電子制御設計製図Ⅰ 第二回 担当教員： 北川輝彦 2013 年 4 月 17 日. 自己紹介（北川） 岐阜高専・電子制御工学科を卒業（ 2001 年） 岐阜高専・専攻科を修了（ 2003 年） 岐阜大学大学院医学研究科 博士前期課程修了（ 2005 年） 現在、博士後期課程にて博士号を取得途中 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関係）

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1 電子制御設計製図Ⅰ 第二回 担当教員： 北川輝彦 2013 年 4 月 17 日

2 自己紹介（北川） 岐阜高専・電子制御工学科を卒業（ 2001 年） 岐阜高専・専攻科を修了（ 2003 年） 岐阜大学大学院医学研究科 博士前期課程修了（ 2005 年） 現在、博士後期課程にて博士号を取得途中 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関係） 5 号館 3 階 西から 2 番目 北川 ( 輝 ) の表札 2008 年 4 月から本校に勤務 趣味：岩石、鉱物、化石採集

3 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関 係） X 線 CT 装置 非造影 X 線 CT 画像 (1 症例で約 1000 枚の画像 ) 読影医 (X 線 CT 画像や MR 画像などの医療画像から病 変部の発見、診断をする専門医 ) への負担が増大し、 疾患部の見落としや誤診の原因に。 三次元 CAD( 計算機支援診断 ) システムの開発

4 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関 係） 非造影 X 線 CT 画像 (1 症例で約 1000 枚の画像 ) 非造影 X 線 CT 画像における肝臓領域を担当。 肝臓領域を自動抽出する手法の開発 (2006 年 ) 。 自動抽出された 肝臓領域 ( 緑色 ) 自動抽出された 肝臓領域 (3 次元 )

5 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関 係） 非造影 X 線 CT 画像における肝臓領域を担当。 肝臓領域を自動抽出する手法の開発 (2006 年 ) 。 肝臓内血管領域の自動抽出、分類手法を開発 (2008 年 ) 。 血管強調 MIP 画像 (coronal) 自動抽出された 肝臓領域 (3 次元 ) 血管強調画像 (axial) 原画像 (axial)

6 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関 係） 肝臓内に発生する病気の発見、診断システムの開発 血管強調 MIP 画像 (coronal) 自動抽出された 肝臓領域 (3 次元 ) 血管強調画像 (axial) 原画像 (axial) 脂肪肝，肝のう胞，肝炎，肝硬変，肝細胞癌など

7 電子制御工学の概要 コンピュータ 自動車 航空・宇宙 医療機器 情報 / 通信 ネットワーク ロボット 電子機器 電気 知能化システム 環境機器 電子 機械 情報 制御 計測 実験・実習

8 ロボットで例える電子制御工 学 設計 電子制御設計製図 動作 ロボット工学，機械運動学 材料力学，電気回路，電子回路 ディジタル回路 神経 計測工学，電子デバイス，ディジタル回 路 頭脳 制御工学，情報処理，電子計算機 ディジタル回路，情報処理（アルゴリズ ム）

9 電子制御設計製図（シラバス）につ いて 授業の目標と期待される効果 図面を作図するだけに留まらず，ＣＡＤシステムを利用 することを通じて情報機器の基礎知識を習得し，さらに機 械工学と電気工学にまたがる幅広い分野の知識を駆使した デザイン能力の育成を目的としている １）機械製図に関する規格を理解する ２）製図技法を理解する ３）情報機器について理解する ４）電気回路の作図力を身につける ５）論理回路の作図力を身につける ６）ＣＡＤソフトの利用方法を習得する

10 3 次元形状モデルの種類 1.2 3 次元 CAD の基礎知識 P.5 ～ ワイヤーフレームモデル サーフェスモデル ソリッドモデル

11 ワイヤーフレームモデル 3 次元形状モデルの種類 3 次元形状を点と線で表現したモデル データ容量：小 処理速度：速い

12 サーフェスモデル 3 次元形状モデルの種類 3 次元形状を面で表現したモデル データ容量：中 処理速度：中

13 サーフェスモデル 3 次元形状モデルの種類 3 次元形状を面で表現したモデル データ容量：中 処理速度：中 中身：空

14 ソリッドモデル 3 次元形状モデルの種類 3 次元形状を中身の詰まった 立体で表現したモデル データ容量：大 処理速度：遅い

15 ソリッドモデル 3 次元形状モデルの種類 3 次元形状を中身の詰まった 立体で表現したモデル データ容量：大 処理速度：遅い 中身：実体

16 境界表現 (B-REP) 方式、 CSG 方式の 2 種類 3 次元形状モデルを表す方法 B-REP (Boundary Representation) 方式 サーフェスモデルに面の向きを加えたモデル CSG (Constructive Solid Geometry) 方式 プリミティブ ( 要素 ) を組み合わせたモデル

17 境界表現 (B-REP) 方式 サーフェスモデルに面の向きを加えたモデ ル 3 次元形状モデルを表す方法 面を構成する各稜線に方向を持たせ、 矢印が時計回りに見える面方向に実体

18 境界表現 (B-REP) 方式 3 次元形状モデルを表す方法 面を構成する各稜線に方向を持たせ、 矢印が時計回りに見える面方向に実体 ① ② ③ ⑤ ④ ⑥

19 境界表現 (B-REP) 方式 3 次元形状モデルを表す方法 面を構成する各稜線に方向を持たせ、 矢印が時計回りに見える面方向に実体 ① ② ③ ⑤ ④ ⑥ ①⑤④

20 C ＳＧ方式 プリミティブ ( 要素 ) を組み合わせたモデル 3 次元形状モデルを表す方法 プリミティブ

21 CGS 方式 プリミティブ ( 要素 ) を組み合わせたモデル 3 次元形状モデルを表す方法 プリミティブの集合演算 ( 和・差・積 ) を行う +

22 基本形状 ( プリミティブ ) 3 次元 CAD のモデリング手法 掃引法 立体の集合演算 ( ブーリエ演算 )

23 陰線消去・陰面消去 3 次元 CAD の CG 技法 モデルの前後関係で隠れた線や面を探し出し、 表示上から消去し、よりリアルな表示に描画 陰線消去前 陰線消去画像

24 シェーディング 3 次元 CAD の CG 技法 光源の位置や面の傾きなどをもとにして， 3 次元モデルに明るさや色を与える CG 技法。 フラットシェーディング (flat shading) グローシェーディング (gouraud shading) ラジオシティ法 (radiosity)

25 テクスチャマッピング 3 次元 CAD の CG 技法 モデルに製品の表面の素材を貼り付ける手法 周囲の環境を映りこむ金属表面や凹凸の表現も可能 バンプマッピング (bump mapping) 環境マッピング

26 1.3 業務の中での CAD システ ム P.9 ～  PLM (Product Lifecycle Management) 製品の企画、設計、開発、製造、メンテナンス、 製造停止までの一連の製品ライフサイクルを管 理するシステム リードタイム * の短縮が目的 * 商品やサービス、資材などを発注してから納品されるまでに要する時間のこと。 製造業であれば加工を行っている時間だけではなく、 非加工時間（待ち時間や運搬時間）を加えたものをいう。通常は日数で表す。

27 業務の中での CAD システム 2 次元 CAD と３次元 CAD を用いた仕事の流れの 違い 2 次元 CAD 出力は部品図や組立図。構想設計の結果検討図 を作成、試作や解析評価をクリアした後に部品図 や組立図を作成し、試作や解析評価を行う。 構想設計検討図 試作 / 解析 詳細設計 部品図 / 組立図 試作 / 解析

28 業務の中での CAD システム 2 次元 CAD と３次元 CAD を用いた仕事の流れの 違い 3 次元 CAD 出力は 3 次元モデル。試作･解析用のデータを作 り直す必要が無く、作業の効率化を図れる。 構想設計試作 / 解析詳細設計試作 / 解析

29 CAD 関連システムの種類  効率的に製品の企画と設計を行うことが目的  CAM （ Computer Aided Manufacturing ） 生産に必要な情報を数値データ化し，この数値デー タを元に対象物を生産する設計・生産システム  CAE （ Computer Aided Engineering ） CAD の過程でシミュレーションや技術解析などの工 学的な検討を行うこと  PDM （ Product Data Management ） CAD データを中心にして，製造に必要な部材の仕入 れから設計，製造，物流までを統合したシステム

30 CAD 関連システムの種類  効率的に製品の企画と設計を行うことが目的  DMU （ Digital Mock UP ） 3 次元データを用いた、メカニックな動きを含む試作検 証  CG （ Computer Graphics ） 3 次元データに実物に近い表現を付加

31 1.4 データ形式 P.11 ～ CAD システムは入力した図形を正確に再現した り，拡大，縮小による誤差をなくしたりするため， 入力図形の座標値や図形に応じた属性を持つベク トルデータを用いている． 一方，ペイントソフトなどでは，画像として扱 うイメージデータ（ラスタデータ）で図形をドッ トの集まりで持つため，拡大した場合には図形品 質などが劣化する．

32 ラスタデータとベクトルデータ ベクトルデータ ラ スタデータ

33 ラスタデータとベクトルデータ ベクトルデータ ラ スタデータ

34 中間フォーマット，中間ファ イル 中間フォーマット： 異なる CAD システム間でデータ交換を行うことを目的とし た， 統一規格のデータ形式のフォーマット 中間ファイル： 中間フォーマットで出力したファイル （ a ） IGES ANSI( 米国国家規格協会 ) 規格の中開ファイル。 3 次元データを扱えるが情報量が大きく変換に時間がか かる

35 （ b ） DXF Autodesk 社 AutoCAD のデ－タ互換を目的とした 2 次元のデータ変換用フォーマット。 ローエンド、ミッドレンジ CAD のデファクトスタン ダード。 （ c ） BMI キャダムシステム社 MicroCADAM のデータ互換を目的 としたフォーマット。

36 （ d ） STEP ISO( 国際標準化機構 ) で開発中の製品モデルと そのデータ表現及び交換に関する中間ファイル。 IGES に替わる次世代のデータ交換規格。 ソリッドモデルまで対応。 （ e ） SXF CAD データ交換標準開発コンソーシアム (SCADEC) が 策定。建設分野の CAD データ交換の標準化を目的。

37 コンピュータとは？ 内部に蓄積された手順に従って 計算などの処理を実行する機械

38 コンピュータの五大機能

39 コンピュータの世代 コンピュータ前史 第 1 世代 (1960) 真空管 第 2 世代 (1960 1965) トランジスタ 第 3 世代 (1965 1970) IC ( 集積回路 ) 第 3.5 世代 (1970 1980) LSI ( 大規模集積回路 ) 第 4 世代 (1980 ) 超 LSI ( 超高密度集積回路 ) コンピュータに使用する計算用回路素子で分割

40 コンピュータ前史 1649 パスカル 歯車式加減算機 1833 バベジ 解析機関 コンピュータに使用する計算用回路素子で分割 パンチカードを読み取る入力装置 演算結果を印刷する出力装置 演算装置、記憶装置を持ち、 現在のコンピュータの基本を備える

41 第 1 世代 1946 モークリー、エッカート ENIAC 真空管のフィラメントは切れると交換する必要 平均寿命 2000 時間、 2 万本の使用のため、 1/10 時間 (6 分 ) で真空管が故障 → 工夫で週に真空管 2,3 本 弾道計算用 真空管 18,800 本 床面積畳 60 畳、重量 30 ｔ、 1 ｋ W ストーブ 150 台の消費電力

42 第 1 世代 1946 モークリー、エッカート ENIAC 真空管のフィラメントは切れると交換する必要 平均寿命 2000 時間、 2 万本の使用のため、 1/10 時間 (6 分 ) で真空管が故障 → 工夫で週に真空管 2,3 本 プログラムの変更： 真空管や回路の配線を つなぎかえる必要。

43 第 2 世代 1958 IBM 、米軍 IBM-7070 、 7090 真空管より小型の トランジスタを利用した回路

44 第 2 世代 1958 IBM 、米軍 IBM-7070 、 7090 真空管より小型の トランジスタを利用した回路

45 第 3 世代 1964 IBM System/360 トランジスタを多数チップに収めた IC( 集積回路 ) を用いた世代

46 第 3 世代 1964 IBM System/360 トランジスタを多数チップに収めた IC( 集積回路 ) を用いた世代

47 第 4 世代～現在 1970 IBM 370 IC( 集積回路 ) をさらに高集積化した LSI を (Very Large Scale Integration) 用いた世代

48 コンピュータの五大機能 コンピュータには五つの機能で成り立つ … ことが多い。 必ずしもと言うわけではないが、 ノイマン型コンピュータの大半にはこれらがあ る。 それではその五つの機能とは？