はじめに
これまで、パワーエレクトロニクスおよびマイクログリッド用途向けに特別に開発されたハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）システムは、市場にほとんど存在していなかった。
これは、鉄道や航空宇宙分野の大企業のみが、汎用HILシステムの上にパワーエレクトロニクスHIL機能を追加する余裕があったことを意味していた。
今日では、汎用プロセッサの柔軟性とFPGAファブリックの低遅延性を兼ね備えた強力なシステムオンチップデバイスが登場し、数多くの新規ベンダーがこの有望な市場での地位を争っている。
競合する多数の提案やマーケティングメッセージが選択プロセスに混乱をもたらします。本資料では、次期HILシステム選定時に考慮すべき6つの重要な基準を提示することで、その明確化を図ります。
1.使いやすさと習得の難易度
学術界ほど、技術の使いやすさと導入の速さが重要となる分野はない。学術界は定義上、学生や研究者の入れ替わりが激しいからだ。
システムの習得が困難な場合、学術分野では投資対効果の低さから適さない。使いやすいシステムであれば、研究者やスタッフの入れ替わりは問題にならず、HILシステムはあらゆる世代の研究者や学生に価値を提供できる。
同様に、授業へのハードウェア・イン・ザ・ループ技術導入を検討する際、使いやすさは極めて重要です。その理由は明白です。ますます多くの教材を、ますます短い時間でカバーしなければならない状況では、ツールを学ぶ時間はありませんし、あるべきでもありません。優れたツールは機能し、使いやすく、論理的で自明であるべきです。新しいツールを採用する際に、あなたにとって最も重要なことは何ですか？
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2.出版生産性
出版プロセスにおける主要な障壁の一つは、実験結果を示す必要性であった。出力が高ければ高いほど、意味のある実験結果を示すことは困難になる。
ハードウェア・イン・ザ・ループ技術のおかげで、高出力マイクログリッドや電力電子コンバータの制御開発と試験は今や広く開かれた分野となっている。ただし、十分な忠実度を備え、豊富なコンポーネントライブラリを有し、かつ使いやすいHILシステムを選択することが前提である。
3.数値的安定性
パワーエレクトロニクスシステムは、ナノ秒から数週間という広範囲にわたる重要な時定数の存在が主な原因で、モデリングにおいて大きな課題をもたらす。この広範な時定数範囲をカバーできる汎用シミュレーションツールはほとんど存在せず、これがHIL技術が実設備の縮尺モデルに徐々に取って代わりつつある主な理由の一つである。
ハードウェア・イン・ザ・ループへの投資が産業プロジェクトの獲得に寄与すると期待する場合、業界で実績が証明され、長期的な数値安定性が実証されているシステムを選択することが極めて重要です。
4.技術サポート
あらゆるHILシステム提供者は最高水準の技術サポートを謳っているため、技術サポートの質を問い合わせても効果は限定的である。はるかに優れた戦略は、提供されるHILシステムがいくつの異なるツールを必要とするかを調査することだ。
必要なソフトウェア（およびハードウェア）ツールは少ないほど良い。異なるベンダーのツール間の互換性を維持することは非現実的だからだ。卓越した技術サポートとユーザー体験を謳いながら、多数の「業界標準」ハードウェア・ソフトウェアツールでシステムを構築するHILベンダーには警戒すべきである。
常に、統合されたソフトウェアとハードウェアを提供するHILシステムと、システム（ユーザー体験）レベルの責任を受け入れるHILベンダーを探すべきである。
5.柔軟性の罠
柔軟性を売りとするシステムには警戒すべきである。パワーエレクトロニクスやマイクログリッドのHILシステムを導入する場合、最も重視すべきは信頼性が高く、再現性のある結果を提供し、かつ使いやすいシステムである。
柔軟性を謳う主張の背後には、通常、数えきれないほどの時間を費やしてカスタマイズしなければならないプラットフォームが潜んでいる。その間ずっと、自社やハードウェア・イン・ザ・ループベンダーの制御が及ばないサードパーティ製ツールの制約と格闘し続けなければならないのだ。
HILシステムのユースケースが不明確な場合、見返りが不確かな投資に急いで飛びつくよりも、事前に時間をかけてユースケースを明確化する方がはるかに優れた戦略です。ユースケースが明確になれば、HILの要件を満たすツールの選定は通常、非常に単純明快なプロセスとなります。
6.学術的投資収益率
学術的投資収益率を測定する有効な方法は、HILシステムへの支出額1ドルあたりに達成される研究量、産業界との連携、学習成果を測定することである。つまり「費用対効果」を測るのだ。ポイント1～5を考慮して選定されたHILシステムは、優れた学術的投資収益率を提供する可能性が非常に高い。
次期HILプラットフォームを評価する際には、考慮すべき点が数多く存在します。パワーエレクトロニクスとマイクログリッドという急速に進化する分野において、この課題はますます困難さを増しています。その背景には、市場における競合他社の増加に加え、HIL環境の構築がパワーエレクトロニクスやマイクログリッドの研究者・学生にとって魅力的なプロジェクトと見なされていることが挙げられます。
本ガイドが、貴学のニーズに最適な一流のHILソリューションにより、研究・産学連携・教育能力の向上を目指す過程で生じうる重大な落とし穴を回避する一助となることを願っております。
クレジット
著者| ニコラ・フィッシャー・ツェラノヴィッチ
ビジュアル | Typhoon
編集者| デボラ・サント
