ソフトウェア・ディファインド・マニュファクチャリングにおける制御挙動の検証
ハードウェア統合前に制御挙動を定義および検証
機械およびロボティクスチームによる、早期の制御挙動の定義および検証、ハードウェア統合前のソフトウェアのテスト、特定の機械機能への AI の導入、開発中に再利用可能なエビデンスを生成する方法をご紹介します。
機械設備およびロボティクスのエンジニアリングでは、ソフトウェアへの依存度が高まっています。制御ロジック、システム間の相互作用、および動作モードは、機械がどのように連携、検証、更新されるかに影響を与えますが、これらの挙動は必ずしも早期にテストされるわけではなく、バリアント間で一貫して管理されているわけでもありません。
このページのワークフローは、システムおよび制御の挙動に対して、より早期かつ意図的に取り組むことに焦点を当てています。このアプローチにより、チームはハードウェア統合前にソフトウェアを検証し、変更の影響を評価し、システムの進化に合わせてエンジニアリング エビデンスを再利用できます。
モデルベース システムズ エンジニアリングのアプローチ
挙動を事前に扱うためには、チームはシステムがハードウェアや PLC コードで実装される前にシステムの挙動を明確に記述する方法が必要です。これには制御ロジック、動作モード、およびシステム コンポーネント間の相互作用が含まれます。
モデルベース システムズ エンジニアリングのアプローチは、チームが特定のハードウェアやコントローラーの実装から独立してシステムおよび制御の挙動を定義し、シミュレーションを可能にすることで、これを支援します。確立されたモデルベースデザインの実践に基づき、エンジニアは期待される挙動を確認し、変更の影響を評価し、開発プロセスの早い段階で仮定を検証することができます。
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オフラインテストに専念
システムおよび制御の挙動が実行可能な形式で利用可能な場合、チームはハードウェアの構築前にソフトウェアをテストすることができます。このアプローチにより、変更がより簡単でリスクが低い初期段階で問題を特定しやすくなります。
機械およびロボティクスのプロジェクトにおいて、制御ソフトウェアは物理的な機械での稼働前に、統合の問題、タイミングの問題、および予期しない相互作用を特定するためにシミュレーションでテストされます。これにより、既存の制御プラットフォームを維持しながら、試運転中の後からの変更を減らすことができます。
MATLAB® および Simulink® は、制御ロジック、機械モデル、およびテストシナリオを 1 つのワークフローで組み合わせることにより、仮想試運転をサポートします。エンジニアは、設備が構築または変更される前に、繰り返し可能なテストを実行し、動作条件を探し、変更をオフラインで評価することができます。
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システム挙動のコンテキストにおける AI 開発および検証
多くの機械およびロボティクス プロジェクトにおいて、AI は異常検知、予知保全、強化学習に基づく制御などの特定の機能に適用されています。これらの機能は通常、明確に定義された範囲を持ち、既存の制御ソフトウェアおよび検証ワークフローと統合しなければなりません。
エンジニアリング チームは、システムレベルで制御ロジックおよび機械の挙動に合わせて AI コンポーネントを設計し、テストする必要があります。これにより、通常および例外的な動作条件下での AI の挙動を評価し、機械の他の部分との相互作用を理解することが可能になります。
MATLAB と Simulink は、このワークフローを単一の環境でサポートします。エンジニアは AI アルゴリズムを開発し、システムレベルのシミュレーションでテストし、測定データが限られているか取得が困難な場合にはプラントモデルを使用して合成データを生成することができます。高度な MATLAB 環境は、データサイエンスに特化したバックグラウンドを持たないエンジニアにとって、AI アルゴリズムの開発および反復作業の障壁を低減します。
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安全性、サイバーセキュリティ、および AI 関連の要件のサポート
機械システムが範囲、接続性、および再利用性を拡大するにつれて、安全性、サイバーセキュリティ、および AI 関連の要件はシステム挙動に大きく依存するようになります。制御ロジック、動作モード、インターフェース、およびデータフローはすべて、バリアントおよび構成における機械の挙動に影響を与えます。
システムおよび制御の挙動が開発中に定義およびテストされると、要件、設計の決定、およびテスト結果が連携したまま維持されます。これにより、システムおよび制御の変更の影響を理解しやすくなり、安全性およびサイバーセキュリティの前提条件が依然として有効であることを確認し、定義された条件下での AI の挙動を評価することが可能になります。
MATLAB および Simulink は、要件、モデル、テスト、カバレッジ、および結果を単一のワークフローで連携させることにより、これをサポートします。制御ソフトウェアが再利用および適応される際に、同じエンジニアリング アーティファクトを再利用することで、後付けのドキュメンテーションの作成や手作業のやり直しをすることなく、安全性、サイバーセキュリティ、および AI 関連の評価をサポートできます。
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