モデルベース開発（MBD）？メリット・デメリットや求められるスキルについて徹底解説

製造業界で導入が進んでいるモデルベース開発（MBD）は、従来の製品検証とは異なり、コンピューター上の仕様書にしたがって開発や検証を行う開発方法です。
この記事では、モデルベース開発の今後の動向や、モデルベース開発を導入することのメリット・デメリットを詳しく解説していきます。

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モデルベース開発（MBD）とは？CAEとの違い

はじめにモデルベース開発とはなにか、製品検証時に使われる「CAE」との違いについて解説します。

モデルベース開発（MBD）とは

モデルベース開発とは、コンピューター上に「動く仕様書」であるモデルを作り、そのモデルを使って開発や検証を行うという手法です。
「Model Based Development」の頭文字をとってMBDと呼ばれることもあります。
これまでの開発や検証には、紙媒体の仕様書を利用するのが一般的でした。
まず、紙媒体の仕様書を見ながら設計し、完成したら仕様書通りに作られているのかを検証。
なにかエラーが発生すれば、また仕様書を見て分析をするという「V字サイクル」を踏んでいました。
しかしモデルベース開発を導入すれば、コンピューター上にあるモデルが仕様書となります。
モデルをベースに設計・開発を行うので、実際に製品を作らなくても、製品の検証を行えます。
従来の手法と比較して少ないコストや労力で検証ができるため、必要なテストをあらゆる角度から何度も繰り返すことが可能です。
よって、従来の開発手法よりも、品質の向上が期待できます。

CAE（Computer Aided Engineering）との違い

コンピューター上で検証を行う際に、CAE解析も有名な手法です。
CAE解析とモデル開発はよく似通ったものとして知られています。
ただしモデル開発は製品の妥当性を検証するものであるのに対し、CAE解析はコンピューター上で振動や温度などの設定をいろいろ変えながら、効率的にシミュレーションを行うためのツールです。
このように、使用目的に違いがあります。

需要が高まりつつあるモデルベース開発

モデルベース開発は、この頃多くの製造現場で導入されています。
昨今多くのメーカーが組み込み開発を始めていることもあり、検証に力を入れる必然性が高まりました。
加えて、消費者ニーズの多様化により作る製品の種類が増え、一つひとつの商品の開発期間が短くなっています。
そのため検証を何度も行うこととなり、開発コストがかさむようになりました。

そこで、コストを下げながらスピーディーに開発・検証を行おうとする目的でモデルベース開発を導入します。
コストカット以外にも、モデル開発のメリットは多々あります。

たとえば、従来のように紙の仕様書で開発や検証を進める場合、文章の意図を取り違えてしまうなど、エラーに発展する可能性がありました。
しかしモデルベース開発なら、実際にモデルを動かしてやり取りを行うためこのようなトラブルを防ぐことができます。
このほか、毎回プロトタイプを使って検証する場合は、時間もコストも余計にかかっていました。
紙の仕様書を見て検証して、また紙の仕様書を見る、というステップを踏み続けるのは手間がかかるうえ、なにか問題が起きた場合に早急な対応を取りにくいでしょう。
しかし、モデルベース開発であればこのような手間を省くことができ、開発期間もコストも同時に削減することができます。
また昨今、多くのジャンルで製品の規制が強化されており、これまで以上に製造企業は綿密な試験を重ねる必要が出てきています。
今後、ますます効率性が求められ、モデルベース開発は一般化していくでしょう。

モデルベース開発の重要性が問われる自動車産業

モデルベース開発を早くから取り入れていたのが、自動車業界や航空業界です。
これらの業界では、すでにモデルベース開発以外では業務が進められないというレベルにまで浸透しています。
車や飛行機を扱う企業では、実際の機械を使って検証を繰り返すと莫大な費用がかかるため、モデルベース開発がいち早く浸透したと考えられます。
さらに、自動車や航空の世界では、市場ニーズが年々変化・多様化しています。
環境配慮によってガスの排出を減らさなくてはならなかったり、自動運転などのソフトウェアの自動化が推進されていたりと、さまざまなオーダーに応える必要があるためです。
これにより製造する機械も複雑化し、モデルベース開発の重要性がさらに増すこととなりました。

モデルベース開発のメリット

ここからは、モデル開発を行うことでどのようなメリットが得られるのかを、具体的に見ていきます。

モデルを用いて徹底的にシミュレーションを行える

これまでの開発の流れは、主に紙ベースの仕様書を作ってから、それに沿ってソフトウェア・ハードウェアを作るというのが主流でした。
検証の際も、紙の仕様書に立ち戻ってチェックをしていました。
しかしモデルベース開発を導入することで紙の仕様書は不要になり、開発も検証も、モデルを使って簡単に行えるようになります。
これによってシミュレーションにかかるコスト・工数が削減され、シミュレーションの回数を重ねられるようになり、エラーを確実に見つけられるでしょう。
加えてシミュレーションに関わる従業員の人件費もカットできます。
さらに仕様書がモデルに代わることで、チーム内での共有もスムーズになります。
仕様書では、仕様書上で使われている言語がよくわからない場合、理解することが困難でした。
しかしモデルに代われば仕様書を読み込む必要がなく、視覚的に把握されるため、伝達ミスや理解の齟齬を防ぐことができます。

自動でコード作成が可能

モデルを使うことのもうひとつのメリットは、ACG(Auto Code Generation)という自動コード生成機能があることです。
今まで、人間が仕様書を見ながらコードを書いていましたが、モデルを使用することで自動化されるのです。
よって業務効率は飛躍的に向上し、ミスによるエラーを避けることにもつながります。

検証スピードと精度の向上

モデルを使えば、ハードウェアが出来上がっていない状態でもシミュレーションをすることができます。
また、部品ごとに細かく検証をすることも可能です。
開発の早い段階からシミュレーションができるのは大きなメリットとなるでしょう。
どこに問題があるのかが明確にわかり、エラーにもスピーディーに対応できます。
また、ハードウェアを使った検証では難しいような内容も、比較的簡単にテストできるのは、モデルベース開発ならではのメリットでしょう。

モデルベース開発のデメリット

ここまででお伝えしたように、モデルベース開発のメリットは様々ですが、デメリットにはどのようなものが挙げられるのでしょうか。

設計時の工数が増える

モデルベース開発に使うモデルの作成には、高度な技術が求められます。
開発対象となるモデルとは別に、制御される対象となるモデルも作成する必要があります。
また、検証結果をまとめるスキルも必要です。
このように、検証そのものの工程は効率化されるものの、設計時の工数が増えることは認識しておきましょう。

導入までのハードルが高い

先述のように、モデルベース開発には技術が求められますが、もし技術を新たに身に着けようとする場合、多くの時間と手間がかかります。
外部から人員を雇用する場合でも、モデルベース開発を扱えるエンジニアは不足しているため、見つからない可能性があるでしょう。
また、導入するためのツールも高額であるため、企業によっては大きなハードルとなります。

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モデルベース開発は、これからの製造現場でますます重宝されるでしょう。
基礎知識を身につけておけば、自身の市場価値向上にもつながります。

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