PyCon_mini_Shizuoka2020

by myasu

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PythonとRaspberry Piで現場カイゼン！ @PYCON MINI SHIZUOKA 2020/2/29

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2 59 / お前、誰よ？ ● myasu 岡山県在住 ● 本業岡山の機械メーカで生産技術（生産ラインの設計・立ち上げ・カイゼン） → 生産設備・治具製作、社内システム開発（PLC/ラダー言語, C++, C#, Python） Twitter: @etcinitd Qiita: @myasu GitHub: @trihome

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3 59 / お前、誰よ？（参画コミュニティー） ● 瀬戸内ROS勉強会　（岡山主催） → ロボットミドルウェアROS ● Nerves JP　　（設立メンバー） → Elixir言語で組み込み開発 ● 個人活動　「備中絡繰（からくり）製造所」 → Maker Faire出展（山口、大垣、京都、東京） → コミケサークル参加（C95～）

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4 59 / お伝えしたいことテーマ　「あなたの知らないPython」 ● 生産設備屋（ハードウェア）、趣味視点でのPython活用 → ３つの作例、作り方 ● 製作を続けるためのモチベーション小型パソコン「Raspberry Pi」

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作例１：組立作業のポカよけ

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6 59 / 背景 ● 勤務先の工場の製品・・・ → 農機具（農業で使う道具・設備） ● 「季節に合わせた製品」を「多品種・少量生産」・「多品種・少量生産」・「季節に合わせた」 →　年間約250機種。生産期間は最短3日～最長4ヶ月 →　次回の生産は、来年の同じ季節・時期

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7 59 / 多品種少量生産の悩み ● ”ポカ” → 組立作業での部品の取り間違い → （微妙な仕様違いなど） ● 作業者の慣れに期待したいが・・・ → 次の生産は来年 → 作業者の担当の入れ替わり ● 製品寿命が短いので・・・ → 作業手順書、チェックシートの作り込みが困難 → 設備投資した費用の回収が難しい 2019 2020

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8 59 / 現場カイゼン！小型パソコン「Raspberry Pi」市販のFA向け部品工場の生産現場

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9 59 / 作例１ ● 部品の取り間違いを防止する「ポカよけ」装置 → 部品を取り上げる順番を、ランプの点灯で誘導 → 既製品※を使わずRaspberryPiとPythonで製作 ※市販品有り、１箇所○万円・・・ランプ付きボタン左から点灯、ボタンを押したら次を点灯

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10 59 / 作例１　（実物）ランプ付きボタン様々な部品の入った箱

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作例２：設備の稼働状況集計

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12 59 / 設備稼働の見える化の悩み ● 加工設備の稼働状態は以前から手作業で集計 ● 自動化：加工設備メーカに相談・・・ → 高過ぎて気軽に手が出せない → 実際どのように活用出来るか？ ● （２年くらい前？）旭鉄工さんの作例を思い出した → 似たような仕組みが作れないか？ ● ならば、RaspberryPiとPythonで作ってみよう！

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13 59 / 作例２（実物）

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14 59 / 作例２（実物） NC複合旋盤に観測装置を設置

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15 59 / 稼働状況のモニター収集したデータを集計して表示

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つくりかた（細かい技術的な話し）

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小型パソコン「Raspberry Pi」　 イギリス生まれの、教育用コンピュータ HDMI出力、USBポート4つ、無線LAN、有線LAN(B) 価格：8￡（約1200円）～ 65mm “Raspberry Pi Zero W” “Raspberry Pi 3 Type B+” 85mm （写真：Switch Science, raspberrypi.org）・UNIX系のOS ・Windows が動作

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小型パソコン「Raspberry Pi」　 デジタルの入出力ポートを装備 組み込み機器の業界でも、普及が進む

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19 59 / 工場で使われるFA機器 ● FA　→　Factory Automation ● スイッチ、ランプ、センサーなど・・・ ● 頑丈！ ● 少々荒い使い方をしても、壊れない → （想定外の使い方で壊れると）つらい・・・ ● 電源 → 基本はDC24V

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20 59 / RaspberryPiとPLC ● 普段は産業向け制御装置（PLC）を使うが・・・ RaspberryPiをPLC代わりに使ってみた ● 好きな言語、OSSライブラリを活用し効率よく開発 ● いろいろな情報（図面、手順書）を、大きな画面で見たい → 大型のFA用のタッチパネルは高価 PLC　＝プログラマブルロジックコントローラ

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21 59 / RaspberryPiのPLC(ﾓﾄﾞｷ)化 ● PLCの考え方を真似る・・・ → モジュール単位で機能拡張＜モジュール＞ ● RaspberryPiにFA用機器※を直接接続 → 電圧の違いを相互変換する機能　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　※DC24Vで動作 ● 拡張し易い仕組みの導入 → 中国Seeed社のGROVE System CPU 　IO 　AD 　Ether・・・

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22 59 / FA機器とRaspberryPiの接続 FA用センサなど FA用表示灯など DC24Vで動作する機器 RaspberryPi RaspberryPi 3.3Ｖで動作する部品フォトカプラで電気的に絶縁フォトカプラで電気的に絶縁フォトカプラで電気的に絶縁フォトカプラで電気的に絶縁トランジスタアレイで電流増幅トランジスタアレイで電流増幅センサの信号表示灯の信号表示灯を点灯センサの信号

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23 59 / FA機器とRaspberryPiの接続 FA用センサなど FA用表示灯など DC24Vで動作する機器 RaspberryPi RaspberryPi 3.3Ｖで動作する部品ランプの信号センサの信号 GPIO24V～3.3V レベル変換＆RTCユニット

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24 59 / GROVE System ● 豊富なデバイスとアクセサリ → ４線式でシンプルな規格 → 主要マイコン(Arduinoなど)向けIFも豊富 ● オープンな規格、”無ければ作る！” → Seeedの基板製造サービスも活用初めて作った電子基板→

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25 59 / RaspberryPiのPLC(ﾓﾄﾞｷ)化 Grove Base Hat for Raspberry Pi UPS＆電源監視ユニット Raspberry Pi GPIO24V～3.3Vレベル変換＆RTCユニットアナログ GPIO24V 本装置のステータス表示赤：通信異常など青：正常運転様々な既製品のセンサー（無ければ自作）様々なFA機器

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26 59 / 使い回ししやすく･･･ ● 汎用的に使える盤を製作サーキットプロテクタ（IDEC、富士電機）端子台（東洋技研、WAGO） RaspberryPi GROVE Hat ・プラボックス（日東工業、タカチ）・アルミフレーム（NIC）・ゴム足（タキゲン）コンセント（パナソニック）ランプ、スイッチ　　　（IDEC、オムロン）タワー表示灯（日恵製作所、パトライト） DINレール、配線ダクト（篠原電気） 300mm 500mm

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27 59 / Pythonライブラリ ● GPIO端子の制御 → Rpi.GPIO, pigpio 入力イベント取得：GPIO.add_event_detect が便利！ ● I2C → smbus ● Grove → 公式のライブラリ Grove.py ● 見える化 → OpenPyXl → plotly

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28 59 / 仕様：作例１(ポカよけ) ● 次に使う部品を作業者に教える → 部品箱そばのランプを点滅 ● 部品を取ったことを検知 → 人がボタンを押す → 間違ったボタンを押したら警告（高速に点滅して「押して」アピール） ● RaspberryPiの電源管理、RTC時刻保持

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29 59 / 全体構成（ハード）ランプ付きボタン操作盤（押しボタン＆ランプ） Grove Base Hat for Raspberry Pi UPS＆電源監視ユニット作業者入出力数拡ユニット（16ch） Raspberry Pi GPIO24V～3.3Vレベル変換＆RTCユニットアナログ GPIO24V 本装置のステータス表示測定対象赤：通信異常など青：正常運転 GROVE I2C ・・・

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30 59 / Python3 プログラム全体構成（ソフト） systemd 電源監視 sh RTC/NTP管理 sh pokad.service 時刻合わせ：起動時だけ UPS＆電源監視ユニットからの信号監視 Raspbian Buster

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31 59 / 作例１　製作中・・・ボタンボックスの内部拡張基板の動作テスト

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32 59 / 作例１　製作中・・・裏側の配線・・・整線後

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33 59 / 作例１　（実物）ランプ付きボタン様々な部品の入った箱

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34 59 / 仕様：作例２ (設備監視) ● シグナルタワーの点灯状態の検知 → 点灯・点滅・消灯の判定（フォトTr） ● 生産設備の電源の電流値測定（CT） ● 作業者による設備ステータスの入力受付 → 自動検知できない事象は人手でボタンを押す ● 測定データをSQL Serverに転送 → LAN接続異常時は、ローカルのSQLiteに保存 ● RaspberryPiの電源管理、RTC時刻保持

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35 59 / 全体構成（ハード）フォトトランジスタ CTセンサ設備の元電源他（押しボタン＆ランプ） Grove Base Hat for Raspberry Pi UPS＆電源監視ユニット設備アンプ＆フィルタフィルタ Raspberry Pi GPIO24V～3.3Vレベル変換＆RTCユニットアナログ GPIO24V 本装置のステータス表示測定対象赤：通信異常など青：正常運転 GROVE

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36 59 / ROS nodes 全体構成（ソフト） systemd roslaunch 電源監視デーモン RTC/NTP管理デーモン roslaunch起動スクリプト時刻合わせ：起動時だけ UPS＆電源監視ユニットからの信号監視 respawn="true"　オプション（ノードが落ちたら自動再起動） Raspbian + ROS Kinetic

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37 59 / ROSノードの構成 /gpio_in /gpio_out /grove_ad /storage /workerstat /mystat /main GPIO入力 GPIO出力 AD変換入力設備状態判定シグナルタワー点灯状態判定全体統括データ書き込み各ノードが正常に動いているか監視 RPI.GPIO PyMssql PySQLite GROVE.AD pytnonライブラリノード msg srv /sigtowerstat

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38 59 / 作例２　（見える化）設備の運転状態始業終業・緑：加工中・黄：段取り中当日の部品加工実績リスト（工場の生産管理システムから取得） C#.NET（スミマセン！）で作ったWindowsアプリで、見やすい形に加工作業者の状態

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39 59 / 実際やってみた感想 ● Pythonで手軽に作成！（豊富なライブラリが有り難い！ ● 単純な事を見えるようにしただけで・・・チョットした気付き　→　改良ネタも出てきた → 作例１：時間の長すぎ・短すぎの警告（作業自体の誤り検知） → 作例２：日報の自動入力へ展開（作業時間、作業内容） ● 使ってもらえる！　→　モチベーションアップ！　　！

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作例３：コンサート会場でIoT

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41 59 / 現場カイゼン！小型パソコン「Raspberry Pi」コンサート会場（写真：Switch Science, raspberrypi.org）教育用マイコン「micro:bit」

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42 59 / 背景 ● とある、アイドルグループのファン → 秋葉原、沼津市、お台場が舞台 ● 2013年に出会ったのを機に、転職。 → 時間に余裕が出来たので、コミュニティやメイカー活動を始めた → 静岡県沼津市が舞台の ”サンシャイン！！”の大ファン（画像：ラブライブ！webページ他）

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43 59 / 自己紹介（ライブ参加歴） ● 2013年 (出会い) ・・・　　　 ● 2017年　　・2nd埼玉 ● 2018年　　・3rd埼玉x2、3rd福岡　　　　　　　　　　　　　　　　・ファンミ愛媛　　　　　　　　　　　　　　　　・4th東京ドームx2 ● 2019年　　・ファンミ広島, 東京　　　　　　　　　　　　　　　　・アジアツアー千葉　　　　　　　　　　　　　　　　・5th埼玉・1st東京 ● 2020年　 ←---- ラブライブ！フェス in SSA ----→ 　　　　　　　　　　　　　　　・CYaRon!1st福岡（画像：ラブライブ！webページ他） μ’s Aqours 虹ヶ咲スクールアイドル同好会

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44 59 / 自己紹介（ライブ参加歴） ● 2013年 (出会い) ・・・　　　 ● 2017年　　・2nd埼玉 ● 2018年　　・3rd埼玉x2、3rd福岡　　　　　　　　　　　　　　　　・ファンミ愛媛　　　　　　　　　　　　　　　　・4th東京ドームx2 ● 2019年　　・ファンミ広島, 東京　　　　　　　　　　　　　　　　・アジアツアー千葉　　　　　　　　　　　　　　　　・5th埼玉・1st東京 ● 2020年　 ←---- ラブライブ！フェス in SSA ----→ 　　　　　　　　　　　　　　　・CYaRon!1st福岡ライブビューイング（映画館）含めると 30回以上 6日前には北九州市に参加！（画像：ラブライブ！webページ他） μ’s Aqours 虹ヶ咲スクールアイドル同好会

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45 59 / きっかけ ● コンサートの場で応援グッズとして使われるペンライト　（コンサートライト） ● その場の雰囲気に合わせ → 発光色を変えたり → 振り方を変えたり ● アーティストと観客と共につくる、”一体感”

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46 59 / ”カイゼン”したいこと ● 色替えのボタン操作を簡単にしたい（操作する瞬間、”素”に戻る！） ● ”オタクは３本が基本” → 実際は複数本持ち → スイッチ押しにくい・・・色替えボタンペンライトの柄 “基本”の持ち方

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47 59 / ”カイゼン”したいこと ● コンサートが始まるとtwitterが静かになる・・・ ● コンサート中の雰囲気を伝えるために、簡単にツイートしたい　　　　　　　←ココ、IoTっぽい

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48 59 / 製作したモノ ● 音声認識でペンライトを色替え ● ペンライトを”振る”ことで自動ツイート ① ② ペンライト部 RaspberryPiと周辺機器 ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ペンライト制御の Micro:bit ペンライト RaspberryPiと周辺機器咽頭マイク

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つくりかた（細かい技術的な話し）

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50 59 / 仕組み ● キャストさんの ”愛称の読み”の辞書を元に音声認識 → キャスト・カラーに切替 ● ペンライトを”振った”動きを micro:bitの加速度センサをトリガに使って、ツイート ● ラズパイとペンライトの無線通信演者名色番号演者名色番号あんちゃん 1（橙色）あいきゃん 6（白色）りかこ 2（桃色）きんちゃん 7（黄色）すわわ 3（緑色）あいにゃ 8（紫色）ありさ 4（赤色）ふりりん 9（ピンク）しゅか 5（青色）（内蔵の）加速度センサ

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51 59 / ソフトウェア構成 micro:bit USB IF シリアル通信入力音声認識結果から色番号を選定・文字列生成 Julius プロセスマイク入力デバイスシリアル通信監視ツイート内容生成シリアル通信出力認識辞書ファイル Pythonスクリプトペンライト部 micro:bit Twitter APIに指示無線通信

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52 59 / ハードウェア構成ペンライト部 RaspberryPiと周辺機器

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53 59 / ハードウェア構成ペンライト RaspberryPi Zero W Micro:bit USB サウンド IF 咽頭マイクスマートフォン（WiFiテザリング） twitter 出力IF 加速度センサ Micro:bit 3V電池 USB ハブ 5Vモバイルバッテリー micro:bit “RADIO” インターネット WiFi ペンライト部 RaspberryPi &周辺機器 IF:インター　　フェース LTE USB アナログデジタル USB USB

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54 59 / こんな感じで動作！

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55 59 / 自動ツイート

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56 59 / ところが・・・ ● レギュレーションのため会場には持ち込めない！ ● 公式さん、はやくコレ作って・・・

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57 59 / コンテストに応募 ● 「みんなのラズパイコンテスト 2018」（日経BP・日経Linux/ソフトウェア主催）

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58 59 / コンテストに応募 ● 「みんなのラズパイコンテスト 2018」（日経BP・日経Linux/ソフトウェア主催） ● なんと入賞！

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59 59 / まとめ ● 身の回りのちょっとした”カイゼン”に当てはめる → やりたいことの断片が分かれば　 →Tipsが選べる → 自分で使う、誰かに使って貰う　　→次を作るモチベーション　 ● 「作りきる」こと！ → ”Done is better than perfect.” 「多分動くと思うからリリースしようぜ」 → 妥協と納得の範囲内での”品質”を目指そう ● 更にモチベーションアップ！・・・そして、”メイカー”になろう！ → コンテストへの応募、MakerFaire等イベントに展示参加してみよう！（京都５月、東京１０月、大垣１２月？）