第４回：マイコン試作と量産開発段階の留意事項

この段階では、PoCで確認した機能を実際の製品として成立させるために、性能・信頼性・量産性を確保することが目的となります。PoC段階が終了したら、その部分をマイコンに移植すべく試作します。設計したアーキテクチャに基づいて、センサ制御、通信、GPIO操作などのHAL部分をマイコン用ドライバに置き換えます。

A) マイコン試作段階

この段階で留意すべきことは次のようになります。

① 試作で実現不可能という場合の判断を早めにする

処理時間、メモリ使用量、消費電力などが要求仕様を満たせない場合は、実現不可能と判断します。万一、試作で実現が不可能ということが判明した場合には、システムの納期を確保し、被害を最小限にするため早期に代替案への置き換えをする必要があります。システム設計の段階でこの代替案もあらかじめ検討に加えておくことも重要です。

② 性能の確認

移植した結果の性能が要求仕様を満足することを確認します。特にリアルタイム性能の確認が重要です。また、出来上がったプログラムのメモリ使用量やCPU能力に余裕があるかどうかも確認が必要です。

③ システムに組み込んだ場合の動作確認

試作部を最終システムに組み込んだ場合に、応答時間、周期処理時間、CPU使用率、メモリ使用量を数値として評価することが重要です。特にタイミング調整をしているような場合には、十分な動作確認が必要です。

④ 環境対策のテストとデータ収集

電源や温湿度、ノイズなどの環境条件に十分耐えられるかどうかの実験、検証が必須です。特に電源条件は瞬断など多くのトラブル要因がありますから十分の検証が必要です。その他、この段階でデータ確認が必要な項目は次のようになります。

• 長時間動作　メモリ使用量やタイマずれなどの経時変化を確認する
• 消費電力測定
• 温度試験
• EMC、ノイズ対応
• 安定性　　電源瞬断、通信エラー、誤操作などへの対応

B) 量産段階の留意事項

試作が完成し、量産段階に移行する場合の留意事項は次のようになります。

① 信頼性、安全設計に留意

フェイルセーフ機能の組み込み、通信のリトライ、電源断対策など、必要な機能を追加します。特に産業用途で使われ、システム停止が許されないシステムの場合には、これらの組み込みが重要で、種々の法規制対応にも考慮が必須です。

② セキュリティ対策

外部通信が必要な場合には、そのセキュリティ対策が必須となっています。あらかじめこの機能を組み込んでおかないと後付けでは不可能ですし、コストにも大きく影響しますから、システム設計段階から組み込む方法を検討する必要があります。

③ 保守設計

トラブル時の保守方法、交換か現地修理か、プログラムの更新が必要か、OTAで実行するかなど、長期間に渡る使用期間での稼働維持機能を組み込みます。また、ログ取得機能や最小限でも自己診断機能を組み込むことも必要です。

④ 環境対策

使われる環境に応じた筐体、温度対策など最初の量産設計段階から留意が必須です。

⑤ 部品の入手性、コストの評価

部品の入手性や供給安定性、製造ばらつきも量産する場合には考慮する必要があります。

以上がラズパイによるPoCからマイコンによる量産へ移行する場合の留意事項となります。PoCから量産まで一貫した設計思想を持つことが、開発期間短縮と品質確保の鍵となります。

連載「ラズパイ試作からマイコン量産への進め方」については、今回で終了となります。

著者プロフィール

後閑　哲也 Tetsuya Gokan

経歴	1971年　東北大学卒業後　大手通信機メーカにて各種の制御装置を開発 2003年　有限会社マイクロチップ・デザインラボ設立
現在の活動	マイコンや計測制御システムの開発コンサルタント、グローバル電子（株）顧問 神奈川工科大学　非常勤講師としてモノづくりの基礎を指導 書籍や雑誌記事の執筆
書籍 （技術評論社）	電子工作の素（改定新版） MCC、C言語によるPICプログラミング大全 マイコンの使い方がよくわかる本 逆引きPIC電子工作やりたいこと事典 IoT電子工作やりたいこと事典