自動車分野を中心に、従来の組込み開発に代わりモデルベース開発（MBD）の導入が進んでいます。一方で、モデルベース開発にはさまざまな課題もあり、モデルベース開発の導入の障壁となっています。
今回の記事では、モデルベース開発の導入前後に発生するおもな課題と、具体的な解決方法を解説します。
また、多くの課題からモデルベース開発の導入が進まない場合や、導入したものの現場に定着しないなどの際には、テクノプロ・デザイン社へご相談ください。
テクノプロ・デザイン社は自動車など製造業界での豊富な知見・実績をふまえたモデルベース開発の支援を展開しています。制御モデル作成支援や効率化、設計開発プロセスの手戻り削減などを目的に、要件定義からモデル作成までをシームレスに実現します。
モデルベース開発で解決できる課題
モデルベース開発は従来の組込み開発で発生する開発上のさまざまな課題を解決できるため、特に自動車分野での普及が拡大しています。
ここではモデルベース開発を導入することで解決できる課題を、具体的に解説します。
製品ライフサイクルの短縮化への対応
近年、自動車を含めさまざまな製品のライフサイクル自体が短縮傾向にあります。さらに自動車分野では市場のニーズの変化も早く、エンジン制御や排出ガス規制といった環境への配慮、自動運転、電気自動車といった新技術の開発や製品のモデルチェンジが常に求められています。
製品ライフサイクルの短縮化のためには、開発システム全体の工期の短縮が必須です。ところが新技術の開発やモデルチェンジは開発システム自体が複雑となり、さらに安全性を担保するために多く検証を重ねる必要があります。
従来の組込み開発では、実機の準備や検証の環境整備や環境条件の変更のために、工期が長くなることも多いでしょう。
モデルベース開発（MBD）は、制御システムの設計段階で、制御システムの仕様をモデルで表現し、モデルをPC上でシミュレーションさせて動作検証を行いながら仕様の精度を高める開発手法です。
モデルは数式などを用い制御システムを構成する一部の機能を表現し、入力に対して出力を行うものです。これらのモデルを組み合わせて制御モデルと制御対象モデル(プラントモデル）を作成し、この２つで構成された制御システムのシミュレーション環境を構築します。
仮想空間で制御システムをシミュレーションするため、実機の破損や検証環境の整備等を考えずに繰り返し検証ができる、といったメリットがあります。
製品ライフサイクルの短縮と変化の激しい市場ニーズへ対応するために、安全性や確実性を担保しつつも工期の短縮が実現できます。
モデルベース開発を導入することで、他の企業に優位性を持てる独自技術や製品の開発につながり、企業としての能力も維持、向上できるでしょう。
手戻りの防止
従来の組込み開発では、開発した制御システムの検証を実機を用いて行います。つまり、開発後半の実機が準備できるタイミングにしか検証ができません。
検証段階で制御システムの設計不備やミスが発覚した場合、開発初期のシステム設計までの手戻りが発生し、工期の延長や開発メンバーの負担増などの問題が発生します。
モデルベース開発では、制御対象の実機の代わりにプラントモデルを使用するため、開発初期の設計段階で制御モデルの動作検証をコンピュータ上で行うことができます。
開発初期の設計工程で仕様の不備やミスを発見することができるため、最終段階の実機テストからの手戻りを防げるでしょう。
複雑化する開発プロセス全体の効率化
自動車分野では、かつてエンジンやトランスミッションといった自動化が必須の部分にのみ制御システムが搭載されていました。
一方、近年はユーザーの利便性・快適性といったニーズをふまえて搭載される制御システムは増加傾向にあります。たとえばミラーやドアにも制御システムを搭載し、自動化されている自動車も少なくありません。
搭載する制御システムが増加するほど、自動車などの開発における検証の回数は膨大になります。システム設計はもちろん、ソフトウェア開発、ハードウェア開発すべての開発プロセスが複雑化し、開発メンバーの業務負担も多くなるでしょう。
モデルベース開発では、モデルを仕様書としても実機の代わりの検証対象としても利用できます。各工程がモデルを共有することで一気通貫型の開発が実現し、検証段階におけるシミュレーションの効率化（精度向上、環境構築難度低下など）はもちろん、情報の共有がしやすくなり仕様変更によるコミュ二ケーションミスや変更の伝達漏れといったことも防げます。
ドキュメントベースの仕様書より変更や情報の検索がしやすいことも、モデルのメリットです。自動車開発システム全体の業務効率化につながり、限られた人的リソースも適切に配置できるようになるでしょう。
仕様書の管理の効率化
モデルベース開発で用いたモデルは企業の財産となり、必要に応じて再利用や改良が可能です。
従来のドキュメントベースの仕様書は、必要な情報の検索や仕様の変更時、膨大な情報の中から該当箇所を探し出すだけで多くの時間を要しました。モデルなら必要な情報の検索も仕様変更も容易に行えます。モデルそのものをライブラリ化でき、状況を共有もしやすいため使用後の管理もしやすくなります。
また、モデルなら自社技術流出のリスクも減らせます。
たとえば、自社製品を他社製品の開発で使用する際に自社製品の情報の提供を要求された場合、仕様書やコードを提出すると技術の流出リスクがあります。モデルならモデル内部の処理(ノウハウ、技術)をブラックボックス化した動作するだけのモデルにすることができるため、技術の流出リスクを抑えることができます。
モデルベース開発については以下の記事で詳しく解説しています。
モデルベース開発導入時に発生する課題
モデルベース開発は従来のドキュメントベースの組込み開発で発生する多くの課題を解決できる一方で、モデルベース開発導入を阻む多くの要因があると検討段階で頓挫してしまうことがあります。
モデルベース開発導入前・導入後に発生する主な課題を解説します。
システム開発のノウハウや人材不足
モデルベース開発は、モデルベース開発ツールを活用したモデリングをはじめ、システム開発のための専門的な知識やスキルが必要です。
自社にモデルベース開発のノウハウや人材が不足していると、従来の組込み開発からの移行が難しいでしょう。
ツールの選定や操作ができない
モデルベース開発にはツールの導入が必須です。ところが自社の製品や開発の課題に合うツールの選定が適切に行えなかったり、導入後も「うまくモデリングができない」「ツールの使い方が分からない」などさまざまな問題が発生することもあります。
自社の開発システムや製品に合う適切なツールが選べていなかったり、ツールを活用できていないと、モデルベース開発導入後の費用対効果が感じられない、といった課題にも発展します。
モデルベース開発が組織に定着しない
「モデルの取り扱い方法が分からない」「従来のやり方の方が慣れているため変えたくない」などの理由から、モデルベース開発そのものが定着しないことがあります。導入後の定着がはかれなければ、ツールの導入をはじめ初期費用だけが膨大にかかり、業務効率化や開発プロセスの短縮といったモデルベース開発のメリットは得られません。
「自社のシステム開発には、モデルベース開発は定着しないかもしれない」といった理由から、従来の組込み開発を続けている企業も多いと推測されます。
既存の仕様書や開発工程への影響を懸念
従来の組込み開発からモデルベース開発へ移行するには、既存のドキュメントベースの仕様書をはじめとした資産をモデルベース開発へ移行することが必要です。ところが、以下のような理由で移行が頓挫することがあります。
・そもそも移行方法が分からない
・ソースコードで記述されているためモデルベース開発に適合していない
・設計書や仕様書がメンテナンスされていないため内容に不備がある
・検証は技術と勘に頼るなど、文書化していないノウハウがある
・ノウハウがシステムに埋もれている など
さらに、従来の組込み開発からモデルベース開発へ移行する際に、既存の工程に遅れが生じるのではないかという懸念から導入を断念する、または準備不足で実際に遅れが生じる、などの問題が発生することもあります。
モデルベース開発導入で発生する課題への対応方法
モデルベース開発を導入することで多くのメリットや成果が得られるものの、導入へのハードルの高さを感じる課題も少なくありません。
モデルベース開発導入において発生する課題への対応方法を解説します。
モデルベース開発導入の目的を明確にする
モデルベース開発展開のビジョンが設定されていないと、周囲を巻き込んでのモデルベース開発の定着が実現できません。
またはモデルベース開発導入そのものが目的となってしまい、導入や定着が頓挫してしまう原因ともなります。
モデルベース開発導入目的を明確にし、モデルベース開発展開のビジョンを設定しましょう。ビジョン設定後は経営層と課題共有ややり取りを通じ、 部門運営などへ方針を伝えます。
その後 中長期のロードマップ策定、システム開発部署と製品開発部署の協力体制を整えるなど、具体的な導入を進めましょう。
目的に応じた実行可能なツールを選定する
自社の開発システムや製品に適したモデルベース開発ツールを選定するために、開発システムで発生している課題を洗い出しましょう。たとえば、以下のような課題があります。
・業務が複雑化している
・コストが膨大
・開発工期が長い
・検証回数が多い}
・検証の負担が大きく安全性が保てない など
課題を洗い出したら、課題を解決できる機能のあるツールを選びましょう。
また、モデルベース開発ツールが使用している言語や仕様を確認し、モデル作成者が操作可能なものを選ぶことも重要です。手動での実行が難しい場合には、自動化ツールの使用も検討しましょう。
モデルベース開発ツールの選び方や代表的なツールについては、以下の記事で詳しく解説しています。
担当者のスキルアップやノウハウを蓄積できる体制を整える
モデルベース開発ツールを実際に使う側の立場から、具体的な操作マニュアルや業務手順を整備しましょう。
モデルベース開発の教育プログラムを体系化し、教育を推進するのも重要です。モデリング作成やツールの操作だけでなく、設計や業務プロセスを含めた全体での教育プログラムを体系化することで、開発システム全体のスキルアップやノウハウの蓄積が実現します。
自動車分野をはじめモデルベース開発の導入事例は、日本国内にもあります。同分野のモデルベース開発導入の成功事例をベストプラクティスとして、スキルアップやノウハウの蓄積の参考にするなど、 利用可能なリソースを最大限活用して教育を推進しましょう。
導入後も成果の分析と改善を継続的に行う
モデルベース開発において、最初から完璧な開発システムを構築することは難しいです。導入後は以下のような方法で継続的に成果を分析し、必要に応じて改善を行いながら円熟した開発システムを構築していきましょう。
・モデルベース開発の実施状況のモニタリング
・メンバーにモデルベース開発を適切に実施できたかレビューを求める
・各担当者のくせや不得意なポイントを見つけたら、個別で改善をはかる
・定期的に各種設備の稼働率等の集計や分析を行い、改善をはかる
・担当やサプライヤの意見・見解などを聞き取り、改善につなげる
・経営層への報告を定期的に行う
システム部署だけでなく、実際にモデルベース開発を取り入れた現場の声を取り入れ、改善につなげることが重要です。また各種設備の稼動実績の集計を自動化すれば稼動率分析の効率化につながります。
既存の資産の掘り起こしと整備をする
既存の資産をモデルベース開発に活用するために、以下の掘り起こしや整備を行いましょう。
・組込み開発プログラムの分析を行い、埋まってしまっている要求の分析や抽出を行う
・仕様書や設計書のメンテナンスを行う
・現場の勘などの物量ではない資産は、ドキュメントまたはモデルを用いて可視化し資産とする
まとめ
モデルベース開発で解決できる課題、導入前後に発生する課題と対策方法について解説しました。導入に際しては多くの課題が発生することもありますが、適切に対処することで多くのメリットが得られるでしょう。
また、テクノプロ・デザイン社では多角的なモデルベース開発支援サービスを提供しています。要件定義からモデリングまでのシームレスな設計をはじめ、モデルベースシステムズエンジニアリングの構築支援、モデルベース開発に関する人材育成やコンサルティング支援も可能です。お客様の課題に合わせたモデルベース開発支援をご提案いたしますので、ぜひお気軽にお問合せ・ご相談下さい。