エンベデッドシステムスペシャリスト 2021年 秋期 午後IIの問題文5問です。図・表・別冊資料と正解は掲載していませんので、出典の公表資料またはアプリでご確認ください。
共通の文章
駅でサービスを行うロボットに関する次の記述を読んで,設問1ご3に答えよ。
D社は,駅構内で様々なサービスを提供するロボットを開発している。ロボットに
Ik,鉄道の乗隆者を含めた駅の利用者(以下利用者という)に施設などを案内す
るロボット(以下,案内ロボという),駅構内を警備するロボポット(以下,警備ロボ
という),利用者の移動を支援するロボット(以下,移動ロボという)がある。
駅構内は,改札のあるフロア(以下,改札階という)とホームのあるフロア(VY
下,ホーム階という)の2階分のフロアで構成されている。各ロボットは,改札の
内外を含めて改札階だけで稼働する。ロボットの外観を図1に,駅構内の平面図を
図2に,駅構内の主な設備を表1にがす。
ハンドパネル 表示器 駆動輪 せん
案内ロボ警備ロボ移動ロボ
図1ロボットの外観
io ns
PATA°a—_*
HHTFFFHI。。=
ー商業エリアーーat,A 17=
HHTFFF守し*ルーIl HHHHHHHHHHFHF NN\EEE。 エレベータ=a
“Sa Ss|)
TTFFFFFFFFFFFH qo}oo ンィてIS at
TTFFFFFFFFFF…のinn gg]e@
Ge。@:ロポット|
注記1表1に示す設備のうち,監視カメラ,出口案内板,及びロボット管理サーバ(以下,Rサーバという)
は省略している。また,改札の外にある観光バス乗り場は,改札と同じ階にある。
注記2ロボットのいる位置は一例である。
図2駅構内の平面図
=2=
表1駅構内の主な設備
階段・エスカレー|利用者がホーム暗と改札紫への移動に用いる。ロボットは利用しない。
タ。エレベータ
ボタンとスピーカを備え,利用者が案内ロボの呼出しに用いる。利用者がボタンを押す
と,Rサーバと通信し,案内ロボが到着するまでの予想時間を音声で伝える。
駅構内の全ての階段・エスカレータに複数台設置されている。撮影画像は,駅務室で閲
監視カメラ覧したり,Rサーバで処理して利用したりすることができる。また,連続した撮影画像 に対しAIを用いることによって,暗段・エスカレータを上り下りする利用者を個別に認
識して追跡することができる。
駅務室に設置されている。駅構内には無線LANが整備されており,無線LANを介し
riて,各ロボットの状態を監視する。また,駅員からの操作を受け,各ロボットに指示を
送信する。自社の鉄道の運行を管理しているサーバと通信し,鉄道の運行情報などを得
ることができる。
出口案内板駅の出口と付近の施設を示した案内板であり,改札の内外の数か所に設置されている。
〔ロボットが実施するサービス〕
'案内ロボが5 A,警備ロボが108,移動ロボが1 A,それぞれ稼働可能であり,
各種サービスを実施する。ロボットが実施するサービスを表2に示す。
表2ロボットが実施するサービス
施設案内サービス|案内ロボが,駅構内及び付近の施設を利用者に案内する。
案内ロボが,駅構内の商業エリアの店舗内で,店舗及び取扱商品を宣伝する。
案内ロボが,駅構内を巡回しながら,案内を求めている利用者を探して声を掛ける。
警備ロボが,駅構内を巡回しながら監視する。AIを用いて不審者を探し,Rサーバに通
辻備サービス知する。また,駆付けを要求する指示をRサーバから受信すると,指示された位置に駆
け付ける。
isk—v x|移動ロボが,歩行の不自由な利用者を乗せ,駅槍内を自筆移動する。移動ロポは。音才
又はタッチパネルで利用者からの指示を受け,指示された位置まで利用者を運ぶ。
[施設案内サービス]
施設案内サービスでは,案内ロボは,利用者の要求に応じて,音声による対話と
表示器での情報表示によって,駅構内及び付近の施設を利用者に案内する。さらに
案内ロボは,利用者の希望があれば,駅構内の目的の施設まで当該利用者を先導す
る。
Pv 3 P=
(巡回案内サービス〕
1)案内ロボは,後述の【〔利用者の行動認識処理)を用いて,利用者の状態を次の
ように認識する。
・利用者が留まっている場合を“"ステイ”,歩行が不自由である場合又はゆっくり
歩いている場合を"リンプ",足早に歩いている場合を“ウォーク”とする。
(2)利用者の位置が駅構内のどの辺りかによって,"出口案内板の前",“通路",“商
業エリア”など,利用者の位置を区別する。
(3③)案内ロボは,利用者に近づき,声を掛ける。声を掛ける内容は,利用者の状態
及び位置によって異なる。その内容を表3に示す。
表3声を掛ける内容
———
該当する利用者が複数いる場合は,案内ロボに最も近い利用者を対象とする。
声を掛けた後,利用者から“サービスは不要”と言われたら,対象から外す。
[案内ロボのステータス〕
1)案内ロボには,次に示す四つのステータスがあり,待機中を除いたステータス
については,案内ロボが実施するサービスに対応している。
接客中:施設案内サービスを実施している状態
宣伝中:宣伝サービスを実施している状態
巡回中:巡回案内サービスを実施している状態
待機中:案内ロボが実施するサービスをいずれも実施しておらず,駅務室で充
電をしている状態
2)駅上員は,宣伝サービス用の案内ロボの台数及び待機させる案内ロボの台数をそ
れぞれRサーバに設定することで,稼働させる案内ロボの人台数を調整することが
=e
できる。
(3)Rサーバは,全ての案内ロボのステータスを監視する。Rサーバは,接客中,宣
伝中,待機中,巡回中のステータスの順で優先して台数を確保し,台数が不足と
なった場合は,ステータスを割り当て直す。
(4)接客中以外の案内ロボに対し,利用者が話し掛けると,案内ロボ自身でステー
タスを接客中に変更し,Rサーバに通知する。また,接客中の案内ロボは利用者へ
の対応が終わるとRサーバに通知し,ステータスが更新される。
[案内ロボの割当て]
1)利用者が呼出し端末のボタンを押すと,Rサーバは,巡回中の案内ロボのうち1
台に接客中のステータスを割り当てる。このとき,もし巡回中の案内ロボがいな
ければ,待機中及び宣伝中の案内ロボのうち,最も短時間でその呼出し端末に移
動可能な案内ロボ1台に接客中のステータスを割り当てる。割当て後,Rサーバは,
案内ロボが到着するまでの予想時間を呼出し端末のスピーカで利用者に知らせる。
なお,全ての案内ロボのステータスが接客中の場合,Rサーバは,接客中以外の
案内ロボが見つかるまで割当てを保留し,呼出し端末のスピーカで現在対応でき
る案内ロボがいないことを利用者に知らせる。
2)宣伝中の案内ロボの人台数がRサーバに設定した台数より少なければ,Rサーバ
は,巡回中の案内ロボのうち1台に宣伝中のステータスを割り当てる。このとき,
もし巡回中の案内ロボがいなければ,待機中の案内ロボのうち1台に宣伝中のス
テータスを割り当てる。割当て後,商業エリアの店舗内で当該案内ロボに宣伝さ
せる。
なお,巡回中及び待機中の案内ロボが1台もいなければ,巡回中又は待機中の
案内ロボが見つかるまで処理を行わない。
(3)待機中の案内ロボの台数がRサーバに設定した台数より少なければ,Rサーバ
は,巡回中の案内ロボのうち1台に待機中のステータスを割り当てる。割当て後,
当該案内ロボを駅務室に移動させる。
なお,巡回中の案内ロボが1台もいなければ,巡回中の案内ロボが見つかるま
で処理を行わない。
ー5一
(警備サービス]
eo Rls,決められたルートを巡回する。不審者を見つけた場合,Rサーバに通
知するとともに,一定の距離を保ちながら追跡する。また,Rサーバから駆付けを要
求する指示を受信すると,指示された位置まで駆け付ける。
なお,警備ロボは,緊急時でも安全のために,駅構内の3D高精度地図情報(以下,
構内マップという)に基づいて移動速度の制限を守る。
[共通プラットフォームによる効率的なロボットの開発
各ロボットの開発コストを抑えるため,各ロボットは,BRO(LIDAR(light
detection and ranging)による計測処理],(DSPの処理〕」,〔ロボット間の情報共有処
理〕,〔利用者の行動認識処理〕,(自律移動の経路の算出処理]及び〔駆動部の処
理]を共通プラットフォーム(以下,ロボPFという)として開発する。案内ロボの
表示器など,ロボPFに含まれない各ロボットに固有の構成要素は,追加要素として
ロボPFに接続することができる。
ロボPFの構成を図3に,ロボPFの主な構成要素と機能を表4に示す。
!
|(|テーフネイッチ|
! ー|mr ES
kiココごes J
3ロボPFの構成
aS=
表4ロボPFの主な構成要素と機能
赤外レーザ光を用いたリモートセンシング技術の一つであり,ロボットの本体に設置されてい
—る。レーザ光を周囲に照射し,反射光が遮蔽物に当たって返ってくるまでの時間から,周囲
360度の遮蔽物との距離を高精度に測定することができる。ただし,色を識別することはでき
ず,隣接する物体を区別することは難しい。
義光単眼カメラであり,ロボットの前面に設置されている。前方120度の範囲の画像(以下,前方
画像という)を撮影する。画像分解能が高い。
店音波センサ|起音波を用いた嘘計測センサであり,ロボットの前後左右の4か所に設置されている。近旗
ー離の障害物検知に優れている。指向性は広いが,垂直方向・水平方向の分解能が低い。
テープスイッ|ロボットが障害物に接触したことをON/OFF信号で検知するセンサであり,ロボットの周囲に
チ設置されている。
條性計測ユニ|3軸加速度3軸ジャイロ及び3軸コンパスをもち,3D空間でのロボットの動きを計測する。
ット
ロボット全体の処理を行う。また,自律移動の制御,利用者の行動の認識を行う。
駆動部駆動輪,走行用モータ,ロータリエンコーダなどで構成され,ロボットを移動させる。
stam,|"「ク,スピーカを内蔵する。音声認識,音声合成などの会話の処理技術によって。音声で利
..用者と対話する。
ロボットとRサーバとの通信に使用する。ロボット同士で直接通信することはできない。
[LIDARによる計測処理]
LIDARは,取付方向が縦方向に異なる32本のレーザ光の送受信機,及び送受信機
を水平回転させる回転機構をもつ。送受信機を水平回転させることによって,LIDAR
の周囲360 BE,半径200メートルをレーザ光で計測し,遮蔽物との距離から3D情報
(以下,点群という)を測定できる。LIDARによる計測の様子を図4に示す。
t0<yer"epee
a tl oe
LIDARンーーーーーラブンンタ
MVアシーーーLRARレンンタ Cm ea
(OHSS an[|に:se
mesa RL SS
ta"rh
(a)真上から1本のレーザ光に着目したときの様子(⑪)横から見たときの様子
注記1{10て{4は,経過時間を示す。
注記2破線はLIDARが照射するレーザ光を示す。
図4 LIDARによる計測の様子
aが=
・LIDARは,32個の送信機をもち,送信機を順次切り替えつつ,レーザ光を同時に
複数本照射する。合計32本のレーザジ光を扱う。
・32本のレーザ光で,遮蔽物までの距離を1秒間に合計1,152,000ポイント計測する。
・LIDARは,5~20回転/秒で水平回転することで,水平方向の角度分解能を調整
する。
[DSPの処理]
(1)物体の認識処理
LIDARの点群からは,物体の大きさと形状によって,人間などの物体を認識で
きる。色を識別できないので,隣接する物体を区別することは難しい。
前方カメラで撮影した前方画像からは,人間,障害物などの物体を正確に捉え
たり,小さな物体を検出したりできるが,正確な距離を推定することは難しい。
DSPは,点群及び前方画像をまとめてAlで解析し,物体を認識する(以下,at
識した物体をオブジェクトという)。
(2)オブジェクトの位置推定処理
オブジェクトの位置推定処理では,(ア)LIDAR,前方カメラ,超音波センサな
どで取得したデータから,一つーつのオブジェクトとの相対位置・対地速度を推
定する。
〔ロボット間の情報共有処理]
半径20メートル以内にいるロボット同士は,Rサーバを介してリアルタイムに情
報を共有する。共有される利用者1人当たりの利用者オブジェクト情報を表5に,
利用者オブジェクト情報の通信方式を図5に示す。
ーa一
表5利用者1人当たりの利用者オブジェクト情報
単位バイト
[ET|オフジェクトの電マップでの電打|6|
pax|zzsztess ve feounomte|オフジェクトに人20きれた。comnome|6|
5利用者オブジェクト情報の通信方式
各ロボットは,ロボットが認識した利用者に対して,表5に示す情報を1秒周期
で更新し,無線LANを介してRサーバに送信する。Rサーバは,送信したロボット
の半径20メートル以内にいるロボットに,受信した情報を転送する。
[利用者の行動認識処理]
利用者の様子を前方カメラなどで捉え,Alを用いて利用者の行動を認識する。
[自律移動の経路の算出処理)
構内マップ上で移動したい位置まで最も短時間で移動できる経路(以下,経路計
画という),及び各種センサでの計測が有用と思われる今後数秒間分の移動経路(以
下,行動計画という)を算出する。
・経路計画では,ロボットが構内マップ上の自身の位置を推定し,通路などの構内
マップの情報を用いて,移動したい位置までの移動経路を決定する。
・行動計画では,今後数秒間に移動する予定の経路を経路計画から切り出し,(イ)
物体の認識処理,オブジェクトの位置推定処理などを用いて移動経路を補正する。
=9—
(駆動部の処理]
左右二つの駆動輪がそれぞれ独立した走行用モータによって回転する。ロボット
の駆動制御は,行動計画に基づいて行われる。ロータリエンコーダを用いて,移動
した距離を測定できる。
設問]ロボットが実施するサービスについて,①)~て(3⑬)に答えよ。
(1)巡回案内サービス及び施設案内サービスについて,(a),(⑪)に答えよ。
(a)巡回案内サービスを実施している案内ロボが,表6に示す3人の利用者
を認識している。3人のうち,利用者2に声を掛けた。その理由を40字以
内で述べよ。
表6案内ロボが認識している利用者
単位メートル
ーー
(b)施設案内サービスで利用者の先導を終えた案内ロボが,Rサーバに通知し
た。通知直後,Rサーバの指示によって,ステータスが接客中に更新される
場合がある。どのような場合か。40字以内で述べよ。
2)RAI,5台の案内ロボのうち,宣伝サービス用に案内ロボが3台,待機さ
せる案内ロボが1台となるように,Rサーバに台数を設定した。この設定でサ
ービスが実施されているとき,1台の巡回中の案内ロボが利用者から話し掛け
られ,ステータスが巡回中から接客中になった。その数秒後,呼出し端末の
ボタンが押されたので,宣伝中の案内ロボのうち1台が接客中になり呼出し
端末に移動するように指示された。呼出し端末のボタンが押された後,Rサー
バは宣伝中以外の案内ロボにも指示する。Rサーバは,どのステータスの案内
ロボに,どのような指示をするか。45字以内で述べよ。ここで,駅員がRサ
ーバに台数を設定した時点で,接客中の案内ロボはいなかつたものとする。
(3)商業エリア付近で,5 GOBMPORDS BY-CAeRMLTWS,COD
ms Hy as
ちの1 OBO ADM 6に示す位置で何者かに倒され,Rサーバに通知
した。このとき,警備ロボAを除く,Aの位置に早く到着できる警備ロボ2
台に指示し,Aの位置に駆け付けさせたい。(④⑫,(b)に答えよ。
(40)
ne
B
(25)
店舗'店舗(35)
$A
BE 1 (15)
aan an 1 ⑩
“|=lq|し
E(10)(40)1。 7 SO)
D
注記1英字AEは,警備ロボAEを示す。
注記2()内の数字は,距離を表し,単位はメートルである。
注記3警備ロボは,実線及び破線に治って移動する。また,警備ロボの移動速度の制限は
実線では1.25メートルプ秒,破線では0.5メートルグ秒とする。
図6警備ロボAが倒された時点の様子
(2)図6中のどの警備ロボに指示すべきか。B~Eの英字で二つ答えよ。
(b)最も早く到着できる称備ロボは,Aの位置に到着するまで最低何秒掛かる
か。答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。ここで,警備ロボ
が方向転換する時間は無視するものとする。
問問1 設問2
設問2ロボPFを備えたロボットについて,(1)て5)に答えよ。
(1)ロボットが,隣接する複数の利用者を認識するために,LIDARと同時に使
用すると,誤認識が発生しにくくなると考えられる構成要素を,表4中の構
成要素名で一つ答えよ。また,その理由を35字以内で述べよ。
(2)LIDARの水平方向の角度分解能を0.1度にした。このときの回転速度を,
単位(回転/秒)で答えよ。答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求め
ま。|
|3)本文中の下線(ア)について,オブジェクトの対地速度を推定するため,
ロボット自身の対地速度を計測する必要がある。ロボット自身の対地速度が,
LIDAR,前方カメラ,超音波センサ以外で計測できると考えられる方法を二つ
挙げ,表4中の構成要素名を用いて,それぞれ30字以内で述べよ。
(4)本文中の下線(イ)について,行動計画は,経路計画だけでは対応できな
いある事象を回避するために実施されていると考えられる。ある事象とは,
どのようなことか。30字以内で述べよ。
(65)〔ロボット間の情報共有処理)について,@,⑪)に答えよ。
(2)ロボット同士が利用者オブジェクト情報を交換することによる利点は何
か。25字以内で述べよ。
(b)あるロボット(ロボットX)の半径20メートル以内に10台のロボットが
WC,利用者オブジェクト情報の授受を行っている。そこに,別の1 BO
ロボットが半径20メートル以内に入った場合,ロボットXが1秒間に,送
信及び受信する利用者オブジェクト情報は,それぞれ何バイト増加するか。
答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。ここで,各ロボットは,
16人分の利用者オブジェクト情報を送信しているものとする。また,増加
しない場合は,0バイトとする。
出典:令和3年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問2
問問1 設問3
設問3新しいサービスの提供について,(①~て③⑬)に答えよ。
交通機関にかかわらず,旅行者の移動に関するサービスをより良くするため
に,ツアー客を対象として,駅での乗換えに関するサービス(以下,乗換え支
援サービスという)を新しく提供することになった。乗換え支援サービスでは,
ツアー客をニニつのグループに分け,健康なた人をグループa,杖などをついている
歩行が不自由な人をグループBとする。また,ホームから観光バス乗り場まで
のツアー客の移動をロボットが自主的に支援する。
D社は,乗換え支援サービスに対応するために,“ロボットのエレベータでの
BH”,“ツアーバッジの配布"及び“監視カメラと案内ロボによるサービス連
携"の機能を追加開発した。乗換え支援サービスの内容を表7に示す。
ー12一
表7乗換え支援サービスの内容
・グループA及びグループBを乗せた特急電車が駅に到着するまでに,案内ロボ及び移動ロボ
出迎えは,エレベータを使ってホームに行き,指定席の乗車位置付近で待つ。また,別の案内ロボ
が改札階の階段・エスカレータの近くで待つ。
・特急電車が駅に到着すると,ホームの案内ロボはグループA及びグループBを呼び集める。
・グループA及びグループBが近くに来ると,案内ロボは,ロボットハンドを使ってツアーバ
チェックインッジを配り,グループA及びグループBの利用者に装着するように指示する。
・ホームの案内ロボは,グループAには階段・エスカレータで改札階に移動するように指示
し,グループBには移動ロボに乗るように指示する。
・グループBを乗せた移動ロボは,エレベータを使って改札階まで移動する。
iy
・Rサーバは,監視カメラの撮影画像から,改札階の階段・エスカレータ付近で人の少ない場
所を探し,待合せ場所として改札階の案内ロボ及び移動ロボに通知する。
・グループAが階段・エスカレータを利用している間は,グループAの利用者が案内ロボの視
改札階待合せ|界から外れる可能性が高いので,Rサーバは,監視カメラの撮影画像から,ツアーバッジを
装着したグループAを追跡し,改札暗の案内ロボに通知する。
・改札階の案内ロボは,グループAを待合せ場所に全員誘導する。
・移動ロボは,待合せ場所に到着したら,改札階の案内ロボに通知する。
改札階移動・改札階の案内ロボは,グループA及びグループBを観光バス乗り場まで先導する。
ツアー客は10人で,そのうち,9人がグループA,1人がグループBの場合
を検討した。ツアー客は,事前に購入したツアーチケットに付属した特急電車
の指定席券を使って,ツアー客全員が同じ駅に一度に着くものと想定した。こ
こで,検討したツアー客10人以外の利用者は,ツアーバッジを装着していない
ものとする。
(1)ロボットがエレベータから降りた場合,新たに必要となる処理がある。どの
ような処理か。20字以内で述べよ。
(2)ツアーバッジの追跡に加え,AIを使って,“ツアーバッジの装着"という属
性が付加された利用者オブジェクトを追跡することにした。この結果,改善
されることは何か。45字以内で述べよ。
(3)待合せ場所に集合したグループAの人数が不足した場合,不足分の利用者
を捜したいが,待合せ場所の案内ロボは,集合したグループAの利用者への
対応で捜すことができない。不足分の利用者を捜すために,どのような方法
が良いと考えられるか。45字以内で述べよ。
ー13一
出典:令和3年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問3
共通の文章
生産ラインの可視化システムに関する次の記述を読んで,設問1ー3に答えよ。
E社は,ロット生産を行う加工工場向けに,生産ライン(以下,ラインという)の
可視化システム(以下,本システムという)を開発している。ロット生産とは,fA
ーの製品をまとまった単位数(ロット)で生産する生産方式である。本システムは
ラインに設置した各種センサからの情報を収集することで,ライン内の各生産工程
(以下,工程という)の稼働状況や生産状況を可視化する。ラインの生産状況をリ
アルタイムに把握できない,旧型の生産設備(以下,設備という)を使用している
工場に本システムを導入することで,工程管理の能力を向上させることができる。
[本システムの構成]
本システムの概要を図1に,本システムの構成要素を表1に示す。
(凡例)KX投入センサWW:状態センサ
可視化装軒P 4:産出センサfa:出力ノード
/:無線通信
ライン
x sis—Sa><x fei==>4
図1本システムの概要
表1本システムの構成要素
各工程の投入部分に設置する無線センサで,工程への投入有無又は投入量を出力する。
各工程の産出部分に設置する無線センサで,工程からの産出量を出力する。
各工程で稼働する設備に設置する無線センサで,設備の状態を示す情報を出力する。
可視化装置|各種センサから情報を収集し,分析して必要な指示を行う。
可視化装置で分析した結果の表示,及び各種ボタンのタッチ操作によって指示を行う。
カード出力ポートを備えており,各工程に設置し,設備などの異常時に可視化装置からの指示に よって出力する。本出力を使用して,BHORAREI,警告灯の点灯などを行う。
[本システムの適用例]
ネジの製造を行うS工場への本システムの適用例を示す。S工場では,表2に示す
ネジの生産ラインの工程において,圧造工程及び転造工程を行い,以降の工程は他
工場で実施している。S工場で使用する各種センサを表3に示す。
表2ネジの生産ラインの工程
、圧造機を使用する。1ロット分の線材から,ネジ1個分の所 ||定の長さを切り出してネジの成形を行う。圧造機から産出さC©ie
*れた状態のネジをブランクという。\
igエ|転機を使用する。ブランクを2枚の金属板で挟み。圧力を(Foプランク
加えながら転がすようにスライドすることによってネジ山を\
成形する。
熱処理|熱処理機を使用する。ネジに対して焼入れ・焼戻しを行い。(mmネッ
工程|ネジの強度・硬度を高める。\
理工各後のネジ 表面処|さび及び腐食の防止のために電気メッキなどの処理を行う。um PULSE«Ae HOLS
表3 S工場で使用する各種センサ
圧造機に投入した線材の有無によってON/OFFを出力する。
FET|epee vy 圧造機のモータの振動を計測する。
各圧造機のモータに流れる電流を計測する。
圧造機から産出されるブランク1個ごとにパルスを出力する。
転造機に投入されるブランク1個ごとにパルスを出力する。
WT|ree vy転造機のモータの振動を計測する。
各転造機のモータに流れる電流を計測する。
転造機から産出されるネジ1個ごとにパルスを出力する。
注記S工場では,圧造機が圧造工程内に1台,転造機が転造工程内に1台設置されている。
[本システムの機能概要)〕
可視化装置は各種センサから無線で情報を収集し,分析する。収集した情報を収
集情報,分析した情報を分析情報という。分析情報の内容と求め方を次に示す。
(1)状態センサが設置された設備の稼働状態を次のように決定する。
・状態センサ(S工場の事例では,振動センサ又は電流センサ)から得られた値を
分析し,しきい値と比較することで,“停止”,“動作”又は“異常”の三つの状
熊のうち,いずれかに分類する。
・設備の稼働状態を,表4に示す条件で決定する。
表4設備の稼働状態を決定するための条件
設備の稼働状態決定するための条件
eres]全の設備に設置された,一つ以上の状態センサから得られる状態が“停止”であり,かつ, me“PEL”以外の全ての状態センサから得られる状態が"動作"
設備動作1台の設備に設置された,全ての状態センサから得られる状態が"動作"
1合の設備に設置された,一つ以上の状態センサから得られる状態が"異常"
(2)①)で決定した設備の稼働状態を基に,工程及びラインの乏働状態を,表5に示す
条件で決定する。
表5工程及びラインの稼働状態を決定するための条件
工程・ラインの稼働状態決定するための条件
工程内の全ての設備が“設備停止
工程工程動作工程内の一つ以上の設備が"設備動作"であり,かつ,一つも“設備異常”がない
工程内の一つ以上の設備が"設備異常"
ライン内の全ての工程が"工程停止”
ライン|ライン動作|ライン内の一つ以上の工程が"工程動作"であり,PO,一つも“工程異常"がない
ライン内の一つ以上の工程が“工程異常
(3)(1),⑫)で決定した稼働状態と,各工程の投入量及び産出量を基に,表6に示す
生産指標をロットごとに算出した上で,タッチパネルに表示する。
表6可視化装置が算出するロットごとの生産指標
工程生産量工程からの産出量
工程生産能力|工程生産量=(工程の稼働状態が“工程動作"であった時間)
ラインの最後の工程における産出量
ライン生産能力|ライン生産量=(ラインの稼働状態が"ライン動作"であった時間)
工程間滞留量|工程生産量-次の工程への投入量
[可視化装置の構成
可視化装置は,一つのシステムバスに,MPUなどの複数の構成要素が接続されて
いる。可視化装置の構成要素を表7に示す。
表7可視化装置の構成要素
ROM,RAM日付時刻用タイマなどを内蔵し,可視化装置全体を制御する。
フラッシュメモリ可視化装置の制御プログラム(以下,制御プログラムという),センサドライバプログラ
A(以下,ドライバという),収集情報及び分析情報,各種制御データを格納する。
各種センサ及び出力ノードと無線で通信する。
[ラインのモデル化]
可視化装置はラインをモデル化するデータWE,モデルという)をSDカード
から読み込み,モデルに従って処理する。モデルの構成及び構成要素を図2に示す。
モデルの全体構成工程に関する情報設備に関する情報
作成日時(8)|工程名(32)/|_設備名(32)
工程数(2)wer投入センサのセンサ7状態センサ数(2)
工程1に関する情報情報(264)*||状態センサ1のセン
にa/サ情報(264)* ae nl産出センサのセンサ/
工程Nに関する情報7 WYSE(264)*』se’
x/* ヽ議別ID(4)MMンにっ
ヽ設備数(2)/we
、—we |0 設備Nに関する情報
*センサ情報の詳細
センサの識別ID(4)
E社が定義するドライバの識別ID(4)
設備の稼働状態を判別するしきい値など,
:ドライバ用の個別データ(256)
注記1()内の数値は構成要素のバイト数を示す。
注記2*は,“センサ精報の詳細"を示す。
注記3工程,設備はラインの上流から順に並んでいる。
図2モデルの構成及び構成要素
可視化装置の起動時(再起動時も含む)及びタッチパネル操作時の動作概要)
(1)出荷時のフラッシュメモリには,標準的なドライバが書き込まれている。モデ
ルは書き込まれていない。
(2)MPUのROMには,起動時(再起動時も含む)に動作するブートプログラムが書
き込まれている。ブートプログラムは,フラッシュメモリから制御プログラムを
読み込み,RAMに展開後,制御プログラムに制御を移す。
(3)制御プログラムは,表8に示すモデルの読込み処理を行う。
表8モデルの読込み処理
はSDカードにモデル|読込ボタンをタッチすると,モデルの読A,RAMに展開する。
がない状態込み処理を行う。
注記複数のモデルが存在した場合は,作成日時が最も新しいモデルを読み込み。RAMに展開する。
(4)制御プログラムは,RAMに展開されたモデルに記述されている識別IDのドライ
バをフラッシュメモリから読み込み,RAMに展開する。ただし,SDカードに当該
ドライバがある場合,SDカードから読み込み,RAMに展開する。フラッシュメモ
リ及びSDカードに当該ドライバがなければ,タッチパネルにエラーを表示する。
再読込ボタンをタッチするとSDカードからドライバの読込みを行う。
(5)モデルの処理に必要とされる全てのドライバを展開したら,次の処理を行った
後,各種センサからの情報を収集し,分析を開始する。
・①モデル又はドライバをSDカードから読み込んだ場合,当該モデル又は当該
ライバをフラッシュメモリに書き込む。
・フラッシュメモリに収集情報及び分析情報が保存されている場合は,RAMに展
開する。
(6)タッチパネルの各種ボタンをタッチすることによって,次の操作ができる。
・中断ボタンをタッチすると,再開ボタンをタッチするまで,情報の収集及び分
析を中断する。
・保存ボタンをタッチすると,RAMにある収集情報及び分析情報をフラッシュユメ
=9g=
モリに保存する。
[制御プログラムのソフトウェア構造]
制御プログラムには,リアルタイムOSを使用する。制御プログラムの主なタスク
構成を図3に,制御プログラムの主なタスクの処理概要を表9に示す。
Se oeーーーー
7 L£』ーーーーーー収集情報 しし||!
ee”
注記1実線の矢印は,メールボックスを使用したタスク間のメッセージ通信の方向を示す。
注記2破線の矢印は,メモリへの書込みを示す。ただし,メモリからの読出しは省略している。
図3制御プログラムの主なタスク構成
表9制御プログラムの主なタスクの処理概要
・可視化装置の状態を管理する。
・モデル,KITA,収集情報及び分析情報について,RAMへの展開及びフラッシュメモリヘへ
の保存を行う。エラーが発生した場合,エラーを表示するために表示タスクに通知する。
メイン-・タッチパネルタスクから“ボタン押下(ボタン名)”の通知を受けると,次の処理を行う。
-ボタン名が“中断”OLS,生産ラインタスクに“中断”を通知する。
-ボタン名が“再開”OLS,生産ラインタスクに"再開"を通知する。
-ボタン名が“保存”のとき,収集情報及び分析情報を保存する。
・起動されると,モデルに従い,工程の数だけ工程タスクを生成して起動する。
・メインタスクから“hh”,“再開”を受けると,全ての工程タスクに転送する。
生産ライン・工程タスクから“工程情報通知”を受けると,通知に含まれる工程情報"を用いて,ライン の稼働状態の判定,分析情報の更新,及び表示タスクへの表示更新通知を行う。通知元がラ
インの最後の工程における工程タスクである場合は,分析情報の更新の前に,ライン生産量
及びライン生産能力の算出を行う。
・作成した表示情報を,タッチパネルタスクを介してタッチパネルに表示する。
・表示タスクからの指示に従って,表示情報をタッチパネルに表示する。
タッチパネル|・タッチパネルから,押されたボタンの情報を受信すると,“ボタン押下(ボタン名)”をメイ
ンタスクに通知する。
・起動されると,モデルに従い,自工程に所属する全てのセンサのドライバタスクを生成して
起動する。
・1秒ごとに,工程情報を生産ラインタスクに“工程情報通知"”で通知する。次の工程が存在
する場合は,工程間滞留量を算出して"工程情報通知"を通知する。
・ドライバタスク又は次の工程の工程タスクから通知を受けると,AMICI UL THAR Mit
了程分析情報を更新する。さらに,通知に応じて次の処理を行う。 -通知元が,状態センサのドライバである場合,設備及び工程の稼働状態を決定する。決定
した稼働状態が"設備異常”の場合は,出力タスクに“出力指示”を通知し,続いて生産
ラインタスクに“工程情報通知”を通知する。
。通知元が投入センサのドライバで,PO,前の工程が存在する場合,通知された投入量
を,前の工程の工程タスクに"投入量通知"CHATS.
“hie”,“BY”を受けると,起動した全てのドライバタスクに通知する。
.起動されると,生成時に受け取ったパラメタに従って,管理対象のセンサを初期化する。
・初期化が完了したら,次の動作を繰り返す。
-管理対象のセンサからセンサ値を取得する。
ーー-取得したセンサ値について,を基に,投入センサであれば投入量に変換し,
産出センサであれば産出量に変換し,状態センサであれば"停止",“動作"又は“異常"
のいずれかを示す値に変換し,工程タスクに通知する。
“chi”を受けると,工程タスクへの通知を中断する。
・“再開”を受けると,工程タスクへの通知を再開する。
注り工程情報とは,投入量,産出量,設備及び工程の稼働状態と,その状態に変化した時刻,次の工程との間
の工程間滞留量を総称したものである。
問問2 設問1
設問1本システムの仕様について,①)~て(3)に答えよ。
Q)図2中の|a|に入れる適切な字句を答えよ。
(2)可視化装置の動作概要について,(a),(⑪)に答えよ。
@表8中の|bp|に入れる適切な処理を70字以内で述べよ。
(b)本文中の下線のの処理を行う目的を30字以内で述べよ。
(3)【〔本システムの適用例]におけるS工場では,ネジ10,000 Me 1ロットと
する生産を行っている。1ロットを生産した場合の,投入センサ,状態センサ
及び産出センサが示す状態を図4に示す。図4において,1時間当たりの圧造
工程の工程生産能力,1時間当たりのライン生産能力,及び工程間滞留量の最
大値を答えよ。答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。ここで,圧
造工程から転造工程へのネジの移動時間は,滞留時間を除いて無視できるも
のとする。
時刻800|13:00 YP 5.00
投入センサ(光センサ)ーー
FE|ARM(ire>)
ig|RE(abi YD
産出センサ(光センサ)|mm!i:
———— A|状態センサ(電流センサ)Ge i 投入センサ(光センサ)_!mmm|! 産出センサ(光センサ)トト|
注記圧造機は1.5秒に1個のブランク,GEM?秒に1個のネジを製造できる、。RIE,EULEL MELE
間にはブランクを滞留できる機構があり,その機構から1個ずつ,転造機の生産速度に合わせて転造工程へ
投入される。
図4投入センサ,状態センサ及び産出センサが示す状態
出典:令和3年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問1
問問2 設問2
設問2制御プログラムについて,1①)て(3)に答えよ。
(1)ドライバタスクについて,(a),⑪)に答えよ。
(a)ドライバタスクの生成時にパラメタとして受け取る必要がある情報を,
ー21一
二ニつ答えよ。
)表9中の| c|に入れる適切な字旬を15字以内で答えよ。
(2)メインタスクの状態遷移を図5に,メインタスクの各状態の概要を表10に
RF.(a),(b)に答えよ。
起動待機中
see.;起動 準備完了(条件1が偽,条件2が真)条件3
備中
weesボタン押下BBA)
(条件1が真)
展開中保存中>|準備完了(条件1,条件2ともた偽) エー保存完了(条件2が真)*
保存完了ボタン押下(中断)
Bet 通常動作中ボタン押下(再開)
注り条件3は“モデル又はモデルに記述されている識別IDのドライバが,フラッシュメモリにもSDカードに
も存在しない場合”である。
図5メインタスクの状態須移上
#10メインタスクの各状態の概要
起動待機中制御ブログラムがRAMに展開された後,起動を待っている状態
モデル及びドライバをRAMに展開している状態
エラーを表示し,利用者が適切なSDカードを挿入するのを待っている状態
展開中フラッシュメモリから読出しを行っている状態
通常動作中収集及び分析を行っている状態
収集及び分析を中断している状態
(a)5中の条件1について,適切な内容を30字以内で述べよ。
(b)5中の条件2について,適切な内容を35字以内で述べよ。
(3)〔本システムの適用例]のS工場に設置された可視化装置におけるタスク間
通信シーケンスの例を図6に示す。(』)て(④⑰に答えよ。
ー22一
工程1工程2
|工程2のドライバタスク i
ran(274|G rc)a a||Pet eee)[||
ボタン押下:OO (中断)にトーニー
|1
レレシシシドニニニニヨニトトもトドトドOsプ|
ーー
Se ae
ボタン押下=
(再開|ji|
レレレシドニドニニニドニドニトトトトトドポわやや"やtーードトにGはは人M全ラー0"Ts
a a 7 EEE ee ee PO eS
・| 。トーーーー*
re|||トートート, ム|トーーーーーイーーーーーツ
IN〈†64|1|
(ア)-†--ーーーーーーートーーー]-ー十ーート--ーーーーキーーーーー]オーー十--ーーーートーーーーーーーーーートーーーーーーーーーートーーーーーーーートーーーーーーオーー十
注記]工程1のドライバタスク,及び工程タスクが1秒ごとに通知する工程情報通知は省略している。
注記2タスクがメッセージを受け,対応する処理を行ってから他タスクにメッセージを通知している場合,メ
ッセージを受けてから通知までの間に,他メッセージを受けることはない。
図6タスク間通信シーケンスの例
(a)図6中の| q|]~|f|にっいて,どのセンサを管理するド
ライバタスクか。| qd|]~|f|に入れる適切な字句を,投入
センサ,電流センサ,産出センサのうち,いずれかで答えよ。
⑪)図6中の|gz|~|ji|に入れる適切なメッセージ名を答え
a.
(c)図6中の工程1,工程2のうち,どちらが圧造工程か。工程1又は工程2
のいずれかで答えよ。また,その理由を25字以内で述べよ。
(d)図6中の破線(ア)のタイミングにおける,工程2の稼働状態及びライン
の稼働状態を,それぞれ表5中の工程・ラインの稼働状態で答えよ。ここで,
工程1の稼働状態は“工程動作”"であるものとする。
出典:令和3年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問2
問問2 設問3
設問3本システムの機能追加について,①),(②)に答えよ。
複数の工場で分担しているラインにおいて,E社が設置する情報共有サーバ
(以下。サーバという)と,それぞれの工場にある可視化装置をインターネッ
トを介して接続し,統合して可視化したい。そのため,可視化装置には,AL
程の工程情報をサーバに送信する機能と,他工場の工程情報をサーバから受信
する機能を追加する。機能追加後の本システム(以下,新システムという)の
概要を図7に示す。
Ermt
|ee
=rac H
図7新システムの概要
[モデルの変更点】
モデルの変更点を次に示す。
・作成日時の次に,64バイトの“サーバへの接続情報"を追加する。サーバに
接続しない場合は,"サーバへの接続情報”の先頭バイトを0にする。
・他工場が担当する工程は,工程名の先頭に“@”を付加する。
・他工場が担当する工程は,工程名の次に,その工程を担当する工場の識別子
(以下,工場IDという)を追加する。工場IDは4バイトである。
・他工場が担当する工程は,投入センサのセンサ情報,産出センサのセンサ情
報,設備数及び設備に関する情報を記述しない。
制御プログラムのタスグク変更概要]〕
制御プログラムのタスク変更概要を表11に示す。ここで,他工場工程タスク
及びサーバ接続タスクは新規に作成するタスクである。他工場工程タスクは
他工場が担当する工程ごとに起動され,工程情報をサーバから取得して,生産
ラインタスクに通知するタスクである。
Bf=
表11制御プログラムのタスク変更概要
・メインタスクから"中断",“再開”を受けても,他工場工程ヌスクには転送しない。
・起動されると,10秒ごとに,他工場が担当している工程の工程情報を,サーバ接続タスクを
|を生産ラインタスクに通知する。また,| k|場合,投入量を転送する。
(1)【〔本システムの適用例]におけるネジの生産ラインについて,S工場が圧造
工程及び転造工程を,工場が熱処理工程を,U工場が表面処理工程をそれぞ
れ担当する。各工場は,既に導入されている本システムを,新システムに更
新する。(a)て(c)に答えよ。
(a)工場の可視化装置におけるモデルのバイト数は,新システムに更新する
と,何バイト増加又は減少するか。増加を正,減少を負として,正又は負
の整数で答えよ。
(b)表6で示す生産指標のうち,S工場と工場の可視化装置で稼働する工程
タスクでは算出するが,U工場の可視化装置で稼働する工程タスクでは算出
しない生産指標がーつある。表6中の生産指標で答えよ。
(cC)ライン及び全ての工程について,表6中の生産指標を各工場のタッチパネ
ルに表示している。S工場が稼働し,T工場が休業していると,S工場のタ
ッチパネルでは,転造工程の工程間滞留量はどのように表示されるか。15
字以内で答えよ。
(2)制御プログラムのタスク変更について,3)て(c)に答えよ。
@表11中の| 」|に入れる適切なメッセージ名を答えよ。
6表11中の| k|に入れる適切な字句を25字以内で述べよ。
©表11中の| 」|に入れる剖切な字句を25字以内で述べよ。
ー25—
(メモ用紙]
i
(xXモ用紙〕
出典:令和3年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問3