動化、継続的インテグレーションの導入、そしてテスト駆動設計の採用は、新製品の市場投入までの時間を継続的に短縮するための確実な方法であることが証明されています。テストの再利用を含むコードの再利用と高度なCIプロセスにより、新機能の追加が日常的なプロセスになります。新しいコントローラー機能をラボで数週間から数ヶ月もテストする必要がなくなると、製品開発の視点が変わります。
現代の自動車を例に挙げてみましょう。新たな付加価値機能の大部分は組み込みソフトウェアから生まれています。パワーエレクトロニクス・コンバータも例外ではありません。次世代のサイバーフィジカル電力網も例外ではありません。
7.システム インテグレーターの権限を強化する。
ますますインテリジェントで高性能なインバーターやその他のスマートデバイスを電力網に統合することは、単に家電製品をシステムに接続するよりも複雑です。システム、相互作用、相互依存性などを理解する必要があります。また、インバーターは進化しているため、システムインテグレーターはそれらの影響を調査・評価するためのツールを必要としています。Controller Hardware in the Loopは、統合が必要なデバイスの完璧なデジタルツインを提供し、システムインテグレーターが最小限のコストと労力でコンポーネントをテスト、評価、変更できるようにします。
クレジット
著者| イヴァン・チェラノヴィッチ
ビジュアル| VDCリサーチ
編集者| デボラ・サント
