ものづくりの課題を解決する PCベース計測・制御テクノロジ

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At the recent speaking engagement at JEITA (11/28), an editor from Dempa Shimbun was on hand and summarized my presentation. Here it is (all Japanese, …

At the recent speaking engagement at JEITA (11/28), an editor from Dempa Shimbun was on hand and summarized my presentation. Here it is (all Japanese, unfortunately)


http://www.youtube.com/profile_videos?user=victormieres

http://www.keisoku-gb.com/lecture_ikeda/lecture_ikeda.html

There were about 20 members of the JEITA Electric Measuring Instrumentation committee, including Anritsu, TEAC, Yokogawa, and Advantest present for the speech. The main message for them was to embrace open standards like LabVIEW and PXI in order to address customers (like those belonging to the rest of JEITA) that require faster design to test. They asked many questions afterwards lke where LabVIEW is heading and even about our partnership with Kyowa and Tektronix.

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  • 感謝 電子情報技術産業協会 根本様

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  • 1. ものづくりの課題を解決する PC ベース計測・制御テクノロジ 社団法人電子情報技術産業協会講演会 2006 年 11 月 28 日
  • 2. アジェンダ
    • 会社概要
    • ものづくりにおけるニーズ・課題
    • 解決アプローチ
      • ハードウェアにおけるオープンスタンダード
      • ソフトウェアにおけるオープンスタンダード
  • 3. National Instruments の概要
    • コンピュータベースの 計測・制御・設計 コンポーネントの開発と販売
    • 1976 年創立
    • 従業員約 4, 000 人
    • 600 以上の提携企業
    • 1,000 を超える製品
    • 1989 年に日本 NI 設立
    • 本社:米国テキサス州オースチン
    • 43 ヶ国に支社やオフィス
    バーチャルインスツルメンテーションのワールドワイドでの リーディングカンパニー グローバルカンパニー
  • 4. National Instruments の概要
    • 2005 年の売上高: 5 億 7,200 万米ドル(約 670 億円)
    • 力強い成長と高収益
    • 米 Fortune 誌にて「米国で働きたいと思う企業ベスト 100 」に 7 年連続で選出
    技術・製品・人材開発に 積極的に投資し続けている
  • 5. PC ベースの計測ソリューション
    • バーチャルインスツルメンテーション: VI
    • ハードウェアとソフトウェアのカスタマイズ
    • PC テクノロジとともに発展
    • ソフトウェアによる様々な機能構築
    • パートナーとのソリューションの提供
  • 6. あらゆるハードに対応する NI LabVIEW ラップトップ PC RIO デバイス上 の FPGA 組込型制御コントローラ デスクトップ PC ハンドヘルドデバイス PXI 工業用コントローラ センサ 組込型画像入力システム マイクロ プロセッサ プログラマブル オートメーションコントローラ ワークステーションからセンサまで
  • 7. 多岐にわたる顧客セグメント ~ Fortune 500 企業の 85% が NI の顧客~ エレクトロニクス 半導体 コンピュータ 先端研究 石油化学  食品 繊維 自動車 通信 ATE 航空宇宙
  • 8. 「ものづくり」が直面する課題
    • 製品仕様の多様化+開発の時間短縮+開発コスト削減
    1996 年 + + + + ( 日本ナショナルインスツルメンツ マーケティング部調べ) 電話 CD プレーヤ TV デジカメ 無線カード 製品サイクル RFID 5 百円 5 年 CCD ブラウン管 AD/DA 通信 プロトコル 5 万円 3 万円 1 万円 3 千円 3 年 4 年 5 年 5 年 平均単価 要素技術 2006 年
    • 通信プロトコル
    • AD/DA
    • 液晶パネル・ CCD
    • RFID
    • 組み込み
    3 万円 1.5 年 =
  • 9. 開発対象が年々複雑になっている (出典: www.bose.com ) Bose® サスペンションフロントモジュール 制御機器、プロセッサ、ソフトウェア搭載
  • 10. 機能の多様化が進むエレクトロニクス製品 自動車の テレマテックシステム CD+RW AM/FM ステレオ DVD+RW PC/WWW/ E メール ナビゲーション 携帯電話 衛星ラジオ・ アラーム テレビ ゲーム リモート診断
  • 11. 機能の多様化に伴い必要なテストが多様化 オシロスコープ ロジック アナライザ スペクトルアナライザ デジタル マルチ メータ 通信アナライザ LCR メータ 関数 発生器 電源 デジタルパターン発生器 スイッチ 自動車の テレマテックシステム
  • 12. 課題の解決のための要件
    • 多くの機能が集積されている製品の テストを行うには、複数のベンダーの計測器を組み合わせて使う必要がある
    • 計測器を組み合わせるには、様々な接続方法から最適なものを選ぶ必要がある
  • 13. 背景
    • ものづくりの対象が多様化
    • 様々な計測が必要
    • それを統合することが必要
    • 統合するにはつなぐ必要がある
    • つなぐには様々な手段がある
  • 14. 計測器を PC と統合する様々な手段 レイテンシー( μ s ) 最大帯域( MB/s ) IEEE 1394a Gigabit Ethernet USB 1.1 GPIB (488.1) USB 2.0 Fast Ethernet VME/VXI PCI/PXI (32/33) PCI Express (x4) GPIB (HS 488) Better Best Good 10000 1000 100 10 1 0.1 10000 1000 100 10 1 狭い 帯域の向上 広い 長い レイテンシー(遅延)の改善 短い
  • 15. 計測器を PC と統合する様々な手段 レイテンシー( μ s ) 最大帯域( MB/s ) IEEE 1394a Gigabit Ethernet USB 1.1 GPIB (488.1) USB 2.0 Fast Ethernet VME/VXI PCI/PXI (32/33) PCI Express (x4) GPIB (HS 488) Better Best Good 10000 1000 100 10 1 0.1 10000 1000 100 10 1 狭い 帯域の向上 広い 長い レイテンシー(遅延)の改善 短い
  • 16. GPIB :計測業界の標準インタフェース
    • 高普及率による手軽さ
      • 30 年間の歴史
      • ほとんどの計測器に搭載される
      • 標準のプログラミング方法
    • 高応答性:低い通信レイテンシー
    • PC テクノロジの進化とともに次世代バスと共存
  • 17. 計測器を PC と統合する様々な手段 レイテンシー( μ s ) 最大帯域( MB/s ) IEEE 1394a Gigabit Ethernet USB 1.1 GPIB (488.1) USB 2.0 Fast Ethernet VME/VXI PCI/PXI (32/33) PCI Express (x4) GPIB (HS 488) Better Best Good 10000 1000 100 10 1 0.1 10000 1000 100 10 1 狭い 帯域の向上 広い 長い レイテンシー(遅延)の改善 短い
  • 18. USB バスの普及
    • PC テクノロジの推移
      • 2005 年にはノート PC がデスクトップ PC の 出荷台数を上回る 1
      • PC1 台につき 4 つの USB ポートを搭載 2
      • 2009 年までに 21 億台の USB デバイス 3
      • 2006 年中にワイヤレス USB 製品を出荷 4
    1 Christian Science Monitor, Dec 2005 2 PC Magazine.com, Dec 2005 3 Electronics.ca Research Network, Feb 2005 4 R Zucker Publishing, Oct 2005
  • 19. SignalExpress for TE
    • NI SignalExpress Tektronix Edition
      • 業界初の真の USB コネクション型プラグ&プレイ
      • 直観的なドラッグ&ドロップ方式の使いやすいプログラム不要環境
      • Tektronix バリュー・スコープと NI SignalExpress の融合
      • SignalExpress のみで、複数計測機器をコントロール可能
      • データ・ファイル入出力、オフライン・データ処理、解析、レポート作成などの時間がかかる作業をスピード・アップ可能
      • シミュレーション結果のデータを読み込んで、実信号結果と比較する                                   などの機能をサポート
    Tektronix Edition
  • 20. NI CompactDAQ USB 2.0 ( Hi-Speed )接続  ・プラグアンドプレイ  ・高速データストリーム           最大 8 スロット             ・ホットスワップ対応      ・最大 256 チャンネル  様々な計測・制御モジュール     ・ひずみ・加速度計・熱電対・ AO ・ DIO     ・ センサを直接接続可能 簡単 多機能 コンパクト
  • 21. 計測器を PC と統合する様々な手段 レイテンシー( μ s ) 最大帯域( MB/s ) IEEE 1394a Gigabit Ethernet USB 1.1 GPIB (488.1) USB 2.0 Fast Ethernet VME/VXI PCI/PXI (32/33) PCI Express (x4) GPIB (HS 488) Better Best Good 10000 1000 100 10 1 0.1 10000 1000 100 10 1 狭い 帯域の向上 広い 長い レイテンシー(遅延)の改善 短い
  • 22. Ethernet は分散・遠隔システムに最適 テストシステム モーションコントロール 温度監視・制御システム 二重化した温度監視装置 ハンドヘルド監視装置 OPC デバイス、 .NET 、 XML など
  • 23. 課題解決のための要件
    • 多くの機能が集積されている製品の テストを行うには、複数のベンダーの計測器を組み合わせて使う必要がある
    • 計測器を組み合わせるには、様々な接続方法から最適なものを選ぶ必要がある
    多様化されたテストを行う際には計測器の 密な統合が不可欠
  • 24. 計測器を PC と統合する様々な手段 レイテンシー( μ s ) 最大帯域( MB/s ) IEEE 1394a Gigabit Ethernet USB 1.1 GPIB (488.1) USB 2.0 Fast Ethernet VME/VXI PCI/PXI (32/33) PCI Express (x4) GPIB (HS 488) Better Best Good 10000 1000 100 10 1 0.1 10000 1000 100 10 1 狭い 帯域の向上 広い 長い レイテンシー(遅延)の改善 短い
  • 25. PXI とは PXI コントローラ : メモリ、 Windows OS 、ハードディスクが入る。マウス、キーボード、モニタを接続し、普通の PC の様に使用する PXI モジュール: オシロスコープ、 DMM 、任意波形発生器など必要に応じて拡張 同期可能
  • 26.
    • PXI Systems Alliance の目的
      • PXI の普及促進
      • 相互運用性の保証
      • PXI 仕様の管理
    • 60 社以上の企業で構成
    • PXI Consortium—pxisa.org
    • PCI Consortium—picmg.org
    PXI 規格は規格団体が管理 Systems Alliance
  • 27. 増大する PXI モジュールの種類 NI は、 1 週間につき平均 1 モジュールをリリースしている
  • 28. PXI システムの導入は加速している (出典: Frost & Sullivan ) *2006 年以降は予測 2003 ~ 2010 年平均成長率: 25.5%
  • 29. PXI は他の計測機器と比べ断トツの成長率 (出典: Electronic Design 2006 Technology Forecast, 1/12/2006 )
  • 30. 大手企業で採用の進む PXI
    • 電機・家電業界:
      • トップ 20 社のうち 17 社で採用
    (出典: Electronic Business, August 2003 〈ランキング〉     National Instruments, June 2004 〈 PXI 使用状況〉) Electronic Business 300 – The Rankings
  • 31. 大手計測器メーカも PXI に参入: Agilent
    • Agilent Technologies N6030A
    • 15 ビット、 500 MHz 帯域任意波形発生器
    • 1.25 GS/ 秒サンプリングレート
    • レーダ、衛星テストなど
  • 32. 大手計測器メーカも PXI に参入: ㈱アドバンテストテクノロジーソリューションズ
    • Certimax :デジタル IC テストボード
  • 33. 半導体業界も PXI を採用: OpenSTAR と PXI アドバンテストは OpenSTAR 用の PXI キャリアモジュールのプロトタイプを作成し、 ITC2004 でミックスドシグナルのデモンストレーションをしました。 PXI キャリアモジュールは PXI 規格に適合しています。
  • 34. 自動計測技術フォーラム  2006   4/14 開催
    • 株式会社アドバンテスト・テクノロジー・ソリューションズと共催
    • 効率的な計測
    • システムを構築する
    • ための最新技術動向
    • や成功事例を発表
    • 約 300 人が来場
  • 35. 業界最新ニュース
    • Agilent Technologies Signs Agreement to Acquire Acqiris, a Leading Provider of High-Speed Digitizers and Analyzers     SANTA CLARA, Calif., and GENEVA, Nov. 13, 2006
    • Keithley Introduces PXI Products for Hybrid Test Systems in Production Applications Cleveland, Ohio - November 14, 2006
    アジレント、ケースレーも PXI に本格参入
  • 36. 業界最高性能の計測機器が PXI
    • 最高精度 GS/ 秒デジタイザ
    • Acqiris DC152 、 4 GS/ 秒 @ 10 ビット、 3 GHz 帯域
    • 最高精度デジタイザ
      • NI PXI-5922 可変分解能デジタイザ
      • 170 dBFS/Hz ノイズ密度
    • 最高性能任意波形発生器
      • Agilent 6030A 、 15 ビット、 500MHz 帯域
    • 最高精度、スピード 7 ½ 桁 DMM
      • NI PXI 4071 FlexDMM
  • 37. PXI は同期精度が高い PXI シャーシ PXI トリガーバス 10 MHz クロック Star Trigger 133 MB/ 秒、 33 MHz, 32-bit コンピュータバス ローカル バス PXI コントローラ スロット1 Star Trigger コントローラー スロット2 PXI モジュール A スロット A PXI モジュール X スロット X PXI モジュール Y スロット Y
  • 38. PXI は多彩なアプリケーションで利用されている ベンチトップ ラックマウント ポータブル・組込
    • 検証
    • 自動データ集録
    • HIL
    • 生産テスト
    • 自動データ集録
    • 機械設備の診断テスト
    • 車載システム
    • データ集録・制御システム
    • RCP
  • 39. バスの進化によりシステム性能が大幅に向上 45 倍
  • 40. 計測器を PC と統合する様々な手段 レイテンシー( μ s ) 最大帯域( MB/s ) IEEE 1394a Gigabit Ethernet USB 1.1 GPIB (488.1) USB 2.0 Fast Ethernet VME/VXI PCI/PXI (32/33) PCI Express (x4) GPIB (HS 488) Better Best Good 10000 1000 100 10 1 0.1 10000 1000 100 10 1 狭い 帯域の向上 広い 長い レイテンシー(遅延)の改善 短い
  • 41. PXI Express の特徴
    • PCI Express をもとに拡張
    • 広帯域
      • 転送レート:スロットあたり 2.0 GB/ 秒
    • 低いレーテンシー
    • 拡張された同期機能: 10MHz が 100MHz へ
    • 第一世代 PXI のソフト、ハードと互換性を持つ
  • 42. バス帯域拡張が新しいアプリケーションを推進 ビット数 24 20 16 12 8 10M 100M 1G 10G サンプルレート(サンプル / 秒) ISA (16 MB/s) PCI Express x16 ( スロット毎 4 GB/s PCI (132 MB/s) 1M 100G 現在の計測器の能力 センサ データ集録 計測器制御 マルチチャネル音声 高分解能デジタイザ IF 通信 高速画像
  • 43. PXI Express が可能にするアプリケーション
    • 高周波、高精度 IF/RF アプリケーション
      • IQ データのストリーミング
      • 電波信号の高速保存
    • 高速デジタル I/O
      • 様々なバスインタフェース
    • 多チャンネル、高速データ集録
      • 数百チャンネルのリアルタイムデータ収集
    • 高速画像アプリケーション
  • 44. PXI プラットフォーム 低コスト 高機能 PCI Express ベース PCI ベース PCI ベース
    • PXIe-8103
    • PXIe MXI-Express
    • PXIe-1062 シャーシ
    • PXI-8196 、 PXI-8196 RT
    • Fiber-Optic MXI
    • PXI 1045 シャーシ
    • MXI-Express
    • PXI-8184 、 PXI-8145
    • PXI 1036 シャーシ
    • 高周波 (IF/RF)
    • 高速デジタルバス
    • 高速画像集録
    • 自動テスト
    • 多チャンネルデータ集録
    • データ集録
    • バスインターフェース
    • モータ制御
    高機能、広帯域 PXIe 高機能 PXI 低コスト PXI
  • 45. オープンハードウェアのまとめ
    • ユーザは、統合するためのバステクノロジを用途に応じて選択するべき
      • 手軽な接続 ⇒  USB ・ GPIB
      • 分散システム ⇒  Ethernet
      • 統合性 ・システム性能 ⇒  PXI/PXI Express
  • 46. 計測器の統合性を向上させるには
    • Good: PC に接続するために GPIB 計測器ドライバを開発
    • Better: USB または Ethernet の接続性を強化
    • Best: 高いシステム性能(同期・スループット)が求められるアプリケーションのために、 PXI モジュールを開発
  • 47. NI からのサポート
    • PC ベース計測器の開発支援活動
      • バステクノロジの相談
      • LabVIEW のドライバの開発サポート
      • PXI Systems Alliance へのご紹介
      • LabVIEW や PXI 対応デバイスに関する共同 プロモーション
  • 48. PC ベース計測の業界標準 LabVIEW で統合
    • 計測器制御に限らず様々な機器を 統合可能
    • システム開発の時間とコストの削減
    • 解析・視覚化が簡単
    • 柔軟性と拡張性
    • 充実した技術サポートと トレーニングプログラム
    • 頼りになるユーザコミュニティ
    出典: EDN 、 T&M World 、 Design News などの読者 400 名からのアンケート調査 2004
  • 49. 20 年にわたる LabVIEW の軌跡 2005 2006 2003 2005 1998 2000 1993 1997 1990 1992 1986 LabVIEW 1.0 Mac 用 LabVIEW 2.0 コードのコンパイル LabVIEW Sun/Windows 用 LabVIEW 3.0 マルチプラットフォーム LabVIEW 4.0 プロフェッショナル版 開発システム LabVIEW 6 インターネット対応 LabVIEW 5.0 Real‐Time LabVIEW 7Express PDA および FPGA LabVIEW 組込および DSP 記念エディション LabVIEW 8 ユビキタスインテリジェンス
  • 50. 計測・制御の標準グラフィカルシステム設計ソフトウェアを 組込開発に
    • 直感的に分かるグラフィカル プログラミング
    • シンプルな用途から 高度な用途まで対応
    • 500 種類以上の解析・信号処理関数が利用可能
    • 計測器と制御デバイスの数千種類と接続
    • マイクロプロセッサ、 FPGA や DSP を実装
    • 優れた I/O サポート
  • 51. オープン接続性によるツール設計 機械設計 SolidWorks 、 COSMOSWorks 、 Nastran 、 Adams 、 I-DEAS Pro 、 AutoCAD 数学処理 The MathWorks, Inc. MATLAB 、 Maple 、 Mathcad 、 Scilab 、 IDL 、 TOMVIEW 制御系設計および HIL The MathWorks, Inc. Simulink ® 、 MATRIXx 、 SystemBuild 、 CarSim 、 Dymola 、 PLECS 、 CyboSoft 組込デバイス ソフトウェア VisualDSP++ 、 GNU 、 MetroWorks 、 Tornado 、 Celoxica 、 Xilinx 回路 EDA EWB Multisim 、 Ansoft Designer 、 オープン API DLL 、 ActiveX 、 .NET 、スクリプトノード、ファイル I/O 、 TDM Simulink ® は The MathWorks, Inc. 社の登録商標です。
  • 52. MathScript テキスト形式演算ノード
    • LabVIEW で演算アルゴリズムを作成もしくは再利用
      • The MathWorks, Inc. MATLAB ® を使用して作成された M ファイルとの標準互換性
      • 対話式ウィンドウ
    • LabVIEW にてアルゴリズムの統合および視覚化
      • 対話式 GUI
      • 実 I/O との統合
    MATLAB ® は The MathWorks, Inc. 社の登録商標です。
  • 53. 優れたプラットフォーム 280 以上の他社製アドオンツール 400 以上のソリューションパートナ 1,000 以上の VAR 35 以上のトレーニングコース 70,000 人以上のオンラインメンバー 100 以上の登録ユーザグループ 1,000 件以上のオンライン人材募集 400,000 人以上の LEGO ユーザの子供たちが使用 5,000 以上の計測器ドライバ 1,000 以上のモーションドライブ 1,000 以上のスマートセンサ 500 以上の工業用カメラ 1,000 以上の他社製 PAC デバイス コミュニティ 提携 接続性
  • 54. LabVIEW Days 2006   11/9 開催
    • LabVIEW 使用事例、使い方と最新技術を紹介する 36 のテクニカルセッション
    • 約 1,000 名が来場
    • アキリスジャパン株式会社
    • 株式会社アドバンテスト
    • テクノロジーソリューションズ
    • アンソフト・ジャパン株式会社
    • 株式会社イー・アイ・ソル
    • インテル株式会社
    • ウインドリバー株式会社
    • エレクトロニクスワークベンチ
    • 株式会社小野測器
    • 菊水電子工業株式会社
    • キャテック株式会社
    • 株式会社共和電業
    • 合資会社クワトロシステムズ
    • 株式会社計測技研
    • シーシーエス株式会社
    • 株式会社シーディー・アダプコジャパン
    • 株式会社シーライブ
    • 株式会社システック井上
    • ソニー株式会社
    • 太陽計測株式会社
    • 株式会社中央電機計器製作所
    • 日経 BP 社
    • 日本セロックシカ株式会社
    • 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
    • 日本テクトロニクス株式会社
    • 株式会社日本ローパー
    • 株式会社フローベル
    • 株式会社ペリテック
    • マイクロソフト株式会社
    37 社の協賛パートナー
    • 株式会社松浦電弘社
    • 松下電器産業株式会社
    • リード・ビジネス・インフォメーション株式会社
    • 株式会社リュ―ズ
    • レクロイ・ジャパン株式会社
    • CQ 出版株式会社
    • Embedded Microprocessor Benchmark Consortium
    • E2 パブリッシング株式会社
    • PTC ジャパン株式会社  Mathcad 営業・マーケティンググループ
  • 55. LabVIEW に接続することで多くのユーザへリーチ ハードウェア ソフトウェア 計測と制御 信号・画像処理 メカトロニクス・制御 無線通信 回路設計とシミュレーション 組込みシステム PCI/PXI Express GPIB Ethernet PCI/PXI USB ANY BUS
  • 56. まとめ
    • 今日のものづくりにおけるテストの条件として、統合性が重要である
    • そのためにユーザに統合を容易にさせるオープンスタンダードが必要
    • ナショナルインスツルメンツは、皆様のオープンスタンダードを取り入れた PC ベース計測の市場開拓を支援する