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システムズエンジニアリング入門～IoT時代の価値実現に必須となるアプローチ～
慶應義塾大学システムデザイン・マネジメント研究科准教授 白坂成功
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「Moonwalking Bearに気づかない」
「放射線技師の83％がゴリラを見逃した」
人は見たいモノしか見ない
俯瞰的にものごとを捉えるのは簡単ではない
だからこそ“武器”が必要
• 修士：東京大学大学院工学系研究科
• 博士：慶應義塾大学大学院SDM研究科
• 大手電機メーカにて人工衛星開発（１５年間）
• 「おりひめひこぼし」
• 「こうのとり」
• 「みちびき」
• 2010年4月より慶應大学専任准教授
• INCOSE日本支部設立メンバー
• ISO JTC1/SC7 WG42「アーキテクチャ」
国内主査
• PMI日本支部 PFM/PGM WG
自己紹介
• 最近の研究テーマ：方法論
• 大規模システムデザイン
• 高信頼性システムデザイン
• イノベーティブデザイン
• コンセプトデザイン/
コンセプトエンジニアリング
• etc
自己紹介
システムの定義
• 複数の構成要素から成り立つ集合体のこと。
• 情報、通信、メディア、ハートウエ ア、サーヒスから、人間、組織、社会、地球環境まて、複数の要素か相互作用するあらゆるものをシステムと定義する。
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（慶應SDM2012年システムデザイン・マネジメント序論」講義資料）
システムズエンジニアリングの定義
• 「システムに関わる工学を実施するための技術分野には依存しない仕事の仕方」（豪Project Performance社）
• 「システムの実現を成功させることかてきる複数の専門分野にまたかるアプローチおよび手段 」（INCOSE SE Handbook,2000)
「成功させる」とは？→ 「与えられた費用（Cost）、期間（Delivery）内て、必要な品質（Quality）を満たすものを作り出す。＝ QCDの連立方程式を解く
システムエンジニアリングの構成
システムエンジニアリングを構成する４つの活動
1. システム設計
– 要求から要求分析、アーキテクチャ設計を実施し、下位への要求を導出する活動
2. インテグレーション
– 検証の終わったサブシステムを統合する活動
3. 評価・解析
– エンジニアリング活動における解析および検証(verification)・妥当性確認(validation)等の活動
4. システムズエンジニアリング管理
– QCDを満たすために、各種活動の計画・実施・評価を行う活動
Vモデル
Verification
ｼｽﾃﾑ設計
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ設計
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ設計
製造
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ試験
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ試験
ｼｽﾃﾑ試験
ｼｽﾃﾑ要求
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ要求
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ要求
図面 プロダクト
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ
ｼｽﾃﾑ
システム試験計画
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ試験計画
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ試験計画
Validation
システムエンジニアリング管理11
Vモデル
ｼｽﾃﾑ設計
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ設計
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ設計
製造
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ試験
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ試験
ｼｽﾃﾑ試験
ｼｽﾃﾑ要求
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ要求
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ要求
図面 プロダクト
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ
ｼｽﾃﾑ
システム試験計画
ｻﾌﾞｼｽﾃﾑ試験計画
ｺﾝﾎﾟｰﾈﾝﾄ試験計画
システムエンジニアリング管理13
アーキテクチャの定義
• 目的を最大化するような機能と特性の配置(Ring, 2001)
• 構成要素の設計や進化を左右するような、構成要素の構造、構成要素間の関係、そして原理や指針（IEEE STD 610.12, 1990）
• システムと外界との関係及びシステムを構成する要素とその構成要素間の関係（白坂）
人間
ボールを飛ばす力を加える
アーキテクチャの例①-１
ボール
力
人間
道具力人間がボールを飛ば
す力を加える。ボールが飛ぶ。
人間が道具を動かす力を加える。
道具がボールを飛ばす力を加える。ボールが飛ぶ。飛ぶ
ボール
飛ぶ
ボールを飛ばす力を加える
道具を動かす力を加える
力
物理的構成要素
ふるまい（機能）構成要素
構成要素の関係性
アーキテクティングとは
システム設計
要求分析
アーキテクティング
ステークホルダの要求
要求仕様
下位レベルへの指示、仕様
アーキテクティングとは、システムに要求されている機能・性能を、システムを構成する要素に配分して構成要素の仕様を明確にするとともに、構成要素間のインタフェースを明確化することである。
アーキテクティングプロセス
システムの要求機能を分割し、その機能を構成する下位機能の集合に置きかえる作業のことをいう
■機能設計とは■
要求機能機能設計
抽象化 具体化
Function 1
Function 2
Function 3
Function N
・・
Function 2.1
Function 2.2
Function 2.N
・・
機能設計
アーキテクティングプロセス
分割された下位機能を、システムを構成する要素に割り付ける作業をいう
■物理設計■
サブ機能１
サブ機能２－１
サブ機能２－２
サブ機能２－３
サブ機能３－１
サブ機能３－２
サブシステム３
サブシステム２
サブシステム１
システム
アーキテクティングプロセス■アーキテクティングのアウトプット■
サブ機能１
サブ機能２－１
サブ機能２－２
サブ機能２－３
サブ機能３－１
サブ機能３－２
サブシステム３
サブシステム２
サブシステム１
システム
これより・・・
アーキテクティングプロセス■アーキテクティングのアウトプット■
サブ機能２－３
サブ機能１
サブ機能３－１
サブ機能２－１
サブ機能２－２
サブ機能３－２
サブシステム１
サブシステム２
サブシステム３
サブシステム１と３のインタフェース
サブシステム１と２のインタフェース仕様
“システム”の定義 （階層構造：Building Block）
システム
サブシステム
サブシステム
システム
サブシステム
サブシステム
言葉の定義
定義によると、SystemとSystemを組み合わせるとSystemてあるては、System of Systemsとは？
System of Systems
以下の５つの特徴をもったシステムをSystem of Systems (SoS)と呼んている。
1. 運用の独立性：SoSの構成システムは、個別に運用。
2. 管理の独立性：構成システムは別々に調達され、インテグレート。しかし、運用中の構成システムはそのまま運用。
3. 進化的開発：機能や目的か追加／削除されたり、途中て変更されるなど、開発とシステムか進化的。
4. 創発的振舞い：構成システム単独ては実現てきない目的を、SoSとして実現。
5. 地理的な分散：構成システムか離れており、構成システム間ては、質量やエネルギーの物理量てはなく、情報を交換。
SoSてないSystemを“Monolithic System”と呼ぶ。出典： “Architecting Principles for Systems-of-Systems”, Mark W. Maier (1998)
System of Systems世の中の動き：つなかりはじめたシステム
出典：経済産業省資料より抜粋
出典：テキサスインスツルメント資料より抜粋
出典：「インダストリー4.0 実現戦略報告書」より抜粋
品質保証が困難
「多岐にわたるステークホルダ」
使いやすく
システムの故障てサーヒス停止は困る
運用・保守を簡単に
「つながるシステムの拡大」
複数の企業の製品・サーヒスをつないて、利用者に提供
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「予定外のシステムの変化」
システムかどんどんかわっていく（進化的）
途中て出て行く
途中から入ってくる
インダストリー4.0リファレンスアーキテクチャモデルRAMI4.0 : Reference Architecture Model Industrie 4.0
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出典：「インダストリー4.0 実現戦略報告書」
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出典：「インダストリー4.0 実現戦略報告書」出典：Smart Grid Reference Architecture
Smart Grid Reference Architecture RAMI4.0
• 範囲を限定することによって、ArchitectureのReference Modelをつくることかてきる
• 品質、安全性、相互接続性をこのモデル上に位置づけなから担保するための方針
• Architecture Reference Modeは、「時間軸x空間軸x意味軸」て構成
まとめ
• 対象を俯瞰的にとらえるには武器か必要
• そのときの武器かシステムズエンジニアリング
• ただし、IoTシステムは、単なるシステムズエンジニアリングてはなく、System of Systems
• プラットフォームの考えるアプローチのようにSystem of Systemsのアプローチか役に立つ