組込みシステム(エンベッドシステム)とは、特定の機能を実現するため、産業機器や家電製品に内臓されているコンピュータシステムである。要求される機能や性能が限定されるため、汎用のパソコンとは対比される。 自動車には、電動パワーウィンドウ機能が装備されている。この機能を実現するには、最低限、モータ、スイッチ、リレー回路が必要である。しかし、現在の自動車に搭載されている電動パワーウィンドウは、マイコンによりきめ細かく制御されている。その理由は、利用者の安全を担保するためである。 後部座席で子供が窓を開け、手を出している中で、前部座席から後方を確認せずに窓を閉めたら、子供は手を挟まれて危険である。つまり、マイコンを利用すれば、異物を挟み込んだことを自動的に検出し、窓を開けて安全を担保するなどの、気付かない部分で様々な応用が可能となる。 この様に、見えない所で生活の利便性向上に活躍しているのが、組込みシステムである。 しかし、自動車の水没事故によりエンジンが停止し、パワーウインドウを開くことが出来なくなり、運転者が水死する事故が発生した。このような事態にも対応できるような組込みシステムを開発してほしいものである。 |
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カーエレクトロニクス分野においては、パワーウィンドウ以外にも、カーナビやドライブレコーダなど様々マイコン制御が行われている。 家電機器分野においては、電子レンジやエアコン、炊飯器、掃除機など現在の家電機器は殆どがマイコン搭載である。 AV機器分野では、テレビ、DVD、デジカメ、オーディオなども同様である。娯楽機器分野では家庭用ゲーム機やカラオケ、パチンコ、スロットなども同様である。通信機器分野では、携帯電話、ファクシミリなども同様である。 つまり、最近の電化製品は全てマイコン制御化しており、自動販売機などもその一例である。この流れは、医療機器分野、工業機器分野、軍事分野、宇宙開発分野などあらゆる部分に組込みシステムが入り込んでいる。 |
現在、家庭用ゲーム機や携帯電話は組込みシステムとして分類されている。しかし、これらは入力用ボタン、出力用ディスプレイ、計算機能、記憶装置を持つため、コンピュータといっても過言ではない。また、これらはコンピュータの生産台数を完全に超えており、これをコンピュータと分類すると、日本は世界最大のコンピュータ生産国となる。 |
2006年１２月〜2007年の集計に基づく。分母は開発プロジェクト数である。 |
| 事業カテゴリ | ％ |
| AV機器 | 9.3 |
| 家電機器 | 3.3 |
| 個人用情報機器 | 7.7 |
| 教育機器、娯楽機器 | 3.1 |
| コンピュータ周辺機器/OA機器 | 8.9 |
| 業務用端末機器 | 6.6 |
| 民生用通信端末機器 | 7.7 |
| 通信設備機器等 | 9.3 |
| 運輸機器/建設機器 | 8.0 |
| 工業制御/FA機器/産業機器 | 15.9 |
| 設備機器 | 4.2 |
| 医療機器 | 7.5 |
| 分析機器・計測機器等 | 5.9 |
| その他 | 2.6 |
組込みシステムのOSのほとんどはリアルタイムOSと呼ばれるものである。パソコンのOSはほとんどWindowsの独占状態であるが、図4のように、組込みシステムでは多種多様のOSが使用されている。現在、開発される組込みシステムの要求に応じて、適正なOSが選択されていることがいえる。 |
組込みシステムでは、開発プロジェクト費用の大半がソフトウエア開発費であることがグラフからわかる。ソフトウエアの規模が増大しており、将来はソフトウエア開発費の割合がさらに増加すると思われる。グラフは2006年１２月〜2007年の集計に基づく。 |
組込みシステムでは、開発プロジェクト費用の大半がソフトウエア開発費であることから、開発プロジェクトの規模はソフトウエアコードの新規開発行数から推測できる。下表より、１万〜２０万行のプロジェクトが主流であるが、１000行も未満の小規模プロジェクトも見られる。表は2006年１２月〜2007年の集計に基づく。分母は開発プロジェクト数である。 |
組込みシステムはハードウエアとソフトウエアが密接に融合したものであり、これを切り分けるプロセスが重要となる。このプロセスは、図7のWBSに示すように、システムエンジニアリングプロセスといい、システム要求分析とシステムアーキテクチャー設計からなる。 システム要求分析とは、システムに要求される機能を明確にし、コスト制約、処理時間の制約、その他形状寸法、重量などの制約条件を抽出するプロセスである。 システムアーキテクチャー設計とは、システム要求分析に基づき、組込みシステムの全体のアーキテクチャーを決定するプロセスである。まず、システム全体を複数のコンピュータシステムを用いた分散システムとするか、単一のコンピュータのコンピュータシステムを用いた単一システムにするかが決定される。また、システムのソフトウエアとハードウエアの切り分けを行う。 |
組込みシステムの1個のコスト(C)は、組込みシステムの生産個数をN、設計コストをCd、１個あたりの製造コストをCmとすると、次式となる。 C = Cd/N + Cm (1) 生産個数の多い組込みシステムを販売できればコストダウンにつなかるのだが、宇宙開発分野や軍需産業などにおいては少量生産にならざるをえない。少数生産の場合は設計コストがより小さい方法を採用し、大量生産の場合は,生産コストがより小さくなるよう設計コストをかける必要がある。 |
組込みシステム製造のコストダウンのため、追加設計コストx万円をかけたとする。1万円の追加予算により、製造コスト(Cm)の比(a)分がダウンすると仮定すると、次式が成立する。 dCm/dx = -a・Cm (2) (2)式の解は次の指数関数となる。 Cm = Cm0・exp(-ax) (3) Cm0：設計コスト追加前の製造コスト ただし、製造コストは減少するが、設計コスト(Cd)は増加し、次式となる。 Cd = Cd0 + x (4) Cd0：設計コスト追加前の設計コスト (3)(4)式を(1)式に代入し、整理すると、次の追加設計コストと生産個数と製品コストの関係式が導出できる。 C=(Cd0+x)/N+Cm0・exp(-ax) (5) |
(5)式を追加設計コスト(x)で微分すると、次式となる。 dC/dx= 1/N-a・Cm0・exp(-ax) (6) dC/dxが=0となるとき、製品コストが最小となる。よって、組込みシステムの最適追加設計コスト(xm)は次式の対数関数となる。 xm = ln(N・a・Cm0)/a (7) |
図9のように、設計コスト追加前の設計コスト、製造コスト、係数を設定し、(5)式に基づき追加設計コストに対応する製品コストを計算する。また、(7)式に基づき組込みシステムの最適追加設計コストを産出する。  図9 Excelを用いた組込みシステムの最適設計コストの計算 |
現在、組込みシステムの市場規模は年１０％で拡大しているようである。また、組込みシステム化されていない商品が多くあり、ハードウエアのコストダウンとソフトウエアのパッケージ化により、これらの商品の組込みシステム化が進行するであろう。 しかし、タイプライターが組込みシステム化したワープロ機は一世を風靡したが、その機能をパソコンに取り込まれ、タイプライターとともに消滅すると思われる。逆に、パソコンのゲーム機能を組込みシステム化したゲーム機は大ヒット商品となっている。組込みシステムとコンピュータアプリケーションの市場競争も過熱するであろう。 組込みシステムはまだ創成期にあり、まだまだ進化や変化を繰り返すと思われる。人間より速く走れる義足や階段が登れる車椅子が開発されるかも知れない。 身近な日用品、文房具、道具、福祉機器などで組込みシステムの大ヒット商品が誕生することを期待する。 組込みシステムの新大ヒット商品が、日本が不況から脱却する鍵となる。 海外需要が期待できない現在において、日本の経済を復興させるには内需の拡大が必要不可欠である。しかし、既存の商品は飽和状態にあり、買い替え需要がほとんどである。内需を拡大させるためには新しい大ヒット商品が必要となる。大ヒット商品が誕生すると、それに付随するビジネスチャンスも発生する。かって、ビデオ、カラオケ機、ゲーム機、携帯電話が日本全国に広まったように、新しい組込みシステムの大ヒット商品が誕生し、世界中に広がることを期待する。  ご意見をお聞かせください。 |
近頃、クレーン転倒による倒壊や人身事故は多発している。機械の故障が原因ではなく、持ち上げられない重量の負荷を無理やり持ち上げようとして転倒している単純な事故のようである。現在のクレーンの姿勢から、その最大負荷重量を算出するのは容易と思われる。クレーンのオペレータの判断まかせにするのは少々無理がある。地盤条件、クレーンの姿勢データから、瞬時にその最大負荷重量を算出し、制御する組込みシステムの開発をクレーンメーカーに期待する。 |
商品、装置、業務、技術、情況は百社百様であり、組込みシステム開発はオーダーメイドとなるため、百社あれば百様の組込みシステムの開発対応が必要となる。カメラの技術を理解しなければ、デジタルカメラは開発できない。NECシステムテクノロジーは、顧客の商品、装置、技術、業務、情況を真剣に理解し、組込みシステムの開発のつなげてくことに取り組んでいる。 また、携帯電話、カーナビ、ゲーム機などの画面に適応できるグラフィックIPコア「IWAYAG（イワヤジー）」などの多様な自社製の基本モジュールを利用、流用することで、低コスト、短納期、高品質の組込みシステム開発が実現できる。 ゴッドフット企画も組込みシステム開発を支援したいと考えている。 |
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