• ポリテクカレッジ浜松　電子技術科（浜松織業能力開発短期大学校）八久保重治・藏本一峰

電子系CAE/CAD/CAM分野の技術は，コンピュータの発達と歩調を合わせて進歩し，エレクトロニクス製品の高度化，小型化，高密度化，高速化に対応するための自動化技術として，今やなくてはならないものになっている。

当短大でも，この自動化のための先端技術に対応するため，電子系CAE/CAD/CAMシステムを導入し教育訓練のために運用している。

この電子系CAE/CAD/CAMシステムを十分に活用するために，単に電子回路設計のための道具としてだけでなく，電子技術科を支える核として位置づけ，トータル的な電子系CAE/CAD/CAM教育システムとしての構築を行った。

この電子系CAE/CAD/CAMシステムの位置づけや導入の狙いとそのシステムの構成について述べ，開発した教材について紹介し，当短大電子技術科における運用と教育訓練について報告する。

当校電子技術科は，具体的に図１に示すように，電気・電子工学，情報工学，制御工学の3本の柱を体系的に学習することを基本とし，その上に電子応用，制御および情報応用の専門科目を設定し，目まぐるしく変化する情報化社会に対応すべく創造的思考ができる実践技術者の育成を教育目標にしている。

基本となる電気・電子工学，情報工学，制御工学の3本の柱は，独立にあるのではなく，常に相互間の連携を保つ構成になっている。そして，この連携した3本の柱を支える核として位置づけているのが点線の円で示される電子系CAE/CAD/CAMシステムである。

例えば，コンピュータの原理やBASIC・C言語等の情報処理教育が単にそれだけで終わるのではなく，電子系CAE/CAD/CAMシステムを使用して，ハードの設計，製作や制御プログラムの開発が具体的に習得できるように関連づけした教育を行っている。

このように，電子系CAE/CAD/CAMシステムを単なるプリント基板を作る道具として使用するだけでなく，シミュレーション等を活用した電気・電子基礎実験や，マイコン開発，GPIBによる自動計測およびコンピュータ制御等にも対応できるように，3 本の柱を支える核として位置づけて配置する。いいかえれば，「回路設計からシミュレーション，プリント基板の設計・製作を行い，それを実験・評価(マイコン開発，ロボット制御，自動計測等)する」までの一貫した教育ができるように，電子系CAE/CAD/CAMシステムを位置づけている。

電子技術科を支える核として電子系CAE/CAD/CAMシステムを導入する場合，一番大きな問題としてプラットホームを何にするかという問題，いわゆるパソコンかワークステーションかという二者択一の問題がある。機能面や今後の発展性等を考えると，以下の理由により電子系CAE/CAD(電子回路設計・シミュレーションシステム)としてはワークステーション，電子系CAM(製作，実験・評価するシステムいわゆるプリント基板製作，マイコン開発システムなど)としてはパソコンでの展開が妥当であると考えた。

1. ①　機能面：パソコンは，ワークステーションに比べ「ネットワークが弱い，マルチタスク・マルチユーザーを念頭においた設計思想ではない，保守や管理がしにくい，シミュレーション用としては実用に耐えうるソフトが少ない」等の理由により，電子系CAE/CADとしては現状では優位性に乏しい。
   プリント基板製作や実験・評価として使用するマイコン開発などの電子系CAMの部分については，むしろ細かい作業が容易で，かつ汎用性のあるパソコンを導入して弾力的な運用を図る。
2. ②　地域ニーズ：民間，公共機関でよく使用されており，実績・信頼性の高いものおよび発展性のあるもの。当浜松地区での地元ニーズの高いもの。
3. ③　予算および設置台数：学生1人に1台が望ましいが，予算上の問題により，ワークステーションは2人に1台の計10台以上，パソコンは班編成の考え方で5台以上を考えた。
4. ④　操作性：ソフトウェアが国内外を問わず，メニュー等日本語対応になっていること。また，ウィンドウ形式のアイコン操作が可能等，操作性にすぐれていること。
5. ⑤　機能と一貫性：回路入力，回路シミュレーション，プリント基板製作や実際の実験・評価が行えることはもちろん，一貫した流れで作業ができること。
6. ⑥　ライブラリの充実：ライブラリが豊富であること。日本製の電子部品がサポートされていること。以上の狙いにそって導入した電子系CAE/CAD/CAMシステムの構成図を図２に示す。

このシステムはワークステーションとパソコンおよび各機能をネットワークで接続したトータル的な電子系CAE/CAD/CAM教育システムであり，サーバ/クライアントシステムなど分散型の機器構成である。

電子系CAE/CAD/CAMシステムの機能とカリキュラムとの関係を図３に示す。

この図は体系化された電子技術科のカリキュラムが，この電子系CAE/CAD/CAMシステムと，どのように密接に関係しているかについて示している。

この図は「２．で述べた電気・電子工学，情報工学，制御工学の3本の柱で学習したことを基礎にして，実際に回路の設計を行ってみる。それをCAD上でシミュレーションして回路の検証を行う。誤っていたら，フィードバックする。回路が完成したら，CAD上でプリント基板設計を行う。設計が終了したら実際にプリント基板加工またはエッチングにより基板を製作する。基板が完成したら，部品を実装し，シンクロスコープでチェックしたり，制御プログラムにより，動作を確認して評価する」という流れを表している。

電子系CAE/CAD/CAMシステムを使用して教育訓練を行う場合，システムを動かすための操作の教育をどうするかという問題がある。

膨大な機能を持つ電子系CAE/CAD/CAMシステムは，その操作を覚えるだけでも大変な作業である。この操作にあまり時間を費やさないで，回路設計本来の目的が達成できるようにする必要がある。また，ワークステーションを使用するとなれば，そのOSなどの関連知識もある程度必要となる。

企業向けや短大2年間の教育の限られた時間で，これらをマスターできるようにするためには充実した教材が不可欠である。

このような問題に対応するため，『LEDディスプレイ制御回路とモータ制御回路』を取り上げ，基本的な2層プリント基板ができるまでの一連の流れ(回路設計からシミュレーション，プリント基板設計・製作まで)を操作を通して学習できる教材の開発を行った。

この教材はパソコンによりモータを制御したり， セブンセグメントの表示を行うためのもので，アナログとディジタルの混合回路である。

この教材の学習の流れを簡単に，以下に示す。

1. ①　回路の設計：電子系CAE/CAD/CAMシステムを用いて回路図を作成する前に，回路の設計を行う。設計に必要な知識は電気・電子，情報，制御の3本の柱で学習した基礎科目である。
2. ②　電子系CAE/CAD/CAMシステムの概要とOSの知識：電子系CAE/CAD/CAMシステムを使うにあたっての，その概要とOS(UNIX)について学習する。
3. ③　回路エントリ：電子系CAE/CAD/CAMシステムで回路をエントリし，回路図を作成する。
4. ④　シミュレーション：回路が完成したらディジタルまたはアナログのシミュレーションを行い回路の検証を行う。
5. ⑤　プリント基板設計：検証が終了したら，ネット情報を抽出し，プリント基板の設計を行う。ここでは，自動配線によりパターン設計を行い，フォトプロッタ用のガーバーデータを作成する。
6. ⑥　プリント基板製作：ガーバーデータをもとに，プリント基板加工機を用い，プリント基板に穴あけやパターン切削を行い，プリント基板を製作する。場合によっては，ガーバーデータをもとにレーザープリンタやプロッタに印刷し，版下を作成し，エッチングを行い製作する。
7. ⑦　実験・評価：基板が完成したら，部品を搭載しハンダ付けして，動作確認を行う。実際の動作確認はシンクロスコープで波形観測したり，パソコンを使って，プログラムを実行したり，開発ツールでデバッグしたりして確認する。

この教材の最大の特徴は，先の「2.電子技術科における電子系CAE/CAD/CAMシステムの位置づけ」で述べたように，「回路設計からシミュレーション，プリント基板設計・製作，実験・評価」までの一貫した教育が具体化できることである。

以上，当短大電子技術科で取り組んでいるトータル的な電子系CAE/CAD/CAM教育システムについて述べた。

今後，これらの教材やシステム運用について，短大の学生や.企業向けの少ない教育時間のなかで，システムの理解がえられるように，さらに改良を加え，教育訓練の充実を図りたいと考えている。

今回，開発した『LEDディスプレイとモータ制御回路』のEDS回路サンプルデータ，PWS基板図サンプルデータについて，メディア(DATテープ)での提供を行っております。ご希望の方は，当短大担当までご連絡ください。

〈参考文献〉

1. 1)　奈須野，東，八久保：電子系CAD/CAMシステム教育用テキストの開発，報文誌，第4巻，第1号(通巻7号)，1992．
2. 2)　東，奈須野，八久保：新電子系CAD/CAMシステムの運用と教育訓練，実践教育訓練研究協会，1994発表。
3. 3)　八久保，藏本：電子系CAD/CAMシステムの運用と教育訓練，浜松職業能力開発短期大学校紀要，第10号，1995．3．
4. 4)　八久保，藏本共著，図研協力：演習UNIXと電子系CAE/CAD/CAM，総合電子出版社，1995．