2013年4月17日 電子制御設計製図Ⅰ 第二回 担当教員： 北川輝彦 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 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 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関係） 自動抽出された 非造影X線CT画像 (1症例で約1000枚の画像) 肝臓領域(緑色) 自動抽出された 肝臓領域(3次元) 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)。 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関係） 血管強調MIP画像(coronal) 自動抽出された 肝臓領域(3次元) 原画像 (axial) 血管強調画像 (axial) 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) 。 専門：画像認識関係（医療画像ソフトウェア関係） 血管強調MIP画像(coronal) 自動抽出された 肝臓領域(3次元) 原画像 (axial) 血管強調画像 (axial) 肝臓内に発生する病気の発見、診断システムの開発 脂肪肝，肝のう胞，肝炎，肝硬変，肝細胞癌など 電子制御工学の概要 知能化システム 情報/通信 ネットワーク ロボット 医療機器 環境機器 電子機器 航空・宇宙 コンピュータ 自動車 電気 機械 計測 電子 情報 制御 実験・実習 ロボットで例える電子制御工学 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） 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 設計 電子制御設計製図 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 1.2 3次元CADの基礎知識 P.5～ 3次元形状モデルの種類 • 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 3次元形状モデルの種類 ワイヤーフレームモデル • 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 3次元形状モデルの種類 サーフェスモデル • 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 3次元形状モデルの種類 サーフェスモデル • 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 3次元形状モデルの種類 ソリッドモデル • 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 3次元形状モデルの種類 ソリッドモデル • 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 3次元形状モデルを表す方法 境界表現(B-REP)方式、CSG方式の2種類 • 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 3次元形状モデルを表す方法 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 • 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 3次元形状モデルを表す方法 境界表現(B-REP)方式 • 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 ③ ⑥ ② ① ④ ⑤ 3次元形状モデルを表す方法 境界表現(B-REP)方式 • 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 ③ ⑥ ② ① ⑤ ④ ① ⑤ ④ 3次元形状モデルを表す方法 CＳＧ方式 プリミティブ(要素)を組み合わせたモデル プリミティブ 3次元形状モデルを表す方法 CGS方式 プリミティブ(要素)を組み合わせたモデル + •プリミティブの集合演算(和・差・積)を行う 3次元CADのモデリング手法 基本形状(プリミティブ) • 掃引法 • 立体の集合演算(ブーリエ演算) 3次元CADのCG技法 陰線消去・陰面消去 • 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 3次元CADのCG技法 シェーディング • 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 グローシェーディング (flat shading) (gouraud shading) ラジオシティ法 (radiosity) 3次元CADのCG技法 テクスチャマッピング • 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 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。 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。 試作/解析 構想設計 試作/解析 検討図 詳細設計 部品図/ 組立図 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 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 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 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． 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 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 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 （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。 （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。 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 コンピュータの五大機能 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 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 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 コンピュータに使用する計算用回路素子で分割 第1世代 1946 モークリー、エッカート ENIAC 弾道計算用 真空管 18,800本 床面積畳60畳、重量30ｔ、 1ｋWストーブ150台の消費電力 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 第1世代 1946 モークリー、エッカート ENIAC 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。 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 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 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 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 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 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 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？
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