はじめに
産業革命4.0の幕開けとともに、電力網のデジタル化、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ない。デジタル化は価値創造の大きな機会をもたらす一方で、大きな課題ももたらす。
大量のセンサー、通信、組込みコンピューティング、組込みコントローラー、クラウドソフトウェアが運用と性能を支配する未来の送電網のサイバーフィジカルな性質を考慮し、業界のリーダーたちは、モデルベースエンジニアリング、より具体的にはモデルベーステストに基づく新しい設計、テスト、配備、ライフサイクル保守プロセスを取り入れている。
太陽光発電インバータ、配電用変電所、電気自動車、マイクログリッド・コントローラに導入する前に、制御および通信ソフトウェアを広範囲にテストし、検証することは、性能、信頼性、安全性、サイバーセキュリティにとって非常に重要になってきている。HILテストは、ファームウェアとソフトウェアを 安全で反復可能かつ体系的な方法でテストする能力を提供し 、パワーエレクトロニクスと電力システムにおける標準になりつつあります。
HIL Testedがソフトウェアとファームウェアの設計、テスト、ライフサイクル・メンテナンスの礎石となりつつある7つの主な理由がここにある。
1. 飛行機は30年以上にわたってHILテストされてきた。
HILテストは、何十年もの間、航空宇宙産業における標準的な手順となっています。組み込みコントローラやジェットエンジンのコントローラユニットのテストから、自動操縦に至るまで。航空機の制御システムの安全性は極めて重要であるため、制御ソフトウェアの開発、テスト、メンテナンス・プロセスのハードルは高く設定されています。例えば、ジェットエンジンの制御装置は、通常の実験室でのテストと多くの飛行時間に加え、HILテストの広範な記録なしに飛行認証を取得することはできません。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、必要とされる信頼性を達成するために、HILテストは航空宇宙においてユビキタスなツールとなっている。
2. 組込みソフトウェアの複雑さは指数関数的に増大している。
組込みシステムは、ソースコードライン（SLOC）で大まかに測定できる複雑さが指数関数的に増加している。これを説明するために、これら3つの例と、時間とともに増加する組み込みコードサイズを見てみましょう：
- F35戦闘機 2006年の6.8M（SLOC）から2012年の17M（SLOC）へ
- 自動車（ハイエンド）：2000年の2M（SLOC）から2018年の100M（SLOC）へ
- ソーラーインバータ：2018年に5万円（SLOC）から20万円（SLOC）へ
機能性、安全性、信頼性が飛躍的に向上したことで、組み込みシステムは強力なコンピューターとなり、ビジネスモデルも転換した。固定されたハードウェア・ユニットの販売から、新しい組込みソフトウェアやソフトウェアのアップデートやアップグレードによって実現される機能が増え続ける、スマートでフレキシブルなデバイスやシステムの販売へと。
ソフトウェアの複雑さを調整し、開発状況に対する洞察を維持し、市場投入までの時間を短縮し続ける能力は、HILモデルベースのテストに依存する高度なテストプロセスによってのみ達成できる。
3. ソフトウェアの品質を向上させ、ソフトウェアのバグを38%削減。
指数関数的な複雑さの増大と戦いながら、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いいのだろうか？
それはシンプルだ：テストプロセス、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、優れたテストカバレッジ、テストの自動化。
VDCの調査によると、ハードウェア・イン・ザ・ループを設計プロセスの初期段階からライフサイクル・メンテナンス・プロセス全体で使用した場合、ソフトウェアのバグ数が38％減少することが示されている。
4. ソフトウェアのバグ修正コストを70%削減。
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え、常にコスト削減のプレッシャーに直面する中で、どのようにソフトウェア開発時間を短縮するのだろうか？
VDCの調査によると、組込みソフトウェアがC-HIL手法を用いて開発・テストされた場合、バグ修正にかかるコストが70%削減される。繰り返しますが、答えは簡単です：モデル・ベースのテスト・プロセスへの執拗な追従です。
5. 自信を持って革新せよ。より速く革新する。
従来、パワーエレクトロニクスやパワーシステムの業界では、新製品や新機能のリリースに非常に時間がかかっていた。研究室や現場でのテストがパワー・コンバーターをテストする唯一の方法であり、ミスは高くつくものでした。そのため、製品の設計サイクルは5年以上、製品のライフサイクルは25～30年となっていた。
HILテストは、このパラダイムをひっくり返し、新しいソフトウェア機能を追加することで継続的に機能を改善し、進化させる力を開発者に与えている。
6. 市場投入までの時間を短縮する。
テストプロセスの自動化、継続的インテグレーションの採用、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確実なレシピであることが証明されている。テストの再利用と高度なCIプロセスを含むコードの再利用は、新機能の追加を日常的なプロセスにすることを可能にする。新しいコントローラー機能を何週間も何カ月もラボでテストする必要がなくなれば、製品開発レンズは変わる。
現代の自動車を例にとってみよう：付加価値の高い新機能の大半は、組み込みソフトウェアから派生している。パワー・エレクトロニクス・コンバーターも同じだ。次世代のサイバー・フィジカル・パワー・グリッドも同様だ。
7. システムインテグレーターに権限を与える。
新しい、よりインテリジェントで高性能なインバーターや他のスマートデバイスをグリッドに統合することは、単に電気製品をシステムに接続するよりも複雑である。システム、相互作用、相互依存関係などを理解する必要がある。また、インバーターが進化しているため、システム・インテグレーターはその影響を調査・評価するためのツールを必要としています。コントローラ・ハードウェア・イン・ザ・ループは、統合する必要があるデバイスの完全なデジタル・ツインを提供し、システム・インテグレータ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、修正することを可能にします。
クレジット
著者 ｜イヴァン・セラノヴィッチ
ビジュアル ｜VDCリサーチ
編集 ｜デボラ・サント
