組込みシステムアーキテクト養成プログラム

プログラムの概要

本コースは、ソフトウェア工学基礎、モデルベース開発、組込みシステム実践演習の3プロジェクトで構成しております。実施日数は、2日連続(金・土)の日帰り形式の演習を合計 10回行います(合計20日間)。この連続した3プロジェクトを通して、組込みシステム開発に必要となるモデルベース開発技術、制御技術とソフトウェア設計技法、通信・ネットワーク技術、実装技術を養います。

 

プロジェクト1 「ソフトウェア工学基礎」

意図と目標:

ソフトウェア工学の実践的な知識は、様々なドメインにおけるソフトウェア設計の経験を積み、そのプロセスを抽象化するという過程を経て獲得されます。本演習では、そのような知識の習得を目指して数名のチームでのPBL (Project Based Learning) 演習による一連の開発とその経験の抽象化に関する議論を行います。

本演習では、ロボットを制御対象とした組込みシステム開発をテーマとして、ソフトウェアの設計方法、開発方法、テスト方法等のソフトウェア開発における一連の工程を実施し、それらの手法や方法論を習得することを目的とします。

制御対象としてLEGO社Mindstorms EV3を使用し、開発環境はC++言語を用います。UMLによるオブジェクト指向分析・設計を行い、実際にシステムを構築してロボットの動作をテスト・検証して、正確にシステムを動作させることが目標です。複数のサブシステムから構成されたシステムを想定し、ネットワークによるモジュール間連携を実現します。また、毎回の相互レビューを通して、上述の技術・手法に関する理解を深めます(要求分析~システムテストのレベルは実践演習コースにて実施します)。

 

プロジェクト2 「モデルベース開発」  意図と目標:

組込みシステムの開発の生産性を向上させるための一手法として、組込み対象のモデル化に基づいた設計、シミュレーション、実装を統一的に行うモデルベース開発(Model Based Development, MBD)が注目されています。本演習では、モデルベース開発の全体像を理解すること、モデルベース開発の効果を実際の演習を通して体験すること、モデルベース開発に必要となる技術・手段を把握すること、を目的とします。

具体的には、モデルベース開発の過程に必要な、プラントのモデル化、コントローラ設計、プログラミング、シミュレーション、および実装にわたって一連の各手法を演習します。制御対象としては、アクチュエータおよび各種センサからなるロボット(LEGO Mindstorms EV3)、システムの開発環境としてはMATLAB + Simulinkを用います。制御対象のモデルをSimulink上にブロック図で記述することによって、その時間応答を知り得ることを体験します。更に、PID制御による車輪の位置制御系の設計・実験を行い、モデル化の段階において先行してシミュレーションによる検証、モデルへのフィードバックを行った上で、実装、実機検証に向かう開発プロセスを体験します。

 

 

プロジェクト3 「組込みシステム実践演習」

  意図と目標:

組込みシステムの開発においては、制御対象ドメインの知識、機械や電気の基礎知識、制御方式に関する知識、ソフトウェアに関する知識など多岐に渡る知識が必要となります。理由は、組込みシステムは、機械、電気/電子回路、ソフトウェアの統合体だからです。そのため、組込みシステムアーキテクトには、これらの知識を一通り把握し、対象の開発に必要な技術を横断的に俯瞰し、統合するスキルが求められています。

この講座では、組込みシステムの実際の設計を一通り体験することにより、必要な知識、及び統合するスキルを身につけることを目的とします。ロボットを演習対象とし、要求分析を実施し、その要求を実現するシステムを複数のサブシステムの集合として捉え、各サブシステムに適した通信技術・サービスやデバイスの選定、相互の通信系の選定を含めたシステム設計の実施、モータ、センサ等の組み合わせなどによるハードウェア設計、マイコン上でのソフトウェアによるロボット制御を実現します。要求分析・要求仕様策定や開発プロセス設計等の上流の工程からの自律的なプロジェクト実施を通して、また、レビューやグループでの議論を通じて、上記技術に関する理解を深めます。

 

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