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【小型】IoT加速度センサデバイス(安全監視用)

小型IoT加速度センサーデバイス

※こちらは、筐体を変更したモデルで、実際の製品とは異なります。
お客様との契約の都合上、正式なモデルは伏せて公開しております。

工場内の製造現場や建設現場での使用を想定した、安全監視用のIoTデバイスを開発いたしました。

お客様より、「腕やヘルメットに付けれられる程度の小型で、衝撃・落下・転倒・振動を検知できるデバイスを作りたい」と相談を受けて、開発に至りました。

小型IoT加速度センサ
小型で身につけやすい仕様

ASTINAでは、加速度センサ搭載デバイスとゲートウェイ機器2点の試作・量産を行い、100msごとの加速度データをお客様管理サーバーに送信するシステムの開発も行いました。

IoT加速度センサデバイスとゲートウェイ
検証機フェーズのセンサデバイス(左)とゲートウェイ(右)

デバイスのサイズは、1円玉2枚分以下まで小型化し、ゲートウェイは開発スピードを優先するため、RaspberryPiを採用しました。

キーワード:加速度センサ、ゲートウェイ、RaspberryPi

システム構成
FIELDS AND SERVICES

IoT加速度センサデバイス
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開発概要

お客様の課題・問題

1.プロトタイプの製作はできていたが、改良や量産を見据えると社内で解決できないような課題がいくつか残っている

  • 高頻度で通信するセンサデバイスの長時間駆動
  • センサデバイスの小型・軽量化

2.お客様の業界・業務範囲は詳しいが、デバイスの作り方、通信デバイスなどの技術については知見をあまり持たないので困っている

3.開発・製造を含めたトータルコストを削減したい

お客様の中には上記のような課題をとても悩んだり深刻なことと思っている方もいらっしゃいます。この悩みを解決するには、課題の解決方法や問題の回避方法を知ることが重要です。担当者様と親密にコミュニケーションをとり、悩みを解決しながら開発を進めていきます。

導入効果

  • 10g以下の身につけても重量感を感じないデバイスを製作
  • 消費電力を80%削減。連続動作時間を半日から3日程度(稼働環境により変動)まで改善
  • 試作時から量産を見据えた開発をすることで、トータルコストダウンを実現

仕様概要

開発フェーズ

試作機フェーズ

概要

試作機を製造してお客様の要望を実現できるのか検証します。また製品化するにあたっての課題を洗い出します。試作機フェーズでは、開発速度を重視するため、3Dプリンタ製の筐体や市販の開発ボードなどを利用して試作機を製作します。

ASTINAでは、レーザーカッターや3Dプリンタなど試作に必要な設備があるため、社内で製作することで短納期や低コストを実現することができます。

開発期間2ヶ月半
開発費用約200-500万円

業務詳細

  1. 要件定義
    お客様の要件と課題のヒアリングを実施します。お客様の要望や、想定される使用方法をすり合わせ、実現のためにどのようなシステム構成にするかを検討します。また、ヒアリングをすることで、お客様が抱える課題を顕在化することができます。
  2. 設計
    要件定義に基づいて設計を行います。試作機フェーズでは開発の速度を重視します。センサデバイスの筐体の設計は、小型化、防水機能が必要であり、形状の検討が必要だと考えました。そのため、社内で製作できる3Dプリンタ等での製作を想定し、設計しました。ゲートウェイは、基板を覆うだけでよかったため、市販品の筐体を使用しました。また、Bluetoothを用いたデバイス-ゲートウェイ間とWi-Fiを用いたゲートウェイ-クラウド間の通信仕様を作成しました。
  3. 開発
    設計に基づいて開発を行います。仕様が曖昧な箇所や開発中に発生した課題はお客様と密に連携を取りながら解決していきます。
  4. 検証
    仕様通りに動作しているか検証を行います。
  5. お客様検証
     お客様環境において試作機の動作検証

   試作機の課題などの洗い出し
 納品後、お客様に試作機の検証を行っていただいております。

 こちらは、ご要望を満たしているかの確認と同時に、量産に向けて修正・変更したい課題を洗い出していきます。

 実際に試作機を使う事でより量産へのイメージがしやすく、現状の課題などが鮮明となります

検証機フェーズ

概要

試作機フェーズで得られた結果と課題をもとに、より量産品に近い検証機を製作します。この段階で量産を見据え、製品デザインを含めコスト・製造効率を考慮した設計を行います。屋外での使用も想定されたため防水設計やワイヤレスでデバイスのファームウェアをアップデートするためのOTA機能の実装を行いました。

開発期間2ヶ月
開発費用約300-600万円

業務詳細

  1. 要件定義
    試作機フェーズで得られた結果をもとに再度要件定義を行います。特に外装面では量産を見据える設計とするため機能やサイズ、外観を入念にすり合わせます。これにより想像と違う物が納品されるのでは…という不安を解消します。また認証系の取得についてもこの段階で調査などを行います。本案件では、BLE通信をするデバイスの製造に必要な技適認証の取得をお客様が認識できていないことが分かりました。技適認証を取得せず、デバイスを製造した場合、電波法違反となる可能性があります。認証に関するリスクを製造前に回避することができました。
  2. 設計
    要件定義に基づいて設計を行います。本案件では、センサデバイスの小型化と低消費電力を実現するための筐体の設計と回路設計が重要なポイントになりました。
  3. 開発
    設計に基づいて開発を行います。開発中の疑問点・課題はお客様と密に連携を取りながら解決していきます。
  4. 検証
    設計に基づいて開発を行います。設計に基づいて開発を行います仕様通りに動作しているか検証を行います。今回は、動作時間が重要であったため、消費電力の計測や長時間動作試験を行いました。
  5. お客様検証
     お客様環境において検証機の動作検証

   検証機の課題などの洗い出し

 納品後、お客様で検証機の検証を行っていただいております。

 こちらは、ご要望を満たしているかの確認と同時に、量産時に修正・変更したい課題を洗い出していきます。

 ここで決める仕様で量産を行うため、しっかりと確認します。

量産フェーズ

概要

検証機フェーズの仕様をもとに量産を行います。このとき、検証機フェーズで見つかった改善点を盛り込み、デバイスの製造を行います。今回は、ユーザビリティを向上させるため、ボタンの操作性、LEDの動作を変更しました。デバイスとゲートウェイは、製造コストを削減するために、中国の工場で製造します。製造コストを削減しても質の良いデバイス・ゲートウェイを納品するために金型設計のレビューや工場からの納品物を厳しくチェックし開発を進めます。

製作台数100台
開発期間3ヶ月
開発費用約500-800万円

業務詳細

  1. 検証機フェーズのヒアリング
    検証機フェーズでの検証結果から、改善すべき仕様や動作をヒアリングします。ヒアリング結果から、改善点の整理と量産に機能を盛り込むことができるかの切り分けを行い、フィードバックに対する開発を行います。本案件では、ユーザビリティに関係するボタン操作時の挙動や操作に応じたLEDの挙動の微修正を実施しました。
  2. 金型設計
    量産に向けて金型の設計を行います。製造コストを削減するため中国の工場と連携し設計します。
  3. 金型製造
    金型の設計に基づき金型を製作します。金型に問題がないか、テストショットを繰り返し、品質の良い金型を製作します。
  4. ソフトウェア開発&検証
    検証機フェーズの課題やフィードバックに対してソフトウェアの開発を行います。本案件では、ユーザビリティに関係するボタン操作時の挙動やLEDの挙動の微修正を実施しました。検証機フェーズで製作したデバイス・ゲートウェイを用いてソフトウェアに問題がないか検証します。
  5. 量産
    金型、射出成形を用いて、センサデバイス、ゲートウェイを量産します。デバイス、ゲートウェイに開発したソフトウェアを書き込み、動作確認を行います。
  6. 納品
    製造したデバイス・ゲートウェイをお客様に納品します。

まとめ

このように実際に試作機を製造することで見えてくる事が多いため、一度試作機を製造してから量産を行います。この後のフェーズでは量産に向けたブラッシュアップを行っていきます。ASTINAでは試作機開発から量産まで一括でご依頼いただけます。

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