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令和２年度 10 月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅰ問１過去問題解説

本動画では、令和2年度（2020年10月）エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅰ 問1を題材に、日本円紙幣整理機という具体的な組込み機器を通して、機構制御に必要な情報の読み取り、リアルタイムOS上でのタスク分割と同期の考え方、停止操作時の安全な停止手順、さらに仕様変更として多通貨対応を実現するための設計変更点を、問題文・解答例・採点講評の意図に沿って解説します。午後Ⅰの特性上、暗記した用語を並べるのではなく、センサやモータの動作条件、紙幣の状態遷移、タスク生成数と完了通知の整合性といった与件の論理を一つずつつなぎ、設問が要求する字句や式に落とし込む読解力が合否を分けます。 本問のテーマは、紙幣を1枚ずつ取り込み、紙幣鑑別ユニットで金種を判定し、指定金種は裏表と向きをそろえて100枚単位の束を生成し、帯紙を巻き付けて管理番号を印字して排出するという一連のサービスを、制御部・機構部・操作部・サーバの分担で成立させる設計です。出題趣旨としては、組込みシステムの典型であるメカトロ装置に対して、制御に必要な状態情報を抽出し、処理をリアルタイムOSのタスクとして分割し、停止や例外時にも整合の取れた振る舞いを定義できるか、さらに外部要求（多通貨対応）に対して既存構造を崩さずに拡張設計できるかが問われています。採点講評の観点では、計算問題で桁や前提を取り違えた誤答が多かったこと、また仕様変更で機械装置の動作にはばらつきがあるという前提を理解し、時間計測や検出条件の設計に反映できているかが重要な分岐点になっています。 設問1は機構制御に関する読解が中心で、まず制御部が機構部から受信する情報のうち、M2およびM3の制御に必要な情報として紙幣の裏表と向きを特定できるかが問われます。ここで重要なのは、指定金種を束にする際に裏表と向きをそろえるという要求から逆算して、制御に不可欠な属性が何かを答えることです。単に「紙幣の金種」や「紙幣の有無」では束生成の品質を担保できず、紙幣の姿勢情報がモータ制御に直結するという因果を、問題文の動作説明に沿って捉える必要があります。次に、S6通過時の紙幣状態を図の状態（㋑または㋓）として選ばせる設問は、センサ位置とモータ動作条件を図から読み取り、該当する紙幣姿勢とタイミングを結び付ける典型的な午後Ⅰの読解問題です。ここでの難所は、文章だけでなく図5の状態定義を正確に参照し、M2が動作する条件を「S6を通過し、かつ指定の状態である」と二段階で固定する点にあります。 設問1(3)の計算問題は採点講評でも正答率が低いとされる箇所で、投入から束生成までにかかる時間と、S1の幅が紙幣1枚分を占有する時間という二つの時間スケールを混同せず、占有が解けるまでに何枚取り込めるかという“同時進行の重なり”を計算できるかが問われます。典型的な失点は、秒とミリ秒の扱い、枚数の切り捨て・切り上げ、あるいは「束排出までに取り込まれる枚数」という問いを「束生成に必要な枚数」と取り違えることです。正解が7枚であること自体よりも、並行処理の時間窓を正しく読み取って枚数へ変換できるかが午後Ⅰらしいポイントであり、ここでの精度が合否に直結します。 設問2はリアルタイムOSとタスク動作で、タスク間の分担と同期条件を、仕様の安全性や停止時の整合性と結び付けて説明できるかが中心になります。タスク処理概要の空欄補充では、束生成を開始する条件が、紙幣タスクの生成・削除や動作から導出される式として与えられており、メインタスクがその条件成立をもって束タスクへ開始通知するという制御構造を読み取る必要があります。午後Ⅰの読解ポイントは、タスク名や通知の言い回しを雰囲気で埋めるのではなく、「どの条件が成立したら誰が誰へ通知するのか」という因果を、与件の式と対応付けて確定することです。 停止ボタンが押された場合の処理は、実装現場で最も事故が起きやすい領域を試験問題として切り出したものです。メインタスクが投入口のモータを停止し、搬送路のモータを停止するという手順を答える設問は一見単純ですが、重要なのは停止の順序と停止判定の根拠です。停止ボタン直後に全モータを一律停止すると、搬送路に紙幣が残留して詰まりや破損の原因になります。そこで、紙幣タスクの生成数と、搬送完了通知および返却完了通知の総数の差分が0になったとき、すなわち生成された紙幣が全て搬送済みまたは返却済みになったと判断して搬送路モータを止める、という整合式が使われます。fが紙幣タスクの生成、gが搬送完了通知、hが返却完了通知であり、f−(g+h)=0という式が意味する“未処理紙幣がゼロ”の状態を、停止制御の判断条件として説明できるかが合否を分ける論点です。採点講評でタスク理解の正答率が高いとされるのは、ここが基本に忠実であれば解ける一方、式の意味を理解せず字句だけ当てはめると誤答しやすい構造だからです。 設問3は仕様変更への対応で、日本円だけでなく紙幣幅が異なる複数通貨へ対応する要求が与えられ、変更箇所を最小限で成立させる設計の要点が問われます。メインタスク側の変更では、通貨および金種に応じた紙幣鑑別用データを紙幣鑑別ユニットへ送信することが必要になります。ここでの読解ポイントは、鑑別ユニットのアルゴリズムを作り替える話ではなく、ユニットが鑑別できる前提のもとで、どの通貨・金種で鑑別するのかという条件データを切り替えるインタフェース変更である点を押さえることです。システム境界を守りながら仕様拡張するという、実務的な設計感覚が問われています。 一方、紙幣タスク側の変更で問われるセンサタスクへの通知内容、すなわち計測時間の扱いは採点講評でも正答率が低い難所です。多通貨対応では紙幣幅が変わるため、紙幣検出に使うセンサや検出窓の時間設定が固定値では成立しません。さらに重要なのは、機械装置が動作するときにはばらつきが発生するという前提を設計に織り込むことです。理想的な速度・タイミングで紙幣が流れると仮定して計測時間を決めると、ばらつきで検出漏れや誤検出が起き、タスク間同期が破綻します。したがって、指定された通貨および金種に合わせて該当センサの計測時間を調整する、という表現の背後に、紙幣寸法差と機構ばらつきの両方を吸収する設計意図があることを説明できるかが決定的です。ここは“多通貨だから時間を変える”だけで終わらせず、“ばらつきを前提に時間窓を設計する必要がある”と理由付けまで書けるかが、午後Ⅰでの得点差になります。 この問題全体を通した難所は、第一に計算問題で、与えられた時間条件を並行動作として扱い、取り込み枚数を桁まで正確に出せるかという点です。第二に停止ボタン時の制御で、単純停止ではなく、タスク生成と完了通知の差分ゼロという整合条件を使って安全に停止するという、リアルタイムOSを使う理由そのものを理解しているかが問われます。第三に仕様変更で、通貨・金種の鑑別データ送信という境界設計と、紙幣検出の計測時間を通貨・金種に応じて変えるというパラメータ化を、機械ばらつきの前提と結び付けて説明できるかが合否を分けます。 最後に、本動画を見る意義をまとめます。令和2年度（2020年10月）エンベデッドシステムスペシャリスト 午後Ⅰ 問1は、メカとソフトが密接に絡む装置を、状態情報の抽出、タスク分割、同期条件の定式化、例外時の安全停止、そして外部要求に対する拡張設計という一連の視点で読み解く訓練になります。計算問題で条件を落とさない読み方、停止時に整合が崩れない判定式の意味付け、仕様変更で“機械のばらつき”を前提にパラメータを設計する考え方は、過去問対策としてだけでなく、組込み開発の実務そのものに直結します。この動画を通して、与件を根拠に設計判断を確定し、理由まで含めて説明できる答案作成力を身に付けることができる点が、視聴する最大の価値です。