De Película con Ennio Morricone
オリジナル超音波技術によるビジネス対応
http://ultrasonic-labo.com/?p=9232
「シャノンの第一定理に関する経験談」
１） テーマ
多くの社員に必要であり、今後役に立つ事柄、
あるいは、ＩＴ関連の基礎知識として
「シャノンの第一定理が、具体的に経験上で役に立つ」
と言う話をしたいと思います
１－１）基本システムの考察（注１）に関する
モデル作成として役に立つ
１－２）データとノイズに関する基礎事項として役に立つ
（ルーチンワーク的な開発業務の中では
必要性を理解しにくいと思いますが、
オリジナリティの高い、新製品の研究開発の
立場で考えると、
研究の視点（注２）としてとして
大変有効だと思います
注１：例 システム開発に関するオブジェクト
（アルゴリズム 等）の整合性・体系化
注２：例 機械振動・電気ノイズ・プログラム
バグの原因解析
２） 基礎知識
理論と歴史の流れを説明します
＊ サイバネティクス（フィードバック）から
情報の単位としてビットが基準になるまで
＊ 「シャノンの通信モデル」
（情報源） －＞ 送信機（符号化） －＞ 通信路（外乱・ノイズ含む）
－＞ 受信機（複合化） －＞ （目的位置）
＊ 情報容量：Ｈ＝ｌｏｇ ｎ（ハートレイ １９２８年）
ｎ：１つの系で区別される状態の数（単純化で２にする）
対数の底は、情報を測定する単位の選択とする
（Ｊ．Ｗ．テューキー）
すなわち、ビットは２者択一の概念に基づくもので、
２つから１つの選択では１ビット、
４つから１つでは２ビット
＊ シャノンによる情報量の（確率概念による）定義
事前確率がわかっているとき、
１つの通報を記憶するのに必要で最小な情報容量が、
その情報のもつ情報量である（シャノン １９４８年）
通報：情報源が発するもの
情報：通報に含まれる
（情報量：情報源が発する通報の集合量の
確率統計的あつかいによる数学的な公式による量）
ポイント：信号の持つ意味の取り扱いをしない
３） 基礎知識の理解
「基礎知識を深めると重要な定理や法則が理解できる」展開を
説明します
＊ 「シャノンの第一定理」
情報とエントロピーの関係
（情報が増えるとエントロピーは減少する）
エントロピー：無記憶情報源のシンボル当たりの平均情報量
（情報量＊確率の総和）
無記憶情報源＜－＞マルコフ情報源
（その情報以前の有限個（ｍ）の情報に影響される
情報源：ｍ重マルコフ情報源）
情報と確率過程の関係－＞エルゴード的－＞
確立の再定義－＞統計処理－＞・・
４） 理解から応用（創造）
経験と実例を説明します
４－１）論理は用意されていない ？である
：データとノイズの関係の話
４－２）考えなければならない：どこから？
何を考えるか？
経路とノイズとデータの特定
（例 ロボットの動作、デジタル解析のデータ
：デジタルアナライザー、プログラム言語のコンパイラー、システムの取り扱い方法）
ロボットの動作データ（注１ 機械・電気・ソフト）と動作測定によるデータの検討に関する
通信モデルの利用（通信モデルに対する第一定理の保証）
注１：機械（特性） 伸び・たわみ・疲労・・・
電気（信号） 電気的な性質・応答特性・・・
ソフト 制御のアルゴリズム・データ構造・チューニング処理・・・
４－３）論理モデルをつくる：現象との違いを考察する
解析事例（振動解析 プログラムのバグ解析
人間と言う要因の検討）
振動と言う現象（全体）と測定（ポイント）による
データの論理的考察
時間的変化に対する、
条件の設定と統計やシミュレーション等の解析方法の考察
４－４）論理モデルの限界と現象を考察する
調整事例（自動データ作成、モータ制御：学習機能のプログラム検証）
文字のデータと＊＊装置の構造による制御データとソフトウェアの変換処理に関して、
＊の回転や＊の速度変化による文字データを制御構造データに置き換えることを可能にする
手順とモデルによる実例の紹介）
（Ｘ／Ｙ／Ｚ／回転／速度／加速度とパラメータを増やすと
トータルノイズが大きくなってしまう－＞第一定理）
４－５）その現象に対するオリジナルな論理を作成する
新規開発事例（材質、特性、一般理論の組み合わせと現象：総合力）
理論やデータでは突破できない （注：基礎知識の理解は必要である）
感触やイメージが必要である
注：プログラムはタイプして、モノには触れて感じて見るなど
＊＊装置の場合、筆記用具の性質と機械構造の関係にたいする考察
自動車用ロボットの場合、部品の目的に対する様々な性質の考察
プログラム言語の場合、
言語と異なる種類の言語の考察や、メタ設計による設計のコンセプトを検証する
ポンプの場合、ポンプの原理に関する基本的な論理考察
（ポンプは完成度が高い部品であると考えてしまいがちなので）
他 リアルタイム処理に対する工夫、画像処理の学習機能の応用、、、、
５） 設計思想への発展
オリジナルな理論を忠実に設計し、一つの製品（システム）にまとめあげ
ることは、
その理論（人）による思想（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）にまで広がっていきます
そして思想からモデル（システム）の修正や変更が行われ、繰り返す中で
発展していくように思います
（極端な例として、「ｆｏｒ文は嫌いだから使用しない」
これも思想と捕らえることが出来ます：形から入る方法もあるという例です）
このような観点でモノを見ると、
良い製品、良い設計にふれることの大切さが理解できると思います
私は、これが設計する力だと思います
６） まとめ
＊ 応用できれば知識は技術力として役に立つ
＊ プログラム言語や環境の知識も応用できるところまで高めなければいけない
＊ そのためには、クリアすべき基礎知識がある
結局、好きな部分は基礎知識がわかるまで学習する必要がある
（あるいは、実際に製品に組み込みと、
理解不足部分が問題になり苦労して身につけることになる）
最終的には、設計思想を形成し深めていくことが本質だと思います
（そのために観察することと工夫することの重要性をまとめにします
数式や統計処理は有効ですが、各処理のそれぞれの段階も
技術的説明を行う必要があることの重要性を考えてもらいたいと考えています）
シャノンのジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法
シャノンのジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法を開発し
コンサルティング提案・実施対応を行っています。
超音波照射による現象を 安定して効率よく利用するためには
超音波発振機や振動子以外の条件に関する 検討や開発も必要です
水槽や液循環・・・の影響も大きいのですが
現在使用中の超音波を効率用利用するための
単純ですが大きな改善が可能な方法を紹介します
（ 具体例や実績は多数あります
２０ｃｃ－１８００リットルまで対応実績があります ）
この制御は簡単で、非常に効率が高いので是非利用してください
省エネルギーにもなります、
広く普及させたいと考えています 特許申請は行いません
（インターネットで公開し類似の特許が登録されないようにしています）
詳細については「 超音波システム研究所 」にお問い合わせください
単純ですが、個別の要因（水槽、伝搬対象物、・・）により適切な設定が必要です
＜制御について＞
各種データの時系列変化の様子を解析・評価して、
時間で移動するボールのジャグリング状態に相当する
超音波伝搬現象の「サイクル」と、「影響範囲」を見つけます
この関係性からボールＮ個のジャグリング状態を設定して制御を行うと、
システムの状態に適した制御となり、効率の高い超音波システムとなります
＜＜ シャノンのジャグリング定理の応用 ＞＞
注：JUGGLING THEOREM proposed by Claude E. Shannon
シャノンのジャグリング定理
( F + D ) ＊ H = ( V + D ) ＊ N
F ： ボールの滞空時間（Flight time）
D ： 手中にある時間（Dwelling time）
H ： 手の数（Hands）
V ： 手が空っぽの時間（Vacant time）
N ： ボールの数（Number of balls）
＜＜ 応用 ＞＞
F ： 超音波の発振・出力時間
D ： 循環ポンプの運転時間
H ： 基本サイクル（キャビテーション・加速度のピークの発生する）
V ： 脱気（マイクロバブル発生液循環）装置の運転時間
N ： 超音波（発振）周波数の異なる振動子の数
参考動画
超音波制御装置（制御ＢＯＸ）
http://ultrasonic-labo.com/?p=4906
シャノンのジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法
http://ultrasonic-labo.com/?p=1753
＜＜参考動画＞＞
オリジナル超音波プローブの「発振・制御」技術
超音波システム研究所は、
オリジナル製品：超音波プローブの「発振・制御」技術を利用した
部品検査、精密洗浄、ナノ分散、化学反応実験・・・・に関して、
新しい「超音波＜発振・制御＞システム」を開発しました。
目的に合わせたオリジナル超音波プローブによる応用技術です。
超音波の音圧データを測定・解析・評価することで
効果的な超音波の発振・制御が実現できるシステムです。
特に、複数の発振・制御を組み合わせにることで
高い音圧レベルや、非線形現象による高い周波数について
コントロールできます。
部品の接続状態や表面についての検査や
非常に小さい部品の精密洗浄、表面処理、・・・に関して、
超音波振動の新しい利用方法として提案しています。
超音波プローブは
利用目的を確認した「オーダーメード対応」しています。
参考動画
＊＊＊
・・・・・
それで岡先生は, 最初から,
一般な領域でこれらの問題を
統一 的に解決するような原理を得ようとしておられるのである．
続いて序文には
『考えている空間の次元を適当に上げることによって，
こ れらの問題の困難さがときとして緩和されるのではないか』
という考えが浮 かんだと書かれている.
これがその求めている原理であった.
この漠然とし たアイデアを,
岡先生と共に, “上空移行の原理” と呼ぶことにしよう.・・・
（解 題 – 奈良女子大学附属図書館
www.lib.nara-wu.ac.jp/oka/ko_ron/pdf/kai-1.pdf より）
＜超音波洗浄器 ４２ｋHz ２６Ｗ＞
これは、新しい超音波技術であり、
超音波のダイナミック特性による一般的な効果を含め
新素材の開発、攪拌、分散、洗浄、化学反応実験・・・
に大な特徴的な固有の操作技術として、
コンサルティングにおいて利用・発展対応しています。
原理の論理的な説明と
具体的な方法（技術）について
コンサルティング対応させていただきます。
超音波を利用した、「ナノテクノロジー」の研究・開発装置
http://ultrasonic-labo.com/?p=2195
「超音波の非線形現象」を利用する技術を開発
超音波システム研究所は、
オリジナルのバイスペクトル解析グラフ
（最大エントロピースペクトルアレイ法を参考にしたオリジナル手法）による、
「超音波の（高調波に関する）非線形現象」 を利用する
新しい制御技術を開発しました。
今回開発した技術により
超音波の伝搬状態について
音圧レベル・主要周波数（キャビテーション）を
音響流（非線形現象）との相互作用が判断できる、
数値化・グラフ化を可能にしました。
解析結果に基づいた、
各種（水槽、振動子、治工具・・・）の組み合わせにより
目的に合わせた超音波利用状態の最適化が、可能になりました。
高調波による超音波の伝搬状態や
共振現象による低周波の発生状況を検出・把握することで
目視や音圧レベルだけでは再現性・相互作用による変化・・・・
対応・評価が難しい状態についても
非線形現象に関する
解析評価結果に基づいて、十分な対応（制御）が可能になります。
従って、
適切・あるいは有効な
超音波伝搬状態（周波数、音圧、変化・・）を確認したうえで、
超音波のダイナミック特性を目的に合わせて制御できます。
これは、洗浄・表面改質・化学反応の促進・・・に対して、大変有効です。
さらに、定在波の制御により、キャビテーションと加速度の効果を
目的に合わせて変化させる状態について、詳細な分析が可能になります。
これは、加工、改質、攪拌・・・に対して、大変有効です。
オリジナルの超音波伝搬状態の測定・解析技術により、
効果的な事例・実績を多数確認しています。
超音波を利用した「振動計測技術」を開発
超音波システム研究所は、
超音波振動子を利用した全く新しい、オリジナル技術による、
＜＜振動計測（解析）技術＞＞を開発しました。
これまでに開発した振動計測技術に対して、
超音波の非線形性に関する「測定・解析・制御」技術を応用した、
超音波のダイナミック特性を解析・評価する技術により、
測定データの解析から
低周波（０．００１Ｈｚ）から 高周波（２０ＭＨｚ）の振動状態（注）を
＜測定・解析・評価＞する技術を開発しました。
注：標準仕様 低周波（０．０１Ｈｚ）から 高周波（１０ＭＨｚ）
特別仕様 低周波（０．００１Ｈｚ）から 高周波（２０ＭＨｚ）
建物や道路の振動・騒音、機器・装置・壁・配管・机・手すり・・・の
振動を計測した結果、
各種の振動・騒音に関する
新しい原因推定に基づいた対策が可能になりました。
これは、新しい方法および技術です、
今回の解析結果から 様々な応用事例（注）が発展しています。
注：
１）建物や高速道路・・・の低周波振動の計測
２）大型装置や設備・・・における振動現象の測定・解析
３）製品・部品の低周波振動の原因究明
４）・・・・
特に、標準測定時間として連続７２時間のデータ採取が可能ですので
非常に低い周波数の振動や
不規則に変動する振動に対しても計測が可能です
超音波装置での実績として
１）装置の振動モードの測定
２）工場の振動モードの測定
３）環境振動による超音波発振への影響の測定
４）超音波洗浄機の治工具による振動モードの変化を測定
５）対象物の音響特性による振動モードの測定
６）その他・・・・
■振動計測
参考
超音波測定解析の推奨システムを製造販売
http://ultrasonic-labo.com/?p=1972
超音波発振・計測・解析システム（超音波テスター）
http://ultrasonic-labo.com/?p=7662
超音波の伝搬状態を利用した部品検査技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=3842
超音波の音圧測定解析による「流水式超音波システム」
（超音波テスターによる＜測定・解析・制御＞の応用技術）
超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）は、
流れとかたちに関する「コンストラクタル法則」を利用した、
「流水式超音波システム」技術を応用しています。
－流水式超音波システムの応用事例－
特殊レンズ・ガラス部品の精密洗浄
洗浄液、攪拌液、・・水質改善（洗浄、分子のナノ化）
複雑な形状・線材・粉末・・・の表面処理（応力緩和）
溶剤・洗剤・貴金属・ポリマー・・・・の化学反応制御
ナノレベルの攪拌・分散・洗浄・加工・・
フィルム形状、大型パイプ形状、・・
・・これまでは、難しかった材料・部品の表面改質
・・・・・・・
超音波利用に関して
流れの観察経験により
音響流を直感的に
とらえられると考えています
音響流＜一般概念＞
有限振幅の波が
気体または液体内を伝播するときに、
音響流が発生する。
音響流は、
波のパルスの粘性損失の結果、
自由不均一場内で生じるか、
または
音場内の
障害物（洗浄物・治具・液循環）の近傍か
あるいは
振動物体の近傍で
慣性損失によって生じる
物質の一方性定常流である。
＜参考＞
１）振動について
ロイヤル・インスティテューション １３３回「振動」より
機械工学の重要な一分野のほとんどすべてを、
ここに記述してみようと思っている
【著者】リチャード・ビジョップ
【訳者】中山秀太郎 出版社:講談社（1981年 ブルーバックス Ｂ－４７１）
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/d84ac354211817300e3ef1ba76e64a8d.pdf
２）流れとかたち
すべてのかたちの進化は
流れをよくするという「コンストラクタル法則（constractal-law）」が支配している!
【著者】 エイドリアン・ベジャン Adrian Bejan J. ペダー・ゼイン J. Peder Zane
【訳者】 柴田裕之 【解説者】 木村繁男 出版社:紀伊國屋書店 (2013年)
流れと音と形の観察：コンストラクタル法則
http://ultrasonic-labo.com/?p=7302
http://ultrasonic-labo.com/?p=1779
３）サイバネティクスはいかにしてうまれたか
【著者】 ノーバート・ウィナー
【訳者】 鎮目恭夫 出版社:みすず書房（1956年）
・・・・・・・
絶えず移動するさざ波の塊を研究して、
これを数学的に整理することはできないものだろうか。
・・・・・・・・
水面をすっかり記述するという
手におえない複雑さに陥らずに、
これらのはっきり目に見える事実を
描き出すことができるだろうか。
波の問題は
明らかに平均と統計の問題であり、
この意味でそれは
当時勉強していた、ルベーグ積分と密接に関連していた
・・・・
私は、自然そのものの中で
自己の数学研究の言葉と問題を
探さねばならないのだということを知るようになった。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
こうして、サイバネティクスの立場から見れば、
世界は一種の有機体であり、
そのある面を変化させるためには
あらゆる面の同一性を
すっかり破ってしまわなければならない
というほどぴっちり結合されたものでもなければ、
任意の一つのことが
他のどんなこととも同じくらいやすやすと
起こるというほどゆるく結ばれたものでもない。
・・・・・・
・・・・・・
理想的には、
単振動とは遠い過去から遠い未来まで時間的に
不変に続いている運動である。
ある意味でそれは永遠の姿の下に存在する。音を発したり、止めたりすることは、
必然的にその振動数成分を変えることになる。この変化は、小さいかもしれないが、
全く実在のものである。有限時間の間だけ継続する音符は
ある帯域にわたる多くの
単振動に分解することができる。それらの単振動のどれか一つだけが
存在するとみる事はできない。
時間的に精密であることは
音の高さがいくらかあいまいであることを意味し、
また音の高さを精密にすれば
必然的に時間的な区切りがつかなくなる。
・・・・・・・
理想的には、
単振動とは遠い過去から遠い未来まで時間的に
不変に続いている運動である。
ある意味でそれは永遠の姿の下に存在する。音を発したり、止めたりすることは、
必然的にその振動数成分を変えることになる。この変化は、小さいかもしれないが、
全く実在のものである。有限時間の間だけ継続する音符は
ある帯域にわたる多くの
単振動に分解することができる。それらの単振動のどれか一つだけが
存在するとみる事はできない。
時間的に精密であることは
音の高さがいくらかあいまいであることを意味し、
また音の高さを精密にすれば
必然的に時間的な区切りがつかなくなる。
・・・・・・・
・・・・・・・
上記を参考・ヒントにして
超音波伝播現象における
「非線形効果」を測定・利用する技術を
流れをよくするという「コンストラクタル法則（constractal-law）」で
整理することで、超音波利用技術にまとめています。
超音波技術（アイデア）
http://ultrasonic-labo.com/?p=7031
