はじめに
株式会社三社電機製作所（SanRex.(株式会社三社電機製作所（サンレックス）は、日本のパワー半導体および産業用電源機器メーカーです。パワーエレクトロニクスと創造性で社会を進化させるという目的のもと、三社電機は世界中の産業に貢献しています。大阪に本社を置く同社は、電力変換技術をソリューションの中核に据え、イノベーションを推進し続けています。Typhoon HILのHIL（Hardware-in-the-Loop）ソリューションを採用することで、制御ソフトウェアの開発ワークフローを劇的に加速させることに成功した。
杉山淳、木山博信、藤田明宏、杉山勇の4名が、Typhoon HILユーザーである技術開発部の三宅さん、山本さん、ハクさんを訪ね、HIL技術の実体験をインタビューした。
あなたの部署でのチームの仕事について教えてください。
山本さん 様々なエネルギー源を利用したインバーターやシミュレーター電源を開発しています。主な用途は、蓄電池、燃料電池、太陽電池などです。
HILテクノロジーがあなたの部署に導入される前に、どの程度知っていましたか？
山本：C-HIL（Controller Hardware-In-the-Loop）は知りませんでしたが、P-HIL（Power Hardware-In-the-Loop）はお客さんの現場で見たので知っていました。
HAKU：HILという言葉は以前から何度も耳にしていましたが、本当の意味でのHILというものを明確に理解していたわけではありませんでした。
三宅さん今の部署に入るまでは意識していませんでした。
Typhoon HILの採用を決めた理由は何ですか？
山本氏：Typhoon HILを導入する前には、2つの大きな課題がありました。1つ目は、デジタル部分と電源システムの統合テストを行う前に、デジタルテストの範囲が狭いこと。もうひとつは、ハードウェア設計とソフトウェア設計を並行して行うことができず、逐次的に行う必要があったことです。同時並行で処理する部分もあったが、ほとんどの作業は直線的に段階を追って行われたため、進捗が遅れた。
Haku氏：Typhoon HILを導入する前は、回路シミュレータを使って実際のソフトウェアをデバッグしていました。回路シミュレータを使う場合、シミュレーションの実行や結果の確認にかなりの時間がかかります。特に複雑なシミュレーションを行うと、解析結果が出るまでに半日かかることもありました。
Typhoon HILを使う最大のメリットは、これまで回路シミュレータで半日かかって解析していた結果を、リアルタイムで反映できることだ。
ハクさん
三宅さん Typhoon HILを使う前は、ハードウェアとソフトウェアの両方が完成してからデバッグを行っていました。テスト中に問題が発生した場合、ハードウェアが損傷する可能性があり、ハードウェアの再構築とその後の再検証が必要でした。このプロセスでは、何度も修正や修理が必要になることが多く、開発に要する時間が長くなっていました。
Typhoon HILを選んだ理由は？
山本さん第一に、リーズナブルな価格で入手できるC-HILシステムが他に見つからなかったこと。次に、ハードウェアの仕様から、キャリア周波数が100kHz程度であれば、HILプラットフォームとして十分な信頼性を確保できると確信しました。車載アプリケーション向けのHILソリューションはありましたが、電力変換器に適したものを見つけるのはかなり困難でした。率直に言って、私たちの要求に合致するデバイス・スペックを持つHILメーカーは他に見つからず、Typhoon HILが私たちの目的を満たすことができる唯一のプラットフォームであったため、事実上Typhoon HILが唯一の選択肢でした。
HILテストはどのような用途に使われていますか？
山本さん私たちは、太陽光発電とバッテリーを組み合わせた電力変換システム（PCS）や、エネルギー貯蔵と組み合わせた燃料電池を含むシステムで、Typhoon HILを活用しています。コンバーターとシステム全体の統合構成や、系統安定化などの新技術に効果的に適用しています。
三宅さん Typhoon HILは、系統安定化用に設計されたパワーコンディショナの試験、特に系統側の電圧や周波数を意図的に変化させる条件下での試験に活用しています。今後は、このような変動に対してパワーコンディショナがどのような挙動を示すかを調べる予定です。
あなたにとって、Typhoon HILの最も重要な利点は何ですか？
山本氏 Typhoon HILを使用する最大のメリットは、開発時間の短縮です。また、システムの挙動を視覚的に観察できるため、ソフトウェアが正しく機能しているかどうかの判断が容易になりました。以前は、遠隔地にある大型装置を検証するために、開発現場と工場を頻繁に往復しなければなりませんでした。今では、検証の多くを現地で行えるようになり、大きなメリットをもたらしている。
以前は、実際のハードウェアと組み合わせてソフトウェアをテストするために工場に行く必要がありましたが、工場に行っても適切なデバッグ環境がないことがよくありました。Typhoon HILの導入により、ほとんどのテストはラボで完了し、最終的な検証のみを工場で行う必要がなくなりました。全体として、プロセスはおよそ30～40％短縮されました。作業量は劇的に減ったと思います。
ハク氏 Typhoon HILを使う最大のメリットは、これまで回路シミュレーターで半日かけて解析していた結果を、リアルタイムで反映できるようになったことです。先ほど山本さんがおっしゃったように、今でも最終的な製品検証は工場で行っています。以前は、ハードウェアエンジニアが装置を操作している様子を観察し、問題が発生したらひとつひとつログを解析していました。目に見える情報には限りがあり、現場で抽出できるものは制約されることが多かった。ソフトウェア・エンジニアは、現場に出向いて直接ソフトウェアを書き換えてテストしなければならず、それが機器の故障につながることもあった。
しかし、Typhoon HILを使えば、工場からの報告に基づいて同じ状態を再現し、リモートで問題を分析し、修正を検証し、ソフトウェアをアップデートすることができます。そのため、工場での作業と並行して解析やデバッグを行うことができます。これが、開発期間を大幅に短縮できた大きな理由だと思います。
ハクさん
また、パワーコンディショナの系統連系試験は、ますます複雑かつ大規模になっている。実際のハードウェアを使ってこのような試験を実施するには、必要な機器をセットアップするのに膨大な時間と人手と労力がかかる。私は現在、TyphoonTest IDEを使って、系統連系試験プロセス全体の自動化に取り組んでいます。このアプローチでは、物理的なセットアップが不要になるため、一晩中自動的にテストを実行し、翌朝に結果を確認することができる。HILベースのテストは、必ずしも直接的に認証の対象になるとは限りませんが、必要なテストケースをすべて効率的に実行し、潜在的な問題をはるかに短時間で特定することができます。
山本氏先ほども申し上げましたように、ハードウェアの実データが必要な場合は、もちろん物理的な機器のテストは欠かせません。しかし、重要なのは、ソフトウエアが絶対に故障の原因になっていないことをいかに確認できるかということです。HIL環境内でソフトウェアが正しく動作し、ハードウェアに問題がなければ、システムは意図したとおりに機能すると合理的に結論づけることができる。さらに、将来の認証プロセスについては、実際のハードウェアとHILベースのテストの両方を通じた検証を容認することも検討されている。
今後、Typhoon HILをどうしますか？
山本氏すでに着手していますが、基本的な考え方は、JETの系統連系試験と同等の試験をすべてTyphoon HILで実施することです。2つ目は限界試験で、たとえば定格容量を超えたときのシステムの挙動をソフトウェアで検証することに注力しています。第三に、可能であれば、フィードバック・チャンネルに高周波信号を注入してシステムの応答を評価するテストを実施したい。
ハク氏：私は現在、系統連系試験の自動化に取り組んでいますが、この取り組みを可能な限り拡大することが重要だと考えています。Typhoon HILの大きな利点は、Pythonを使ってすべてを制御できることです。理想的には、Pythonを使ってドキュメントの生成や関連タスクまで完全に自動化できるところまで到達したいですね。最終的には、ソフトウェアが更新されるたびにテストが自動的に実行されるような、継続的インテグレーション開発プロセスを確立することが目標です。
