はじめに
今回の特集では、オレゴン州セーラムの静かな町にあるSchneider Electricティブ高調波フィルタ部門を訪れ、その優秀なチームに直接お話を伺う機会を得ました。同部門は、産業施設向けのアクティブ高調波フィルタリングソリューションを開発しています。
Schneider Electricグローバル・オファー・マネージャーであるニコラス・ラルー氏が、ハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）技術がいかにして顧客に安心感をもたらすかについて語ります。HILとは、パワーエレクトロニクスや電力システムをリアルタイムかつ極めて高い精度でシミュレートする、モデルベースの設計・試験ツールです。この技術では、モデルベースのシミュレーションと直接連携する実際のコントローラーを試験します。
また、エンジニアリングマネージャーのナンダ・マルワリ氏とファームウェアエンジニアのジョン・バッチ氏にもお話を伺い、シュナイダーがHILを活用して製品ライフサイクル全体を通じてコントローラーの限界を押し広げた手法について解説しました。
Schneider Electric 、従業員数13万7,000名を超える、エネルギー管理およびオートメーション分野のグローバルSchneider Electric 。同社は、エネルギーとプロセスを安全かつ信頼性が高く、効率的かつ持続可能な方法で管理するための、コネクテッド技術とソリューションを開発しています。当グループは、イノベーションと差別化を維持するため研究開発に投資しており、持続可能な開発に強くコミットしています。
Schneider Electric 、お客様に安心Schneider Electric 。
Schneider Electric「AccuSine」において、「HILテスト済み」とはどういう意味ですか？
ニコラス：自社製品にHILテストを実施したことで、徹底的に検証された製品を市場に投入する自信が持てました。私たちが目指すのは、一連の広範なテストを経た製品に対して、お客様に安心感を提供することだからです。
ジョン：私にとって、HILテスト済みとは、それなしでは不可能だった数百、いや数千ものケースで製品をテストできることを意味します。
ナンダ：当社は高電力・高電流システムを扱っているため、実際のシステムで製品をテストする必要がないことで、実験室での製品損傷リスクを低減できます。
市場投入までの時間に関する期待には、最適なテストプロセスが不可欠である。
製品の開発とテストにおいて、どのような大きな課題に直面しましたか？
ニコラス：フィールドでの故障を実験室環境で再現するには、膨大な投資が必要となる。市場投入までの時間と製品コストを市場の期待値内に収めつつ、可能な限り多くの実使用シナリオに対応できる製品を設計するというトレードオフが存在する。
ナンダ：当社の製品では、パワーデバイスは数十キロヘルツでスイッチングされます。したがって、シミュレーションではこのスイッチング時間をはるかに下回る時間ステップを用いてスイッチングをモデル化する必要があります。
リアルタイムシミュレーションがない場合、これらの各時間ステップで手作業によるシミュレーション計算を実行しなければなりません。そのため、非常に多くの時間を要することになります。
モデル複雑系をリアルタイムシミュレーションプラットフォームで構築する。
HILはどのようにして新しい能動フィルタ制御機能の開発を加速させたのか？
ナンダ：つまりハードウェア・イン・ザ・ループ（HIL）により、全てのシミュレーションケースをリアルタイムで実行できます。これは製品開発に非常に有益です。なぜなら、より多くのテストケースを網羅できるだけでなく、HILシステム内で実際の制御装置をテストできるからです。
ジョン：多くの場合、開発時間の多くは必ずしも修正の開発に費やされるわけではありません。問題の再現と、その正確な原因の特定に費やされるのです。 HILの真の利点は、現地に飛んだり実験室で物理的なケーブルを移動させたりすることなく、こうした状況を再現できる点にある。ボタン一つで設定を変更したり、回路図を変更したり、その回路図内のパラメータを変更したりできる。これにより大幅な時間短縮が図れるだけでなく、従来では不可能だった設定のテストさえ可能になる。
シュナイダーは製品ライフサイクル全体を通じて限界に挑戦し続けます。
御社のチームは、製品の開発とテストにHIL技術をどのように活用しましたか？
ナンダ：つまり、ハードウェア・イン・ザ・ループを製品ライフサイクルのあらゆる局面で活用したのです。研究段階、製品開発、検証、そして妥当性確認の段階で使用しました。その後、製品の維持管理が必要になった際には、現場で発生した問題のトラブルシューティングに役立てています。
ジョン：HILでの作業の多くは、限界まで負荷をかけて制御装置の反応を確認することです。HILインターフェースを通じて装置の動作を可視化できます。これにより波形を捕捉し、期待値と装置が認識している動作が一致しているか確認可能です。例えばセンサーの読み取り値が異常になった場合、それを検知して装置を即時停止させられます。
エンジニアリング効率の向上によるテストカバレッジの拡大
HILが組織にもたらす最大の利点は何ですか？
ナンダ：HILは開発期間の短縮と製品品質の向上を通じて、エンジニアリング効率を飛躍的に高めてくれました。実験室でテストケースを実行する場合、わずか100ケースをカバーするのに2～3週間かかることもあります。HILなら12～18時間で数千ケースをカバー可能です。基本的に自動テストを一晩で実行できるのです。 したがって、実際のラボテストと比較して40～50倍のテストカバレッジを実現できていると考えています。
ニコラス：市場投入までの時間という観点から見ると、当初予定していた同じ期間内で、はるかに多くのテストを実施できるようになりました。市場投入までの時間を延ばすことなく、テストポイントやシナリオの数を増やしているのです。これがまさに、ここで実現できることなのです。
リアルタイムのハードウェア・イン・ザ・ループ試験は「非現実的」だ。
HILでのご経験をひとことで表すと？
ナンダ：この分野での20年にわたるプロとしてのキャリアのほぼ全てを、シミュレーション業務に携わってきました。そして、パワーエレクトロニクスシステムをリアルタイムでシミュレートすることなど、決して可能だとは思っていませんでした。HIL（ハードウェア・イン・ザ・ループ）での私の経験をひとことで表すなら、「非現実的」です。
ジョン：HILを一言で表すなら「時間節約」だね。
ニコラス：僕にとっては、三つの言葉で表せるよ。「心の平安」だ。
クレジット
著者 | サマンサ・ブルース
ビジュアル | Typhoon
編集者 | デボラ・サント
