WO2022239101A1

WO2022239101A1 - ソフトウェア検証装置、ソフトウェア検証方法、および検証プログラム

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Publication number: WO2022239101A1
Application number: PCT/JP2021/017857
Authority: WO
Inventors: 健南出; 宙祥平松
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-11-17

Abstract

ソフトウェア検証装置（１００）は、受付部と、制約条件入力部（１２２）と、ソフトウェア実行演算部（１２１）と、制約条件判定部（１２３）と、特徴部分特定部（１２４）と、テストケース生成部（１２６）と、テストケース出力部（１２７）と、を備える。特徴部分特定部（１２４）は、制約条件判定部（１２３）で判定した結果に基づいて、制約条件を満たさない検証対象ソフトウェア（１１１）の特徴部分を特定する。テストケース生成部（１２６）は、特徴部分特定部（１２４）で特定した特徴部分と、ソフトウェア実行演算部（１２１）で検証対象ソフトウェア（１１１）およびプラントモデル（１１２）を動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成する。

Description

ソフトウェア検証装置、ソフトウェア検証方法、および検証プログラム

　本開示では、ソフトウェア検証装置、ソフトウェア検証方法、および検証プログラムに関する。

　ソフトウェアの処理を検証する場合、検証対象のソフトウェアに対して入力値と、当該入力値に対応して出力が期待される期待値とを含むテストケースをあらかじめ用意し、ソフトウェア検証装置は、入力値を検証対象のソフトウェアに入力して得られた出力値と、期待値とを比較することで合否判定を実施している。一般的に、ソフトウェアを構成する独立した小さなモジュールを作成し、当該モジュール毎に検証を行い、検証で合格したモジュールを組み合わせて一つのソフトウェアを作成する。

　複数のモジュールを組み合わせたソフトウェアについても、入力値と、当該入力値に対応して出力が期待される期待値とを含むテストケースを同様にあらかじめ用意する必要がある。しかし、ソフトウェアの検証を実施する場合、ソフトウェア検証装置などのツール等のサポートを受けて自動的に実施できても、検証の内容を当該ツールが理解可能な形式で記述する必要があり、検証を行うための準備に膨大な手間が必要である。

　また、近年では、ソフトウェアの高機能化による大規模化・複雑化に伴い、複数のモジュールを組み合わせたソフトウェアの検証する場合、複数のモジュールを組み合わせたことによる影響を網羅的に検証するにはコストが高くなる。さらに、問題が発生した際の原因となるモジュールまたはその組み合わせを、ソフトウェアの中から特定することが難しくなっている。

　また、オープンソースソフトウェア（Open Source Software）に代表されるような、自己で開発していないモジュールを利用することが、ソフトウェアの中から問題の原因となるモジュールまたはその組み合わせを特定することを難しくしている一因でもある。

　このような状況において、ソフトウェアの動作を検証する様々なソフトウェア検証装置が検討されている。例えば、特許文献１では、モジュール単位で網羅的に実施したテストケースの結果から、外部とのインターフェース部分に着目して他のモジュールまたは外部装置を組み合わせた場合に必要な検証内容を抽出して、検証作業を効率化する方法が開示してある。

　また、特許文献２では、プログラム（ソフトウェア）変更時に変更前後のプログラムの変化を検出し、その検出結果に基づいて変更前のテストケースの変数名等を変更して、当該テストケースを変更後のプログラムに対して適用する方法が開示してある。

特開２０１０－１０２６２４号公報特開２０１５－３５１８５号公報

　特許文献１では、モジュールの取りうる状態を網羅した複数のテストケースをあらかじめ用意しておき、複数のモジュールのそれぞれに対して複数のテストケースを実施し、モジュールの内部状態が重複するテストケースを除いて網羅的に検証可能なテストケースの組を得ることができる。

　また、特許文献２では、変更後のプログラム（ソフトウェア）の変化点を抽出し、あらかじめ用意してある変更前のテストケースに当該変化点を反映するため、繰り返し機能を追加するプログラムの開発に有用である。

　しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示されている手法では、あらかじめテストケースを用意する必要があり、当該テストケースを生成するためには、検証対象となるソフトウェアおよび当該ソフトウェアを構成するモジュールについての詳細な資料、例えばソースコード等が必要となる。

　本開示では、上記のような課題を解決するためになされたもので、検証対象のソフトウェアおよび当該ソフトウェアを構成するモジュールの詳細な情報がすべて揃わない状況においても、ソフトウェアの動作を検証するために必要となるテストケースを生成することができるソフトウェア検証装置、ソフトウェア検証方法、および検証プログラムを提供することを目的とする。

　本開示に係るソフトウェア検証装置は、ソフトウェアの動作を検証するソフトウェア検証装置であって、検証対象のソフトウェアと、ソフトウェアに対応するプラントモデルとを受け付ける受付部と、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定する設定部と、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させる演算部と、演算部でソフトウェアおよびプラントモデルを動作させて得られたデータが、設定部で設定した制約条件を満たしているか否かを判定する判定部と、判定部で判定した結果に基づいて、制約条件を満たさないソフトウェアの特徴部分を特定する特定部と、特定部で特定した特徴部分と、演算部でソフトウェアおよびプラントモデルを動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するテストケース生成部と、テストケース生成部で生成したテストケースを出力する出力部と、を備える。

　本開示に係るソフトウェア検証方法は、ソフトウェアの動作を検証するソフトウェア検証方法であって、検証対象のソフトウェアと、ソフトウェアに対応するプラントモデルとを受け付けるステップと、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定するステップと、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させるステップと、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させて得られたデータが、設定した制約条件を満たしているか否かを判定するステップと、判定した結果に基づいて、制約条件を満たさないソフトウェアの特徴部分を特定するステップと、特定した特徴部分と、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するステップと、生成したテストケースを出力するステップと、を含む。

　本開示に係る検証プログラムは、ソフトウェアの動作の検証をコンピュータに実行させるための検証プログラムであって、コンピュータに実行させる処理に、検証対象のソフトウェアと、ソフトウェアに対応するプラントモデルとを受け付けるステップと、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定するステップと、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させるステップと、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させて得られたデータが、設定した制約条件を満たしているか否かを判定するステップと、判定した結果に基づいて、制約条件を満たさないソフトウェアの特徴部分を特定するステップと、特定した特徴部分と、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するステップと、生成したテストケースを出力するステップと、を含む。

　本開示によれば、特定した特徴部分と、ソフトウェアおよびプラントモデルを動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するので、検証対象のソフトウェアおよび当該ソフトウェアを構成するモジュールの詳細な情報がすべて揃わない状況においても、ソフトウェアの動作を検証するために必要となるテストケースを生成することができる。

実施の形態１におけるソフトウェア検証装置の構成の一例を説明するためのブロック図である。実施の形態１におけるソフトウェア検証装置のハードウェア構成の一例を説明するためのブロック図である。実施の形態１におけるソフトウェア検証装置において受け付けたプラントモデルの構成の一例を説明するためのブロック図である。実施の形態１におけるソフトウェア検証装置での処理の一例を示す説明するためのフローチャートである。実施の形態１における検証対象ソフトウェアの構成の一例を説明するための模式図である。実施の形態１におけるソフトウェア検証装置のデータ保存部で保存されるデータの一例を説明するための概略図である。関数Ｘの判定結果の一例を説明するための概略図である。実施の形態２におけるソフトウェア検証装置において学習モデルを用いた特徴部分特定部の構成の一例を説明するためのブロック図である。

　以下、実施の形態に係るソフトウェア検証装置、ソフトウェア検証方法、および検証プログラムについて、図面を参照しながら説明する。ここで、各図面において、同一の符号を付した構成は、同一またはこれに相当する構成であり、以下に記載するすべての実施の形態において共通の構成であるとする。

　また、以下に記載するすべての実施の形態に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、以下に記載された形態に限定するものではない。特に、構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を、別の実施の形態に適用することができる。

　実施の形態１．
　実施の形態１のソフトウェア検証装置について、図面を参照して説明する。図１は、実施の形態１におけるソフトウェア検証装置１００の構成の一例を説明するためのブロック図である。ソフトウェア検証装置１００は、ソフトウェア実行演算部１２１、制約条件入力部１２２、制約条件判定部１２３、特徴部分特定部１２４、特徴部分表示部１２５、テストケース生成部１２６、およびテストケース出力部１２７を含む。また、ソフトウェア検証装置１００は、データ保存部１３０、制約条件保存部１３４、判定結果保存部１３５、および特徴部分保存部１３６を含む。データ保存部１３０は、データの種類別に内部データ保存部１３１、出力データ保存部１３２、およびプラントデータ保存部１３３に分けて保存する。

　ソフトウェア実行演算部１２１は、動作を検証する検証対象ソフトウェア１１１と、当該検証対象ソフトウェア１１１に対応するプラントモデル１１２と連携して動作を実行する。検証対象ソフトウェア１１１は、ソフトウェア検証装置１００を用いて検証を行うソフトウェアで、例えば空調機の圧縮機の回転数を制御するソフトウェアである。ここで、以下の説明を簡単にするため、検証対象ソフトウェア１１１を構成する各々のモジュールの単位は、ある機能を実現するための関数であると説明する。もちろん、各々のモジュールの単位は、関数よりも大きいクラス・オブジェクト等であっても、検証対象ソフトウェア１１１を複数に分割した一部などであってもよい。また、検証対象ソフトウェア１１１を任意のサイズで分割してもよく、分割するサイズは同じサイズで分割する必要はなく、任意のサイズでモジュールを定義してもよい。

　プラントモデル１１２は、検証対象ソフトウェア１１１が動作する環境モデルであり、検証対象ソフトウェア１１１の出力結果に沿って制御対象となるシステムの物理的変化、情報伝達の状況などをシミュレーションすることができるモデルである。プラントモデル１１２でシミュレーションした結果は、検証対象ソフトウェア１１１の入力と対応しており、検証対象ソフトウェア１１１の制御対象として認識される機能をプラントモデル１１２は有している。例えば、プラントモデル１１２は、検証対象ソフトウェア１１１が空調機の圧縮機の回転数を制御するソフトウェアである場合、当該ソフトウェアの制御対象となる空調機の冷凍サイクルのシミュレーションモデルとする。なお、プラントモデル１１２は、あらかじめ複数の種類を用意しておき、ソフトウェア実行演算部１２１に入力された検証対象ソフトウェア１１１に対応して最適なモデルを選択してもよい。

　ソフトウェア実行演算部１２１は、検証対象ソフトウェア１１１とプラントモデル１１２とを連携して動作させることで、検証対象ソフトウェア１１１が実際の環境で動作させた場合と同様の結果を得ることができる。検証対象ソフトウェア１１１は、ソフトウェア実行演算部１２１上で動作された場合、動作時に得られる内部データ（入力値を含む）が内部データ保存部１３１に、動作時に得られる出力結果（出力データ）が出力データ保存部１３２にそれぞれ保存される。ここで、保存される内部データには、例えば、検証対象ソフトウェア１１１で呼び出された関数のリスト、呼び出された関数の順序および入れ子の情報（スタックトレース）、関数実行時の引数の名称と内容などが含まれる。また、関数が状態を持つ場合、保存される内部データには、その状態時の変数の名称と内容が含まれ、検証対象ソフトウェア１１１内部で明示的に実装されたロギング機能がある場合、そのログの出力、などが含まれる。これらの内部データは、取得した関数、時間が区別できるよう、一意識別子を持つことが好ましい。出力データは、関数から出力されるデータであり、入力値と対応付けることが可能なように内部データの一意識別子と対応付けて出力データ保存部１３２に保存される。なお、内部データ保存部１３１、および出力データ保存部１３２は、必ずしもすべての内部データおよび出力データを取得する必要はなく、取得可能な範囲の内部データ、出力データを保存できればよい。

　プラントモデル１１２の演算結果であるプラントデータは、内部データ保存部１３１に保存された内部データの一意識別子と対応付けて、プラントデータ保存部１３３に保存される。データ保存部１３０は、データの種類別に内部データ保存部１３１、出力データ保存部１３２、およびプラントデータ保存部１３３に分けて保存すると説明したが、データの種類を分けずに保存してもよい。

　ソフトウェア検証装置１００を用いて検証対象ソフトウェア１１１を検証する場合、制約条件を設定し、当該制約条件を満たしているか否か判定することでソフトウェア検証装置１００の検証を行っている。制約条件は、あらかじめユーザが制約条件入力部１２２から入力する。制約条件入力部１２２で入力を受け付ける制約条件には、検証対象ソフトウェア１１１のソフトウェア制約条件１１３と、プラントモデル１１２のプラント制約条件１１４とがあり、入力された制約条件は制約条件保存部１３４に保存される。

　制約条件には、「ｘの値はｙ以上」，「ｘの値はｙ以外」のような数値に着目する条件、「ｘがｙになってからｎ秒以内にｚとなる」のような経時変化に着目する条件などを設定することができる。制約条件は、検証対象ソフトウェア１１１の機能仕様に基づいて条件（例えば、「入力値がｘであれば出力値はｙである」）を設定することも可能であるが、通常はプラントモデル１１２が必ず満たすべき条件を設定する。具体的に、空調機を例に説明すると、プラントモデル１１２が空調機の冷凍サイクルであるとすれば、空調機の冷凍サイクルが温度，圧力の条件を満たしているか、各部品の消費電力が一定値以下であるか、などが制約条件に相当する。また、プラントモデル１１２が空調機と室内温度分布との関係をシミュレーションするモデルであるとすれば、起動後の一定時間経過後に室内のある点の温度が一定の範囲内に入っているか、などが制約条件に相当する。

　制約条件判定部１２３は、内部データ保存部１３１、出力データ保存部１３２、およびプラントデータ保存部１３３（データ保存部１３０）に保存されている情報に対して制約条件保存部１３４に保存されている制約条件を満たしているか否かを判定し、検証対象ソフトウェア１１１の動作の妥当性を検証する。制約条件判定部１２３は、制約条件保存部１３４に保存されているすべての制約条件を満たしている場合、検証対象ソフトウェア１１１の動作は妥当であると判断される。逆に、制約条件判定部１２３は、制約条件保存部１３４に保存されている何れかの制約条件を満たしていない場合、検証対象ソフトウェア１１１の動作は妥当でないと判断される。制約条件判定部１２３での判断結果は、内部データ保存部１３１に保存された内部データの一意識別子と対応付けて判定結果保存部１３５に保存される。

　判定結果保存部１３５に判定結果が保存されると、特徴部分特定部１２４は、判定結果保存部１３５に保存された判定結果を分析し、制約条件を満たさないソフトウェアの特徴部分を特定する。特徴部分特定部１２４で特定した特徴部分は、特徴部分保存部１３６に保存される。

　特徴部分特定部１２４は、検証対象ソフトウェア１１１のある関数の内部データ、出力データが制約条件を満たさない場合、当該関数を特徴部分として特定する。例えば、特徴部分特定部１２４は、ある関数の出力値が制約条件を満たさない０（ゼロ）の値となるときに、プラントモデル１１２の動作が制約条件を満たさない場合、当該関数が特徴部分であると特定する。なお、特徴部分特定部１２４は、単一の内部データ、出力データだけでなく、複数の内部データと複数の出力データとを組み合わせて特徴部分を特定してもよい。

　特徴部分保存部１３６に保存されている特徴部は、特徴部分表示部１２５においてユーザに表示することができる。ユーザは、特徴部分表示部１２５に表示された特徴部分を確認して不要、誤りと考えられる特徴部分を削除することができる。特徴部分特定部１２４によって検証を行ったすべての回数のうち、特徴部分に特定されたある関数の出力値がある値の場合に、プラントモデル１１２の動作が制約条件を満たさない割合などを算出して特徴部分表示部１２５に表示してもよい。特徴部分表示部１２５は、割合など表示することでユーザの判断を促すことができる。

　テストケース生成部１２６は、保存されている内部データ、出力データ、プラントデータ、および特徴部分を参照して、特徴部分の関数への入力値と、当該入力値に対応して出力が期待される期待値とを含むテストケースを生成する。テストケース生成部１２６で生成されたテストケースは、テストケース出力部１２７から出力される。テストケースが生成される単位は、特徴部分の種類によって異なり、関数の場合、複数の関数を組み合わせた構成などが選択される。ユーザは、テストケース生成部１２６に生成条件を設定することで、テストケースが対象とするモジュールの範囲を限定することができる。

　ソフトウェア検証装置１００では、検証対象のソフトウェアおよび当該ソフトウェアを構成するモジュールの詳細な情報がすべて揃わない状況においても、特徴部分特定部１２４によって特定した特徴部分に基づきテストケースを生成することができるので、ユーザはテストケース作成時間を短縮することが可能となる。

　図２は、実施の形態１におけるソフトウェア検証装置１００のハードウェア構成の一例を説明するためのブロック図である。図２を参照して、ソフトウェア検証装置１００は、プロセッサ１０２と、メインメモリ１０４と、入力部１０６と、出力部１０８と、ストレージ１１０と、光学ドライブ１０９と、通信コントローラ１２０とを含む。これらのコンポーネントは、プロセッサバス１１８を介して接続されている。

　プロセッサ１０２は、ＣＰＵまたはＧＰＵなどで構成され、ストレージ１１０に記憶されたプログラム（一例として、ＯＳ１１０２および検証プログラム１１０４）を読出して、メインメモリ１０４に展開して実行することができる。プロセッサ１０２では、ストレージ１１０から読み出した様々なプログラムを実行する。具体的に、検証プログラム１１０４は、入力部１０６で受け付けた検証対象ソフトウェア１１１とプラントモデル１１２とを連携して動作させる。

　メインメモリ１０４は、ＤＲＡＭまたはＳＲＡＭなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ１１０は、例えば、ＨＤＤまたはＳＳＤなどの不揮発性記憶装置などで構成される。

　ストレージ１１０には、基本的な機能を実現するためのＯＳ１１０２に加えて、ソフトウェア検証装置１００としての機能を提供するための検証プログラム１１０４、検証対象ソフトウェア１１１、プラントモデル１１２、ソフトウェア制約条件１１３，プラント制約条件１１４が記憶される。さらに、ストレージ１１０は、データ保存部１３０、判定結果保存部１３５、および特徴部分保存部１３６と対応し、内部データ、出力データ、プラントデータ、判定結果、特徴部分などが記憶される。

　入力部１０６は、キーボードまたはマウス、マイク、タッチデバイスなどで構成され、ユーザにより選択された情報をさらに受け付けることができる。

　出力部１０８は、ディスプレイ、各種インジケータ、プリンタなどで構成され、プロセッサ１０２からの処理結果などを出力する。また、出力部１０８は、特徴部分表示部１２５と対応する。

　通信コントローラ１２０は、有線通信または無線通信を用いて、他の制御装置などとの間でデータを遣り取りする。ソフトウェア検証装置１００は、通信コントローラ１２０を介してテストケースを他の装置に出力する。通信コントローラ１２０は、テストケース出力部１２７と対応する。なお、通信コントローラ１２０と別にプロセッサバス１１８に接続されるＵＳＢコントローラを設け、ＵＳＢ接続を介して、他の制御装置などとの間のデータを遣り取りしてもよい。

　ソフトウェア検証装置１００は、光学ドライブ１０９を有しており、コンピュータ読取可能なプログラムを非一過的に記憶する記録媒体１０９ａ（例えば、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光学記録媒体）から、その中に記憶されたプログラムが読取られてストレージ１１０などにインストールしてもよい。

　ソフトウェア検証装置１００で実行される検証プログラム１１０４などは、コンピュータ読取可能な記録媒体１０９ａを介してインストールされてもよいが、ネットワーク上のサーバ装置などからダウンロードする形でインストールするようにしてもよい。また、実施の形態に係るソフトウェア検証装置１００が提供する機能は、ＯＳが提供するモジュールの一部を利用する形で実現される場合もある。

　図２には、プロセッサ１０２がプログラムを実行することで、ソフトウェア検証装置１００として必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路（例えば、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなど）を用いて実装してもよい。また、図２に示したソフトウェア検証装置１００の構成は例示であって、この構成に限定されない。

　次に、空調機の圧縮機を制御するソフトウェアを検証対象ソフトウェア１１１とする例を用いて、具体的にソフトウェア検証装置１００の動作について説明する。検証対象ソフトウェア１１１に対応するプラントモデル１１２が空調機の冷凍サイクルであるとする。プラントモデル１１２を具体的に説明するため仮想的に空調機の構成を設定する。図３は、実施の形態１におけるソフトウェア検証装置で受け付けたプラントモデルの構成の一例を説明するためのブロック図である。図３に示されるように、空調機２０は、室内機１１と、室外機１２とを備える。

　室内機１１は、室内熱交換器５（第１熱交換器）と、室内ファン６（第１送風装置）とを含む。室内機１１は、空調機２０による空調の対象である室内空間（対象空間）に配置されている。

　室外機１２は、圧縮機１と、室外熱交換器２（第２熱交換器）と、室外ファン３（第２送風装置）と、膨張弁４（第１膨張弁）と、制御装置１０とを含む。室外機１２は、室内空間の外である室外空間に配置されている。制御装置１０は、室内機１１に配置されてもよいし、室内機１１および室外機１２とは別個に設けられてもよい。

　冷媒は、圧縮機１、室外熱交換器２、膨張弁４、および室内熱交換器５の循環方向（第１循環方向）に循環する。室外熱交換器２は、凝縮器として機能する。室外熱交換器２を通過する冷媒は、凝縮熱を室外空間に放出する。室内熱交換器５は、蒸発器として機能する。室内熱交換器５を通過する冷媒は、室内熱交換器５の周辺の空気から蒸発熱を吸収する。当該冷媒の温度（蒸発温度）が室内空間の空気の露点温度よりも低い場合、室内熱交換器５の周辺の空気中の水分が液化する。空調機２０は、室内空間の温度Ｔ_１がユーザによって設定された設定温度Ｔ_ｓに近づくように、室内空間に対して冷房運転を行う。空調機２０による冷房運転は、室内空間の空気の温度を低下させ、当該空気の顕熱を除去する。

　制御装置１０は、圧縮機１の駆動周波数を制御することにより、圧縮機１の回転数を制御して単位時間当たりに圧縮機１が吐出する冷媒量を制御する。制御装置１０は、圧縮機１から吐出されて膨張弁４によって減圧される前の冷媒と膨張弁４によって減圧されて圧縮機１に吸入される前の冷媒との圧力差が所望の範囲の値となるように膨張弁４の開度を制御する。膨張弁４は、冷媒の過熱度および過冷却度が目標値となるように制御されてもよい。

　制御装置１０は、室外ファン３の回転速度を制御することにより、室外ファン３の単位時間当たりの送風量を制御する。制御装置１０は、室外ファン３を制御することにより、室外熱交換器２における冷媒と空気との間の熱交換量を調節する。制御装置１０は、室内ファン６の回転速度を制御することにより、室内ファン６の単位時間当たりの送風量を制御する。制御装置１０は、室内ファン６を制御することにより、室内熱交換器５における冷媒と空気との間の熱交換量を調節する。

　制御装置１０は、室内空間の設定温度Ｔ_ｓ、室内空間の温度Ｔ_１、外気温度Ｔ_２、冷媒が循環する配管内の配管圧力Ｐをそれぞれ取得する。制御装置１０は、外気温度Ｔ_２および配管内の配管圧力Ｐを考慮して、温度Ｔ_１が設定温度Ｔ_ｓに近づくように空調機２０を制御する。空調機２０の圧縮機１の回転数を制御する検証対象ソフトウェア１１１が、制御装置１０で実行される。

　制御装置１０で実行される検証対象ソフトウェア１１１を、空調機２０を仮想したプラントモデル１１２と連携して動作させることで検証対象ソフトウェア１１１の動作を検証する方法についてフロチャートを用いて説明する。図４は、実施の形態１におけるソフトウェア検証装置１００での処理の一例を示す説明するためのフローチャートである。まず、ソフトウェア検証装置１００は、検証対象ソフトウェア１１１を受け付ける（Ｓ１０１）。

　受け付けた検証対象ソフトウェア１１１は、複数の関数が組み合わされて構成されている。図５は、実施の形態１における検証対象ソフトウェア１１１の構成の一例を説明するための模式図である。検証対象ソフトウェア１１１には、外気温度に基づく圧縮機制御の関数Ａ、配管圧力に基づく膨張弁４の制御の関数Ｂ、設定温度に基づく圧縮機制御の関数Ｃ、および関数Ｄ～関数Ｎを含む。

　ソフトウェア検証装置１００は、検証対象ソフトウェア１１１に対応するプラントモデルを受け付ける（Ｓ１０２）。さらに、ソフトウェア検証装置１００は、ソフトウェア制約条件１１３およびプラント制約条件１１４を受け付け、制約条件を設定する（Ｓ１０３）。

　ソフトウェア検証装置１００は、検証対象ソフトウェア１１１とプラントモデル１１２とを連携して動作させる（Ｓ１０４）。ソフトウェア検証装置１００は、検証対象ソフトウェア１１１とプラントモデル１１２とを連携して動作させることで、内部データ、出力データ、およびプラントデータがデータ保存部１３０に保存される。図６は、実施の形態１におけるソフトウェア検証装置１００のデータ保存部１３０で保存されるデータの一例を説明するための概略図である。図６には、データ保存部１３０に保存されるデータの一例として、一意識別子としての状態ＩＤ、配管圧力Ｐ、圧縮機回転数、周波数指令、膨張弁、開閉指令、外気温度Ｔ_２、および呼び出し関数が図示されている。もちろん、データ保存部１３０には、図６に示す以外の設定温度Ｔ_ｓ、室内空間の温度Ｔ_１などの他のテータが保存されている。

　図６に示すデータのうち、配管圧力Ｐ、外気温度Ｔ_２、および呼び出し関数が内部データで、周波数指令、および開閉指令が出力データで、圧縮機回転数、および膨張弁がプラントデータである。

　まず、検証対象ソフトウェア１１１は、状態ＩＤが”１”のとき、室内空間の温度Ｔ_１が設定温度Ｔ_ｓに近づくように圧縮機１を制御する関数Ｃを呼び出す。次に、検証対象ソフトウェア１１１は、状態ＩＤが”２”のとき、配管圧力Ｐが高くなったので膨張弁４の開度を大きくするために関数Ｂを呼び出す。膨張弁４の開度を大きくしたことで配管圧力Ｐは低下する。検証対象ソフトウェア１１１は、状態ＩＤが”３”のとき、配管圧力Ｐが低下したので、膨張弁４の開度を小さくするために関数Ｂを呼び出す。

　次に、検証対象ソフトウェア１１１は、状態ＩＤが”５”のとき、配管圧力Ｐが高くなるので膨張弁４の開度を大きくするために関数Ｂを呼び出す。さらに、検証対象ソフトウェア１１１は、状態ＩＤが”５”のとき、外気温度Ｔ_２が低くなったので圧縮機１の回転数を低くするために関数Ａを呼び出す。つまり、検証対象ソフトウェア１１１は、関数Ａおよび関数Ｂを呼び出し、ともに配管圧力Ｐを低くする制御を行う。その結果、配管圧力Ｐは、設定した制約条件よりも低い圧力となり制約条件外の圧力となる。また、検証対象ソフトウェア１１１は、状態ＩＤが”８”のとき、外気温度Ｔ_２が高くなったので圧縮機１の回転数を高くするために関数Ａを呼び出す。

　図４に戻って、ソフトウェア検証装置１００は、図６に示したように、配管圧力Ｐが制約条件を満たしているか否かを判断する（Ｓ１０５）。ソフトウェア検証装置１００は、配管圧力Ｐが制約条件を満たしていない状態ＩＤが”５”のときに呼び出した関数Ａおよび関数Ｂを検証対象ソフトウェア１１１の特徴部分として特定する（Ｓ１０６）。なお、ソフトウェア検証装置１００は、関数Ａおよび関数Ｂを単純に特徴部分と特定するのではなく、関数Ａを呼び出した後に関数Ｂを呼び出すなど呼び出し順を含めて特徴部分と特定してもよい。つまり、関数Ａを呼び出した後に関数Ｂを呼び出す場合、配管圧力Ｐが制約条件外の圧力となるが、関数Ｂを呼び出した後に関数Ａを呼び出す場合、配管圧力Ｐが制約条件外の圧力とならないのであれば、ソフトウェア検証装置１００は、呼び出し順を含めて特徴部分を特定する。

　ソフトウェア検証装置１００は、Ｓ１０６で特定した特徴部分と、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成する（Ｓ１０７）。具体的に、ソフトウェア検証装置１００は、１０６で特定した特徴部分の関数Ａおよび関数Ｂ、関数Ａおよび関数Ｂに関する内部データ、出力データ、およびプラントデータなどに基づいてテストケースを生成する。生成したテストケースには、関数Ａおよび関数Ｂへの入力値と、当該入力値に対応して出力が期待される期待値とを含む。ソフトウェア検証装置１００は、Ｓ１０７で生成したテストケースを出力する（Ｓ１０８）。

　ユーザは、出力されたテストケースを利用することで、改良した関数Ａおよび関数Ｂの検証を簡単に行うことができる。

　別の一例として、状態を持たない単純な関数Ｘのみからなるソフトウエアを検証対象ソフトウェア１１１としてテストケースを生成する場合を考える。図７は、関数Ｘの判定結果の一例を説明するための概略図である。図７には、関数Ｘを１０回繰り返し演算した場合に得られた入力値、出力値、および判定結果を例示してある。ソフトウェア検証装置１００は、この判定結果に基づいて単純な特徴部分の特定とテストケースの生成する。

　特徴部分特定部１２４は、図７に示す内容から関数Ｘの出力値が”０”になる場合、８０％（４／５）の確率でプラントモデル１１２の動作について妥当性がなくなると判断し、特徴部分として当該関数Ｘを特定する。

　特徴部分特定部１２４で関数Ｘが特徴部分として特定されたため、テストケース生成部１２６は、関数Ｘのテストケースを生成する。たとえば、テストケース生成部１２６は、状態ＩＤ”１”～”１０”のデータに対応する入力値に対して、それぞれ判定結果が”ＯＫ”となる出力値を期待値としてテストケースを生成する。特徴部分特定部１２４で関数Ｘが問題あると特定されたので、ユーザは関数Ｘを修正する。修正後の関数Ｘに対して、生成したテストケースを用いて検証を行い、問題がなければソフトウェア検証装置１００に導入してすべての出力が妥当になるかを確認する。

　特徴部分からテストケースを生成する手法については、検証対象ソフトウェア１１１の特徴などによって手法を切り替える必要があるため、テストケース生成部１２６は検証対象ソフトウェア１１１等によってアルゴリズムを必要に応じて追加・変更することができる機能を有していてもよい。

　以上のように、実施の形態１に係るソフトウェア検証装置１００は、ソフトウェアの動作を検証するソフトウェア検証装置である。ソフトウェア検証装置１００は、受付部と、制約条件入力部１２２（設定部）と、ソフトウェア実行演算部１２１（演算部）と、制約条件判定部１２３（判定部）と、特徴部分特定部１２４（特定部）と、テストケース生成部１２６と、テストケース出力部１２７（出力部）と、を備える。受付部は、検証対象の検証対象ソフトウェア１１１と、検証対象ソフトウェア１１１に対応するプラントモデル１１２とを受け付ける。制約条件入力部１２２は、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定する。ソフトウェア実行演算部１２１は、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させる。制約条件判定部１２３は、ソフトウェア実行演算部１２１で検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させて得られたデータが、制約条件入力部１２２で設定した制約条件を満たしているか否かを判定する。特徴部分特定部１２４は、制約条件判定部１２３で判定した結果に基づいて、制約条件を満たさない検証対象ソフトウェア１１１の特徴部分を特定する。テストケース生成部１２６は、特徴部分特定部１２４で特定した特徴部分と、ソフトウェア実行演算部１２１で検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成する。テストケース出力部１２７は、テストケース生成部１２６で生成したテストケースを出力する。

　これにより、実施の形態１に係るソフトウェア検証装置１００は、特徴部分と、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するので、検証対象ソフトウェア１１１および当該検証対象ソフトウェア１１１を構成するモジュールの詳細な情報がすべて揃わない状況においても、検証対象ソフトウェア１１１の動作を検証するために必要となるテストケースを生成することができる。

　特徴部分特定部１２４で特定した特徴部分を表示する特徴部分表示部１２５をさらに備えることが好ましい。これにより、ユーザが、特徴部分表示部１２５に表示された特徴部分を確認して不要、誤りと考えられる特徴部分を削除することができるので、利便性が向上する。

　ソフトウェア実行演算部１２１で検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させて得られたデータを、検証対象ソフトウェア１１１の内部で処理された内部データ、検証対象ソフトウェア１１１から出力された出力データ、およびプラントモデル１１２で処理されたプラントデータに分けて保存する内部データ保存部１３１、出力データ保存部１３２、およびプラントデータ保存部１３３をさらに備えることが好ましい。これにより、データの種類別にデータ保存部１３０に保存することができる。

　実施の形態１に係るソフトウェア検証方法は、ソフトウェアの動作を検証するソフトウェア検証方法である。ソフトウェア検証方法は、検証対象ソフトウェア１１１と、検証対象ソフトウェア１１１に対応するプラントモデル１１２とを受け付けるステップと、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定するステップと、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させるステップと、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させて得られたデータが、設定した制約条件を満たしているか否かを判定するステップと、判定した結果に基づいて、制約条件を満たさない検証対象ソフトウェア１１１の特徴部分を特定するステップと、特定した特徴部分と、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するステップと、生成したテストケースを出力するステップと、を含む。

　これにより、実施の形態１に係るソフトウェア検証方法は、特徴部分と、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するので、検証対象ソフトウェア１１１および当該検証対象ソフトウェア１１１を構成するモジュールの詳細な情報がすべて揃わない状況においても、検証対象ソフトウェア１１１の動作を検証するために必要となるテストケースを生成することができる。

　実施の形態１に係る検証プログラムは、ソフトウェアの動作の検証をコンピュータに実行させるための検証プログラムである。検証プログラムは、コンピュータに実行させる処理に、検証対象ソフトウェア１１１と、検証対象ソフトウェア１１１に対応するプラントモデルとを受け付けるステップと、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定するステップと、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させるステップと、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させて得られたデータが、設定した制約条件を満たしているか否かを判定するステップと、判定した結果に基づいて、制約条件を満たさない検証対象ソフトウェア１１１の特徴部分を特定するステップと、特定した特徴部分と、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するステップと、生成したテストケースを出力するステップと、を含む。

　これにより、実施の形態１に係る検証プログラムは、特徴部分と、検証対象ソフトウェア１１１およびプラントモデル１１２を動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するので、検証対象ソフトウェア１１１および当該検証対象ソフトウェア１１１を構成するモジュールの詳細な情報がすべて揃わない状況においても、検証対象ソフトウェア１１１の動作を検証するために必要となるテストケースを生成することができる。

　実施の形態２．
　実施の形態２に係るソフトウェア検証装置では、いわゆる機械学習を用いて、特徴部分を特定する構成について説明する。なお、特徴部分を特定する特徴部分特定部以外の構成は、図１に示したソフトウェア検証装置１００と同じ構成であるため、同じ構成ついて同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

　図８は、実施の形態２におけるソフトウェア検証装置１００において学習モデルを用いた特徴部分特定部１２４Ａの構成の一例を説明するためのブロック図である。特徴部分特定部１２４Ａは、機械学習により得られた学習モデル１２４０に基づき検証対象ソフトウェア１１１の特徴部分を特定する。

　図７に示す例では、出力値が”０”でも判定結果が”ＯＫ”となるケース（状態ＩＤ”１”）と”ＮＧ”となるケース（状態ＩＤ”２”，”５”，”６”，”１０”）とが存在している。そのため、特徴部分特定部１２４Ａに図７に示すデータを入力して、学習モデル１２４０に基づき特徴部分を特定する。

　なお、学習モデル１２４０は、制約条件を満たさない特徴部分がそれぞれラベル付けされた学習データにより学習される。具体的に、図７に示す関数Ｘが”ＮＧ”となるケース（状態ＩＤ”２”，”５”，”６”，”１０”）のそれぞれのデータに、特徴部分が関数Ｘであるとのラベル付けをして学習データとする。

　以上のように、実施の形態２に係るソフトウェア検証装置１００では、特徴部分特定部１２４Ａは、機械学習により得られた学習モデルに基づき検証対象ソフトウェア１１１の特徴部分を特定する。これにより、検証対象ソフトウェア１１１の特徴部分をより正確に特定することができる。なお、学習モデルは、制約条件を満たさない特徴部分がそれぞれラベル付けされた学習データにより学習されることが好ましい。

　変形例１．
　前述の実施の形態では、プラントモデル１１２はシミュレーションモデルであると説明したが、これに限られず、実際に動作する装置、システムなどの環境（プラント）でもよい。ソフトウェア検証装置１００は、実際に動作する装置、システムなどのセンサー等から取得したデータをプラントデータ保存部１３３に保存することで、シミュレーションを介さずに特徴部分を特定し、テストケースを生成することができる。

　変形例２．
　また、前述の実施の形態では、機械学習を用いて検証対象ソフトウェア１１１の特徴部分を特定していたが、これに限られない。ソフトウェア検証装置１００は、各状態ＩＤが指す内部状態から新たな状態ＩＤ（内部状態の組み合わせ）と、それに対応する出力値を機械学習等によって算出してもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　圧縮機、２　室外熱交換器、３　室外ファン、４　膨張弁、５　室内熱交換器、６　室内ファン、１０　制御装置、１１　室内機、１２　室外機、２０　空調機、１００　ソフトウェア検証装置、１０２　プロセッサ、１０４　メインメモリ、１０６　入力部、１０８　出力部、１０９　光学ドライブ、１０９ａ　記録媒体、１１０　ストレージ、１１１　検証対象ソフトウェア、１１２　プラントモデル、１１３　ソフトウェア制約条件、１１４　プラント制約条件、１１８　プロセッサバス、１２０　通信コントローラ、１２１　ソフトウェア実行演算部、１２２　制約条件入力部、１２３　制約条件判定部、１２４，１２４Ａ　特徴部分特定部、１２５　特徴部分表示部、１２６　テストケース生成部、１２７　テストケース出力部、１３０　データ保存部、１３１　内部データ保存部、１３２　出力データ保存部、１３３　プラントデータ保存部、１３４　制約条件保存部、１３５　判定結果保存部、１３６　特徴部分保存部、１１０４　検証プログラム、１２４０　学習モデル。

Claims

　ソフトウェアの動作を検証するソフトウェア検証装置であって、
　検証対象のソフトウェアと、前記ソフトウェアに対応するプラントモデルとを受け付ける受付部と、
　前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定する設定部と、
　前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させる演算部と、
　前記演算部で前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させて得られたデータが、前記設定部で設定した前記制約条件を満たしているか否かを判定する判定部と、
　前記判定部で判定した結果に基づいて、前記制約条件を満たさない前記ソフトウェアの特徴部分を特定する特定部と、
　前記特定部で特定した前記特徴部分と、前記演算部で前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するテストケース生成部と、
　前記テストケース生成部で生成した前記テストケースを出力する出力部と、を備えるソフトウェア検証装置。
　前記特定部で特定した前記特徴部分を表示する表示部をさらに備える、請求項１に記載のソフトウェア検証装置。
　前記演算部で前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させて得られたデータを、前記ソフトウェアの内部で処理された内部データ、前記ソフトウェアから出力された出力データ、および前記プラントモデルで処理されたプラントデータに分けて保存する保存部をさらに備える、請求項１または請求項２に記載のソフトウェア検証装置。
　前記特定部は、機械学習により得られた学習モデルに基づき前記ソフトウェアの前記特徴部分を特定する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のソフトウェア検証装置。
　前記学習モデルは、前記制約条件を満たさない前記特徴部分がそれぞれラベル付けされた学習データにより学習される、請求項４に記載のソフトウェア検証装置。
　ソフトウェアの動作を検証するソフトウェア検証方法であって、
　検証対象のソフトウェアと、前記ソフトウェアに対応するプラントモデルとを受け付けるステップと、
　前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定するステップと、
　前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させるステップと、
　前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させて得られたデータが、設定した前記制約条件を満たしているか否かを判定するステップと、
　判定した結果に基づいて、前記制約条件を満たさない前記ソフトウェアの特徴部分を特定するステップと、
　特定した前記特徴部分と、前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するステップと、
　生成した前記テストケースを出力するステップと、を含むソフトウェア検証方法。
　ソフトウェアの動作の検証をコンピュータに実行させるための検証プログラムであって、
　前記コンピュータに実行させる処理に、
　検証対象のソフトウェアと、前記ソフトウェアに対応するプラントモデルとを受け付けるステップと、
　前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させたときに得られるデータに対して制約条件を設定するステップと、
　前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させるステップと、
　前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させて得られたデータが、設定した前記制約条件を満たしているか否かを判定するステップと、
　判定した結果に基づいて、前記制約条件を満たさない前記ソフトウェアの特徴部分を特定するステップと、
　特定した前記特徴部分と、前記ソフトウェアおよび前記プラントモデルを動作させたときに得られたデータとに基づいてテストケースを生成するステップと、
　生成した前記テストケースを出力するステップと、を含む検証プログラム。