Thales UK​社、​CompactRIO​と​LabVIEW​を​使用​し​て​ロンドン​地下鉄​の​鉄道​網​を​テスト

Anthony Afonso, Thales UK

"CompactRIO​と​LabVIEW​を​使用​した​この​ソリューション​で、​時間​と​コスト​を​大幅​に​節約​し​て​生産​性​を​高める​こと​が​でき、​信号​テスト​に​大きな​変革​を​もたらす​結果​となり​ま​した。" ​ ​

- Anthony Afonso, Thales UK

課題:

地下鉄​の​ジュビリー​線​と​ノーザン​線​における​自動​信号​システム​の​アップ​グレード​の​際、​鉄道​業務​を​閉鎖​し​て、​時間​と​コスト​を​使い、​乗客​に​不便​を​かける​という​従来​の​鉄道​網​の​テスト​方法​を​見直し、​画期的​な​システム​を​導入​する。 ​

ソリューション:

Thales UK​社​が​CompactRIO​ハードウェア​と​LabVIEW​システム​開発​ソフトウェア​を​使用​し​て​開発​した​複数​の​バーチャル​テスト​トレイン​(VTT)​で、​実際​の​列車​を​模倣​する​こと​で、​新しい​自動​信号​システム​を​テスト​する。​この​ソリューション​により、​時間​と​コスト​を​大幅​に​節約​し​て​生産​性​を​高める​こと​が​でき、​信号テストに大きな変革をもたらす結果となった。 ​

週末​に​ロンドン​の​地下鉄​を​利用​した​こと​の​ある​人​なら、​路線​の​閉鎖​や​長時間​の​遅延​は​お​馴染み​の​光景​で​しょう。​乗客​の​安全​を​確保​し​つつ、​運行​を​維持​し​アップ​グレード​する​上​で、​その​よう​な​遅延​は​鉄道​業界​にとって​致命​的​な​もの​です。

 

ロンドン​の​地下鉄​網​は、​年間​10​億​人​を​超える​乗降​客数​という​世界​でも​屈指​の​規模​と​過密​さ​を​誇る​だけ​で​なく、​1863​年​開業​という、​世界​でも​最も​古い​保線​区​を​含​んで​い​ます。​都市​の​機能​を​停滞​させる​こと​なく、​その​よう​な​鉄道​網​を​維持​し​改良​する​こと​は​継続​的​な​課題​で​あり、​それに​は​新しい​画期的​な​工学​技術​が​求め​ら​れ​ます。

 

歴史

従来​方式​の​鉄道​網​試験​では、​実物​の​列車​を​用​い​て​数​日間​にわたり​路線​を​閉鎖​する​必要​が​あり​ます。​この​方法​は​コスト​と​時間​が​かかる​上​に、​市民​に​とっても​非常​に​不便​です。​ジュビリー​線​と​ノーザン​線​の​自動​信号​システム​の​アップ​グレード​プロジェクト​は、​ロンドン​交通局​の​Web​サイト​による​と、​乗降​客数​を​33​パーセント​増​や​し​(毎時​約​5,000​人​の​増加)、​乗車​時間​を​22​パーセント​短縮​する​という​もの​で​した。​この​よう​な​大規模​な​刷新​は、​鉄道​業界​における​テスト​方式​に​大​改革​の​チャンス​を​も​たら​しま​した。​難題​として​直面​した​の​は、​旧​方式​における​多く​の​負担​を​軽減​し、​最終​的​に​コスト​が​少​なく​時間​効率​の​高い​新​方式​に​つながる​新た​な​テスト​ソリ​ュ​ー​ション​を​開発​する​こと​で​した。​しかも​その​新​方式​は、​ロンドン​地下鉄​の​厳しい​保全/​安全​基準​を​満たす​もの​でなければ​なり​ま​せん​で​した。

 

当社​が​導入​した​ソリューション

運輸​ソリューション​の​世界​トップ​プロ​バイ​ダ​で​ある​Thales UK​社​は、​ジュビリー​線​と​ノーザン​線​へ​の​自動​信号​ソリューション​導入​の​業務​を​委託​さ​れ​ま​した。​プロジェクト​では、​路線​と​全​車両​の​両方​に​Thales S40 SelTrac TBTC(Transmission-​Based Train Control)​システム​を​設置​しま​した。​改良​さ​れ​た​列車​が​新​システム​で​稼動​する​前​に、​路線​へ​の​設置​を​テスト​する​必要​が​あり​ます。​そこで​開発​チーム​は、​Thales TBTC​システム​を​設置​した​列車​を​模倣​できる​画期的​な​テスト​装置​を​導入​しま​した。​装置​は、​ポータブル​で​ある​と同時に、​地下鉄​の​どの​地点​でも​簡単​に​組み立て​可能​で​なく​て​は​なり​ま​せん。​また、​テスト​人員​数​を​減らし​テスト​時間​を​短縮​する​という​目標​も​ありま​した。​それ​により、​コスト​の​かかる​週末​の​閉鎖​を​避ける​という​狙い​も​あり​ます。​環境面から見れば、​地下鉄​網​の​あらゆる​環境​で​の​稼動​に​耐え​うる​信頼​性​も​必要​です。​例えば​降雪​や​降雨​の​ほか、​深​く​暗​く​ほこり​っぽい​トンネル​内​など​です。​さらに、​テスト/​故障​検出​の​際​に​多大​な​メリット​を​もたらす​双方向​性​も​必要​です。​それ​によって​効率​を​高め、​路線​の​稼働​時間​を​最大​に​増やす​こと​が​でき​ます。​最後​に、​直感​性​に​優​れ​た​ソフトウェア​を​導入​する​こと​で、​実際​の​列車​を​使​っ​た​試験​から​新しい​システム​へ​と​移行​する​中​で、​技術​者​へ​の​負担​を​最小​に​とどめる​こと​が​でき​ます。

 

実装

ソリューション​として、​各​VTT​システム​の​中心にCompactRIOを​搭載​した​複数​の​VTT​を​作成​しま​した。​VTT​システム​は、​バッテリー​パワー​の​ポータブル​鉄道​車両​として​動作​し​ます。​車両​に​は​Thales​社​の​通信​機器​を​搭載​し、​テスト​担当​者​が​乗車​し​て​SelTrac TBTC​システム​を​テスト​し​ます。​ロンドン​交通局​の​Web​サイト​による​と、​ジュビリー線に先に設置され、​ノーザン​線​(地下鉄​網​で​最も​過密​な​路線)​へ​の​設置​も​2014​年​に​終了​し​てい​ます。

 

VTT​は、​カスタム​ハードウェア​に​接続​した​CompactRIO​制御​システム​によって​実行​し​ます。​使用​した​の​は、​CompactRIO​リアルタイム​コントローラ、​FPGA​搭載​シャー​シ、​システム​実装​の​ため​の​柔軟​な​モジュール​式​信号​インタフェース​で、​これら​は​全てLabVIEWシステム​開発​ソフトウェア​で​プログラム​しま​した。​CompactRIO​を​使用​し​て、​制御​と​監視​を​同時に​行い​ます。​制御​の​際​は、​フロント​パネル​に​ある​対話​式​の​ダイアル​と​スイッチ​から​の​シミュレーション​信号​と、​設定​済み​の​値​を​使用​し​て​実際​の​列車​を​模倣​し​ます。​システム​の​監視​部分​は、​複数​の​割り当て​済み​テスト​ポイント、​信号​通信​アンテナ、​そして​VOBC​から​記録​した​CPU​シリアル​データ​で​構成​さ​れ​ます。​この​プラットフォーム​は、​オン​ボード​の​SelTrac TBTC​信号​機器​に​実際​の​列車​を​模倣​した​適切​な​信号​を​提供​する​こと​から、​「バーチャル​テスト​列車」​と​呼​ば​れ​ます。​また​この​データ​を​全て​収集​する​こと​で、​列車​の​VOBC​の​周囲​環境​へ​の​反応​が​わか​り​ます。​VOBC​の​反応​は、​これ​によって​システム​の​正しい​設置​と​稼動​が​確認​でき​ます​ので、​極めて​重要​な​データ​です。

 

当社​では、​テクニカル​データ​を​SD​メモリ​カード​に​簡単​に​保存​できる​よう、​LabVIEW​アプリケーション​で​データ​ロギング​関数​も​プログラム​しま​した。​そのように​した​の​は、​SelTrac TBTC​システム​の​テスト​と​稼動​の​ため​に​データ​が​必要​に​な​っ​た​ときの​ため​です。​テスト​データ​を​確認​する​ため、​VTT​ビュ​ー​ア​プログラム​も​LabVIEW​で​開発​しま​した。​この​VTT​ビュ​ー​ア​プログラム​と​は、​オンサイト​の​テスタ​が​データ​を​即座​に​レビュー​し​て、​必要​に​応​じ​補正​を​行い、​適切​な​信号​を​監視​できる​よう​に​する​もの​です。

 

 

新しい​ソリューション​の​成功

ジュビリー​線​で​の​初期​試験​稼動​も​よい​結果​で​した​が、​ノーザン​線​の​定期​プログラム​テスト​に​使用​さ​れ​て​いる​VTT​は、​我々​の​期待​を​さらに​超える​もの​と​な​って​い​ます。​VTT​の​採用​は​劇的​に​拡大​し、​多様​化​し​てい​ます。​テスト​ツール​として​の​機能​だけ​で​なく、​故障​検出​ツール​として​も​優​れ​てい​ます。​もう​1​つ​の​重要​な​メリット​として、​VTT​の​双方向​走行​機能​が​あり​ます。​通常​の​テスト​列車​は​前​に​しか​進​め​ま​せん​が、​VTT​は​逆​方向​に​も​進​め​ます​ので、​戻​って​再度​テスト​を​行う​こと​も​でき​ます。​周回​する​必要​が​ない​ため、​時間​も​無駄​に​しま​せん。​さらに、​VTT​では​他の​作業​と​平行​し​て​テスト​を​実行​する​こと​が​でき​ます。​従来​の​方式​では、​線路​際​で​電力​を​供給​する​必要​が​ある​ため​それ​は​不可能​で​した。

 

CompactRIO​は、​制御​要素​を​供給​する​だけ​で​なく、​データ​の​キャプチャ​の​自動化​も​行い​ます。​ユーザ​は​テスト​と​データ​の​収集​と​解析​を​全て​短時間​で​実行​でき​ます​ので、​テスト​と​実行​が​高速​化​し​ます。

 

VTT​の​使用​が​極めて​有益​な​の​は​すでに​実証​済み​です。​従来​方式​では​通常​何​日​も​か​かって​いま​した​が、​それが数時間に短縮され、​必要​な​人員​も​約​半数​で​すむ​よう​に​なり​ま​した。​CompactRIO​と​LabVIEW​を​使用​した​この​ソリューション​で、​時間​と​コスト​を​大幅​に​節約​し​て​生産​性​を​高める​こと​が​でき、​信号​テスト​に​大きな​変革​を​もたらす​結果​となり​ま​した。

 

ナショナル​イン​ス​ツル​メンツ​の​ソフトウェア​と​ハードウェア​を​使用​した​こと​による​メリット

この​プロジェクト​の​成功​の​鍵​と​な​っ​た​の​が​LabVIEW​です。​LabVIEW​に​は、​グラフィカル​プログラミング、​解釈​し​やすい​コード、​管理​し​やす​さ、​拡張​性​など、​いくつ​もの​メリット​が​あり、​いずれ​も​大規模​プロジェクト​に​は​不可欠​な​要素​です。​また​各種​ツール​を​内蔵​し、​よく​使​われる​コード​部分​が​用意​さ​れ​てい​ます​ので、​開発​時間​を​短縮​する​こと​が​でき​ます。​さらに、​通常​は​プログラマ​にとって​非常​に​面倒​な​ユーザ​インタフェース​の​設計​も、​LabVIEW​の​ツール​を​使​え​ば​カスタマイズ​によって​簡単​に​作業​でき​ます。

 

当社​が​NI​の​ハードウェア​を​選​ん​だ​の​は、​汎用​性​と​信頼​性​を​備え​た​高性能​の​CompactRIO​プラットフォーム​が​理由​です。​この​プラットフォーム​の​重要​な​特長​として、​プログラム​可能​な​FPGA​を​シャー​シ​の​バック​プレー​ン​に​直接​組み​込​んで​い​ます。​その​よう​な​NI​ハードウェア​と、​PC、​リアルタイム​プロセッサ、​FPGA​さえ​も​全て​LabVIEW​で​プログラミング​できる​という​シンプル​さ​が​決め手​となり、​NI​の​プラットフォーム​を​選択​しま​した。

 

ソフトウェア​の​観点​から​も、​直感​的​な​グラフィカル​アプローチ​で​プログラミング​できる​LabVIEW​は​理想​的​な​環境​です。​プログラミング​経験​の​全く​ない​人​でも​コード​部分​が​理解​できる​ほど​シンプル​なので、​クライアント​の​承認​を​得る​にあたって​も​大きな​助け​となり​ま​した。​モジュール​式​信号​インタフェース​を​採用​した​ため、​仕様​の​変更​や​レ​ビジョン​の​際​も​システム​全体​を​入れ替える​必要​は​なく、​関連​する​インタフェース​のみ​を​交換​する​だけ​です​み​ます。​グラフィカル​システム​開発​手法​の​おかげ​で、​我々​の​ニーズ​を​満たす​こと​が​でき​た​だけ​で​なく、​プロトタイプ​の​開発​において​も​柔軟​な​方法​が​利用​でき​ま​した。

 

NI​は​カス​タマ​ー​サービス​も​優​れ​てい​ます。​これから​導入​を​お​考え​の​方​に​は​強​く​お​勧め​し​ます。​NI​の​高性能​な​プラットフォーム​なら、​最初​から​最後​まで、​信頼​性​と​汎用​性​に​優​れ​た​最新​の​NI​ハードウェア​を​制御​する​プログラム​を​直感​的​かつ​簡単​に​作成​する​こと​が​でき​ます。

 

さらに​他の​アプリケーション​も​開発

VTT​の​開発​後、​この​他​に​も​地下鉄​で​使用​する​アプリケーション​を​複数​開発​し​てい​ます。​例えば、​スペクトラム​アナ​ラ​イザ​や​チャート​紙​記録​装置​に​代わる​グリーン​チャート​レ​コーダ​(GCR)​や、​駅​の​機械​室​(SER)​内​で​使用​する​ため​に​変更​を​加​え​た​GCR、​新しい​電子​測定​器​(EMD)​など​です。​GCR​は、​テスト​時に​列車​に​接続​する​ため​の​もの​です。​VTT​の​LabVIEW​コード​の​半分​が​含​まれ​てい​て、​VTT​と​同様​の​テスト​結果​を​生成​し​ます。​列車​は​高速​で​走行​し​て​いる​ので、​VTT​より​多く​の​信号​を​監視​し、​より​高い​レート​で​データ​を​記録​し​ます。​GCR​を使用すれば、​チャート​紙​や​スペクトラム​アナ​ラ​イザ、​その他​従来​式​の​テスト​ツール​と​は​異​なり、​電子​的​に​記録​する​こと​が​でき​ます​他の​方式​に​比べ、​低​コスト​で​高速、​高​精度、​安全​性​が​高​く、​効率​性​に​も​優​れ​てい​ます。​この​デバイス​を​使用​すると、​CBTC​の​信号​生成、​テスト、​実行​の​速度​を​劇的​に​高める​こと​が​でき​ます。​SER GCR​は​GCR​に​似​てい​ます​が、​列車​内​では​なく​機械​室​に​設置​し、​記録​する​テスト​データ​も​少​なく​なり​ます。

 

当社​の​チーム​に​は、​ソフトウェア、​電気、​機械​を​それぞれ​担当​する​3​人​の​エンジニア​が​おり、​ダウン​タイム​時​や​稼働​時間​外​に​R&D​の​ほとんど​を​行​って​い​ます。​そのため​NI​ツール​を​使用​する​こと​で​迅速​な​開発​や​コード​の​再​利用​が​可能​となり、​貴重な時間を無駄にせず、​開発​時間​を​大幅​に​短縮​する​こと​が​でき​ます。

 

著者​情報:

Anthony Afonso
​Thales UK
​15 Westferry Circus, Canary Wharf
​London
​Tel: 07800 626818
tony.afonso@thalesgroup.com

​ ​画像​元:​Creative Commons Licensing ​
​ ​CompactRIO​を​設置​した​VTT​制御​システム ​
​ ​LabVIEW​ユーザ​インタフェース ​
​ ​使用​中​の​VTT ​
​ ​使用​中​の​VTT ​