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Technical Article 自動化によるテスト品質の向上 ∼ HILテストシステムの自動化が農業機械のISOBUSでの動作を保証∼ ISOBUS通信プロトコルにより、 現在では異なるメーカーの農業機械も、 事実上問題なく接続され使用できるようになりま した。 ただしその実現には、メーカーでの膨大な開発とテスト作業が伴います。 農業機器メーカーのAGCO/Fendtは、 ベ クターのシミュレーション/テストツールのCANoe.ISO11783を使用して、 既存のHIL (Hardware-in-the-Loop) テスト 環境に高性能の自動テストを統合しました。 系統的なテストによって今では製品の品質が向上し、 同社は「精密農業」の時 代においても、 車両コンポーネントのインテリジェント化というトレンドに自信を持って対応できるようになりました。 J1939に基づく標準規格のISO 11783には、農業用移動機械で使 業機が接続されると、UTはその作業機のコントローラーから、グラ 用するCANベースのオープンネットワーク通信が規程されています。 フィック制御エレメント (オブジェクトプール) のライブラリーを読み取 ISO 11783はJ1939プロトコルを拡張した、物理層にCANを使用した ります。これらのオブジェクトはユーザーが使用できる各種の機能を マルチマスターネットワークです。 ISOBUSのコンセプトには、ECUや 表すもので、それらにより作業機を容易に操作できます。 ネットワークが提供すべき最低限のソフトウェア/ハードウェア機能が 規程されています。 ISOBUSプロトコルにより、ISOBUSに対応した 任意のトラクターに、フィールドチョッパーや肥料散布機などの作業 機を適宜取り付けて操作できるようになるほか、その作業機の全機 能がトラクターのコンソール上でいつでも使用できるようになります。 ISOBUS機能の目標達成に欠かせない広範なテスト 上の例のようにすべてが円滑に機能するようになるまでには、テ ストや開発の担当部門による膨大な数のテストと修正の繰り返しが必 この規格の各パートでは、ネットワークマネージメント、トラクター 要です。一方、ISOBUS標準規格には解釈の余地が残る部分があり、 ECU、ユニバーサルターミナル (旧：バーチャルターミナル)、タスク そういった複雑なプロジェクトでは、成熟度が必要なレベルに達する コントローラー、診断サービス、ファイルサーバーなどの仕様が決め までにプロトタイプの段階で多くの時間がかかります。そのため徹底 られています。 的かつ広範な適合試験はどうしても避けられません 。各メーカー [1] がいわゆる「プラグフェスト」を定期的に開催し、デバイス同士の互換 農業技術の標準化がもたらす利点 性をテストする理由もここにあります。 ISOBUSがユーザーとメーカーの双方にもたらす利点は、ユニバー サルターミナル (UT) を例に挙げればわかりやすく説明できます。作 December 2013 1 Technical Article HILシステムを用いたトラクターネットワーク全体のテスト用 セットアップ トラクターの試験装置には、ECU、バスシステム、配線、ランプ、 スイッチ、コントロールといったトラクターのあらゆる電子/電気的コ ンポーネントが組み込まれます。これらは省スペース型の産業用ラッ AGCO Corporationはトラクターと農業機械を製造/販売する米国 の世界的大手企業です。 1997年、同社はマルクトオーバードルフ (ド イツ) を拠点としてトラクターの開発生産と販売を行っていたXaver Fendt GmbH & Co.を買収しました。 Xaver Fendt社のラインナップ にはトラクター以外にもフィールドチョッパー、コンバイン収穫機、ベー クのフレームにマウントされており、実験室での使用に適しています。 試験装置は製品のトラクターと完全に一致します。欠けているのは、 ディーゼルエンジン、トランスミッション、ボディー、そして取り付け パーツのみです (図1)。 試験装置はマルチコアケーブルを介してRTサーバーのI/Oルー ラーなどが含まれており、それらの製品はバイエルン州、ザクセン＝ ティングブロックに接続されます (図2)。このサーバーは多様なECU アンハル州、イタリアの各事業拠点で扱われています。 と、欠けているエンジンとセンサー信号の環境をMATLAB/Simulink 増加するテスト作業に対処するべく、AGCO/Fendtは実際のトラク ターのプロトタイプで広範なテストを行っています。また、開発およ 経由でリアルタイムのシミュレーションを実行し、速度、回転速度、 温度といった信号を供給します。ボタンを押す、ジョイスティックを びコンサルティング会社のGigatronikからも長期間にわたり協力を得 動かすといったユーザー始動のイベントは、手動での実行が必要で ています。 AGCO/FendtのECUソフトウェアはほぼすべてが内製です す。このHILシステム全体の規模と複雑さはI/Oレベルを見れば一目 が、テスト関係の作業の一部はエレクトロニクスとITの専門業者に外 瞭然です。 それは数百に及ぶ電圧および電流のインターフェイス、 注されており、同社での作業の中心となるのはユニバーサルターミ 無数のデジタル入出力、そして駆動リレーの出力で構成され、さら ナルおよびトラクターコントローラーのテストと、ISOBUSとの適合性 に周波数出力、あらゆるタイプのCANバス、UDPインターフェイス、 の検証です。 そして実験用装置のECUの供給電圧と、それに対する複数の電圧出 AGCO/Fendtが使用しているテスト構成の主なコンポーネント は、トラクターネットワーク用のブレッドボード、HIL (Hardware-inthe-Loop) システム、I/Oインターフェイスを多数装備したリアルタ イムサーバー (RTターゲット)、そして、ISOBUSの要求に合わせて きめ細かな調整が加えられたベクターの開発/テスト/シミュレーショ ンツー ル、CANoe.ISO11783をインストー ルしたPCです。 CANoe. ISO11783は、設計フェーズからテストフェーズ、そして保守に至る 全体で開発に必要なISOBUSの機能を提供し、ISOBUSの複雑な通信 力があります。 時間を要する「窮余の策」の手動テスト テストに使用されるもう1つのツールが、シミュレーション/テスト 用ソフトウェアのCANoe.ISO11783をインストールしたPCです。この システムは主に残りのバスシミュレーションに使われ 、個々のネッ [2] トワークノードからサブネットワーク全体までシミュレーションできま の構成を、多種多様な形で解析、視覚化、調整できます。先に述べ す。 CANoe.ISO11783では作業機全体のシミュレーションができ、シ た「標準規格の解釈の余地」も、その規格の事実上の解釈を知見とし ミュレーションしたその作業機を使用して、トラクターのISOBUS機能 てツールに実装しているため、極めてシンプルに処理できます。 をテストします。 UTなどのサブエリアも、CANoeを使用することで、 図1： トラクターの試験装置には実際のトラクターのモデルのすべて の 電 子コン ポ ー ネント が 含 ま れ て い ま す。 自 動 テスト は CANoe.ISO11783とリアルタイムターゲットにより、リアル タイムの条件で実行できます December 2013 2 Technical Article そのすべての機能をPCの画面上でシミュレーションおよび表示できま のかかるユーザー操作に忙殺されるうえ、そのパラメーターの多さ す。 ISOBUSアプリケーションのテストには非常に多くの時間と手間 を考えれば、膨大な時間を要するにもかかわらず、テストが「原始的」 がかかります。これはトラクターの作業機に使用されているISOBUS であることは否めません。このようなことからマネージャーたちは、 規格の全パートで適合性を調べる必要があるためで、それにはトラク 状況にそぐわない手動のインタラクションに替えて系統的かつ徹底的 ター内部の通信も含まれます。 加えて、ISOBUS規格そのものの実 なテスト自動化を導入するべく、その手法を模索し始めました。機械 装レベルもさまざまです。したがって、テストでは単に現在の実装レ 式の制御アームで人間の動作をシミュレーションできるロボットを用 ベルのみに留まらず、作業機の過去の実装レベルに対する、複数の いたソリューションは、導入が極めて難しいだけでなく柔軟性も高く 後方互換性も保証しなければなりません。そして最後に、おびただし ないため、早い段階で却下されました。 い数の個別のテスト (テストケース) を、多種多様なバリアントで実行 しなければなりません。 それよりも適切で訴求力があったのがエレクトロニクスを用いた アプローチです。 特に、ベクターのCANoeという高性能テストツー FendtとGigatronikでは、先に述べたようなHILシステムがあるに ルがすでに存在したことがポイントでした。このソフトウェアに組み込 もかかわらず、やはり一部の必須のテストについては従来の手作業 まれている「テスト機能セット」により、テストの要求定義からテスト での実行が必要でした。テストケースにもよりますが、社員がトラク の実行、そして評価レポートの作成に至るすべてのフェーズを網羅す ターに乗り、トラクターや作業機の特定のオペレーション機能を1回 る、包括的なツールチェーンが実現します。 CANoeはテストマスター 数時間、数日にわたって繰り返し実行する、ということもしばしば行 として動作させることも、あるいはテスト環境に挿入することもでき われました。そういったテストの間、すべてのユーザー操作、システ ます。運転の制御と他ツールとの通信にはCOMや.NETなどのインター ムの反応、バストラフィックがテストシステムに記録されます。その後、 フェイスが利用できます。テスト用としてテストノードと呼ばれるノー そのログ記録を使用して、メッセージ、ターミナルの反応、時間値、 ドを作成できますが、それらはシミュレーション上のネットワークノー サイクルタイムなどの精密な解析が行われました。 ド同様、実バスのネットワークに参加できます。テスト技術者はそれ らの動作と機能を、Cに似たスクリプト言語のCAPLか、XML規格を使 テスト自動化は最優先課題 用して、テストモジュールで定義します。 しかしながら、このようなテスト方法は、GigatronikにもFendtに も満足できるものではありませんでした。優秀な社員が単純で時間 図2： もともとのHILシステムはリアルタイムターゲット、トラクター用 実験装置、残りのバスシステムとの通信に用いるUDPインター フェイスで構成されています。ユーザー制御内蔵アームレストなど が実コンポーネントとして実装されているため、それを手動で操 作する必要があります 図3： 既存システム全体へのCANoeインターフェイスの統合： テストモジュールが既存のテスト環境を制御します。 制御機能が 内蔵されたアームレストは、テストシステムに仮想コンポーネント として実装されており、それを手動操作、またはテストプログラム で自動操作することが可能です December 2013 3 Technical Article リアルタイムターゲットへの橋渡しを行うCANoe を使用しているかのようにISOBUSの作業機を制御できるようになり ます。 以前は社員がトラクターの実際のアームレストで数時間にわ テストの自動化よりも、まず、CANoeのテストとシミュレーション たってユーザーが操作して制御機能を実行しなければならなかったの をHILシステムのリアルタイムターゲットにどのようにリンクさせるか に対し、現在では、同じ制御機能を備えたシミュレーション上のアー という問題を解決することが先決でした。それは、この2システム間 ムレストが、同じ操作を自動的に実行します (図4)。各テストケース に高速の通信チャンネルが必須になるためです。 RTターゲットには でのシミュレーション上のコンポーネントの挙動は、CAPLテストモ Fendtが作成したデータリンクプロトコルを使用するUDPインターフェ イスがあり、それでRTターゲットとの情報の送受信が行われていま す。そのため、Gigatronikはその相手となるCANoe側の互換インター ジュールできめ細かく定義されます。テスト用のユーザーインター フェイスを開発しました。これは学生の卒業論文の一環として、同社 に重要なのが、手動の操作とは対照的に、CANoe.ISO11783ではテ のメンバーが開発したものです。これによってテストシステムはUDP ストの実行に完全な再現性がある点です。しかも、エラーを任意の 経由でRTサーバーを制御したり、以前に実際のコンポーネント (コン タイミングで発生させることができます。テストの実行中、テストシ フェイスにより、仮想のエンジンを始動することもできます。また、 シー ケンスは前方/後方互換性が維持されるようプログラムできます。特 トロール内蔵アームレストなど) との手動操作による相互作用で生成 ステムは関連するすべてのメッセージと信号を記録し、後から自動的 されていたのと同じ信号ベクトルを、オプションで送信したりできるよ にテストレポートを生成します。 うになります (図3)。原則として、手動で操作される実際のコンポー ネントはいずれもこの要領で自動化可能です。この例ではインテリ 自動化でテスト品質が飛躍的に向上 ジェントなアームレストでしたが、ハンドルが自動化の対象になるケー テストの自動化により、ECUテストの品質は一変します。テスト スもあり得ます。 こ れ ら の 準 備 作 業 を 経 て、GigatronikとAGCO/Fendtで は を一晩中、あるいは数日間にわたって実行するのも簡単で、社員が ISOBUSとECUのテストを包括的に自動化し、それらをスピーディー に修正することが可能となりました。特に、今ではCANoe.ISO11783 付き添う必要もありません。当然、これによってはるかに多くのテス トケースを、はるかに詳細に、はるかに多く、系統立てて実行するこ の機能がテスト実行の大幅な効率化に貢献しています。 たとえば、 とが可能になります。トラクターの始動時、停止時、複数の作業機で CANoeが提供するUTで、あたかもトラクターに装備された実際のUT の対象物の持ち上げ時などにバス負荷を複数回繰り返してチェック 図4： ユーザー制御機能が内蔵された実際のアームレストは使用せず、そのコンポーネントから発生する信号はすべて、手動 操作とテストプログラムによる制御の切り替えが可能なGUIから生成されます December 2013 4 Technical Article するといった、テストツールなしでは不可能なテストも含まれます。 開発者は他のメッセージがこれらの状況でどのように反応するか、そ してタイミング値と周期時間がどのように動作するかを解析します。 数千のテストを開始し、特定のメッセージの遅延時間などのパラメー ターを変更しながらログを取り、ネットワークの起動時にどのような 影響が出る可能性があるかを調べるといった、統計的な評価も実行 できます。 そして、EDCUテストで大きな部分を占めるのが、テスト 対象のシステムにエラーを発生させることです。ここでもCANoeの 指示により、RTターゲットが、考えられるすべてのエラー状況を生成 します。 AGCO/Fendtの主要なテスト部門の責任者、Bernhard Stöcklは 以下のように語ります。 「以前はISOBUS分野ではテストを自動化して 提供元： 見出し画像：Fendt 図1 ∼ 4：Gigatronik リンク： CANoe.ISO11783 www.vector-japan.co.jp/vj_canoe_iso11783_jp.html ベクター ･ジャパン www.vector-japan.co.jp ■ 本件に関するお問い合わせ先 ベクター・ジャパン株式会社 営業部 （東京） TEL：03-5769-6980 FAX：03-5769-6975 FAX：052-238-5077 E-Mail：[email protected] （名古屋）TEL：052-238-5020 いませんでした。これまでは作業のすべてを直接プロトタイプ上で実 行していて、しかもそれがいつでも利用可能とは限りませんでした。 我々は実際にマシンに張り付いてスイッチを操作していました。それ が今、テスト自動化によって計り知れないほどの負担軽減が叶いまし た。実際のプロトタイプを操作する時間ははるかに少なくて済み、非 常に高価なテスト車両を何台も作る必要はもうありません。同時に大 幅な作業時間の短縮が実現し、開発者はいっそうの自動化に勤しん でいます」。 執筆者： Bernhard Stöckl (Graduate Engineer) Technical University of Munichで 機 械 工 学 を専攻し、現在は駆動技術および電気/電子の テストを担当する事業部門責任者としてAGCO/ Fendtに勤務。同社にはHIL部門のテスト技術者 として入社。 展望 「テスト自動化」は、テスト作業の増加に対処し、品質の向上や 時間およびコストの抑制を同時に実現するためのキーワードです。 AGCO/FendtとGigatronikの例は、シミュレーション/テストシステム ためのツールCANoeが提供するテスト自動化機能で何が可能になる のか、そしていかにして効率的なテストの実践を迅速かつ簡単に達成 できるのかを示しています。このテスト用プラットフォームが持つ柔 軟性により、大規模なHILシステムを統合する過程で直面する、通信 とインターフェイスに関わるさらに大きな課題も克服できます。 今後も製品の品質を保証していくためには、新しいアプローチで 統合テストに取り組むしかありません。 ISOBUS対応の農業機械の 多様化を考えれば、これは早急に取り組むべき課題と言えます。 精 密農法の分野にも、新たな要求がすぐに出てくることでしょう。 農 業機械との動作に対応したGPSアプリケーションの実装は、トラク ターと作業機の両方でますます進むと予想されます。 TIM (Tractor Implement Management：トラクター作業機管理) においては、作 業機がトラクターの速度や回転数を指定するなどしてトラクターを制 Hans-Werner Schaal (Graduate Engineer) Stuttgart大学で通信工学を、また米国オレゴ ン州立大学で電気工学/コンピューター工学を 学 び、Vector Imformatik GmbH の 事 業 開 発 マネージャーとして、オープンCANプロトコル (ISO11783およびJ1939) とIPおよびCar2x分野 を担当。これまで多様な業界で、複数のネット ワーク技術に対応したテストツールの分野の開 発エンジニア、プロジェクトリーダー、プロジェ クトマネージャーを経験。 Thomas Bückle (Graduate Engineer) Polytechnical College of Ulで情報工学を専攻 し、GIGATRONIK Technologiesでは農業技術お よび建設機器のビジネスマネージャー、および 組込システム部門の部門責任者。 Daimlerおよ びEvoBusではエレクトロニクス開発の開発技術 者およびプロジェクトリーダーを経験。 御します。これらの拡張機能のテストを自動化することではるかに効 率的に実現できるのです。 本稿は2013年12月にドイツで発行されたElektronik automotive に掲載された記事を和訳したものです。 参考文献： [1] Ostermüller, A., Fellmeth, P.:Forging New Pathways in Testing ISOBUS Task Controllers ‒ Simulations replace inflexible and timeintensive test methods.Elektronik automotive.Issue 11.2011. pp. 32–35. [2] Albrecht, S., Decker, P.:Quick paths to a comprehensive remaining bus simulation ‒ Create virtual networks without programming expertise.Automobil Elektronik.Issue 03.2012. pp. 58–60. December 2013 Benjamin Fernandez (M.Sc., MBA) メキシコのITESMにて機 械および電 気 工 学 の 学位、Technical University of Hamburg-Harburg にてメカトロ ニクス の 学 位、NIT Hamburgに てMBAを そ れ ぞ れ 取 得。 開 発 技 術 者 として GIGATRONIK Technologiesに勤務。 5