システムズエンジニアリングの実践事例と特徴

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しげのぶはぎにわ
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1 資料 5 (16-SEWG-2) システムズエンジニアリングの実践と特徴 2016 年 9 月 27 日独立行政法人情報処理推進機構 (IPA) 技術本部ソフトウェア高信頼化センター (SEC),

2 論点 2 システムズエンジニアリングの適用パターンの討議論点 2-1 の特性からシステムズエンジニアリングの適用域を考察するというアプローチでよいか論点 2-2 上記によって抽出した特徴の案 (6~7 頁に後述 ) が妥当か 2

3 システムズエンジニアリングで効果が得られたと考えられる赤字はシステムズエンジニアリング的な特徴を表すと想定されるポイントを示す青色のマークは後述 (6~7 頁 ) の特徴の識別を表す ( ただし技法等の詳細が不明で具体性に乏しい場合がしばしばある ) 表中各の記載は下記それぞれの出典を参考としている 1 2 3: SEBoK(Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge) 4: Systems Engineering Society of Australia (SESA) のSE Workshop 2015 発表資料 5: INCOSE SYSTEMS ENGINEERING HANDBOOK Fourth Edition 実現したシステム状況解決策 /SE 手法効果 1 次世代静脈注入ポンプ 1 操作上の複雑さによる安全性の低下 2 多様な要求多様なスキルレベルのユーザへの対応 X3 Y3 3 不確定要素リスク対応の繰り返し 4 事業的成功多岐に渡る考慮事項と調整 ( マネジメント財務購入者最終顧客開発者サービス担当者品質担当医療界 ) X2 5 短期開発リリースによるシェアの拡大 [ マーケティング ] 6 製品寿命全体を見越したメンテナンスと故障診断機能 [ メンテナンス ] ユーザーセンタードデザインアプローチリスクマネジメント(SEBoK 第 3 章 ) FMEA シミュレーションプロトタイピング Y2 系統関係性を配慮した推進 ( 非常に多くのステークホールダー間の統制のために JPO(Joint Project Office) 設置 ) Y1 統合論全体論動的行動適応性システムアプローチ累進的エントロピー低減および累進的な利害関係者の満足 (SEBok のパート 2)) 進化的かつ同時進行なシステムズエンジニアリングプロセス最低限の教育を受けた初体験のナースに関しては 99.66% が問題なく使用できた全面生産操業サポートへ問題が継続することは最小に抑えられた顧客満足売上げ利益は強固でありマネジメント財務購入者最終顧客開発者サービス担当者品質担当医療界の利害関係者からの満足度は非常に高くなった事業としても成功を収め 2006 年の Human Factors and Ergonomics Society s User-Centered Design Award および 2007 年の Medical Design Excellence Award を受賞 3

4 システムズエンジニアリングで効果が得られたと考えられる ( 続き ) 実現したシステム状況解決策 /SE 手法効果 2 GPS: 24 の GPS 衛星が 6 つの軌道で 12 時間で地球を一周し世界中の軍用及び民間のナビゲーション及びタイミング情報を提供し人により運ばれる機器あるいはプラットフォームに接続され船車航空機で使用 GPSは以下のような多くの分野の系統関係性を考慮した開発が必要であったユーザーは一時期に最低でも4 衛星から信号を受ける 3 次元データを扱うが高さは他の二次元情報より精度が低い様々な課題ー位置決め及びトラッキングー時間の同期化ー多種多様な対象 ( 車航空機船農業等 ) X3 ー妨害に強い通信ー多岐に渡る用途 ( 例 : 軍用と商用で異なる分野の要求 ) X2 ー状況把握が困難な宇宙空間での保守など多岐にわたる課題が多く要求を最初に固めることが現実的でなく修正されるごとにスケジュールコスト及び要求一式の再バランスを行う開発プロセスを導入 Y3 ー初期の段階でシステムアーキテクチャを決めるがその時にモデル化とシミュレーションを用いるー複雑なシステムサブシステムの管理におけるインターフェースの管理ー技術解決策が計画分析構築される時にそれぞれの段階で要求を満足していることを検証ー JPO(Joint Program Office) が設置されステークホルダー間のコミュニケーションシステムズエンジニアリング実施の支援が行われた Y1 ( 例 : ユーザー装置メーカーの一つは技術的に優れていたが効率的管理に問題があり JPOはシステムズエンジニアリングの導入を促した ) ー GPS は協調型 SoS の一例ー GPS 開発の全期間を通してステークホルダー間のコミュニケーションが重要視されたー組織間協力があるところでは緊急性の高いトラブルは起こっていない 3 乳児保育器 : 発展途上国のための乳児保育器ネオナーチャー Neo Nurture より信頼性が高く安価な保育器複雑な医用機器である保育器発展途上国とアメリカやヨーロッパといった国で使用年数がまったく異なる電力サージ熱帯気候の湿気英語の修理マニュアルなどが原因発展途上国へ支援された医療機器は5 年以内に95% が故障保育器の問題複雑かつ高価故障修理の専門知識と交換部品が必要実績とは異なる環境での使用容易性と保守容易性の実現が課題 X2 保守性を考えた設計 1 ただ動くものを作ればよいということではなく故障の際にそれが修理可能な故障でなければならない 2 構想段階の始めに保守性と生産可能性サポータビリティといった問題を考慮発展途上国にすでに多く存在する車の部品から保育器を作る施策 ( 製造段階でこれらの問題に対処しようとしても遅すぎるのである ) 修理の際医療技術者である必要もマニュアルを読む必要もなくなった地元の自動車パーツと自動車修理技術を利用できるようになった 4

5 システムズエンジニアリングで効果が得られたと考えられる ( 続き ) 4 5 実現したシステム TfNSW フレームワーク : オーストラリア NSW 地域の交通機関を統括する公共機関 (TfNSW) と同地域における各種交通事業者 ( 航空海運鉄道バスタクシー等 ) との連携システム ( トラフィック情報集約等 ) の進化を効率化するためのフレームワークオーレスン橋 : デンマークスウェーデン国境をまたぐ車道と鉄道を備えた世界最大の斜張橋の設計 ( 更に橋の下は国際航路 ) 状況解決策 /SE 手法効果本システムはSoS ハブ的な位置付けのシステムであるこのため連携先は次第に追加変更されるしそれらの路線や運行パターン等も変化していく加えて各連携先は個別に自社システムを構築しておりインターフェース仕様等がまちまちであるため連携システムの適応保守 ( 仕様変更追加等への対応 ) には多大な努力が必要である複数交通手段に渡るエンドツーエンドのナビ発券代行を行う複雑な要求 X1 航空海運鉄道バスタクシー等を含む総合交通をサポートする多岐に渡る要求を含む X2 特定交通分野例えば鉄道に限っても複数の業者があり独自のシステムや拡張計画を持つため多様な要求を受ける X3 1 多岐に渡る専門領域 : 各種構築技術 ( 例 : 橋梁土木道路交通鉄道船舶通行環境保全など ) X2 2 両国の規制基準の違い X3 3 両国の鉄道方式の違い ( 右側左側通行電力供給方式の違い ) X3 4 環境問題 ( 生物多様性 ) を含む込み入った要求 ( 例 : 海流土砂等と生物多様性との関係等 ) X1 MBSEを活用して連携システム全体をライフサイクルに渡って俯瞰するモデルを構築し効果的なフレームワーク開発を進めた 1MODAF, TRAK 等の既存フレームワーク標準を参考にしている最終的には SysML 版フレームワークUPDMをベースとし他フレームワーク情報や独自情報等を追加した 2モデルが複雑化したためステークホルダ毎の目的に応じたビューを用意した特徴 : 分野非依存のモデリング言語 :SysML ステークホルダ毎のビューの提供 Y1 1 関連専門家との検討合意形成活動の積重ね ( 例 : 環境関係者の巻き込み専門家を集めて綿密に構想設計 ) Y1 2 規制基準を満たす水準の見極め最新技法活用を含む詳細なリスク分析 3 技術検討を重ねた解決機構の実現 4 環境団体有力者を開発統括合弁会社役員として招聘し緻密な環境対策を実施フレームワークは完成したばかりのため詳細な評価はこれから先例の無い大規模開発構想から設計完了まで 7 年吟味したが開発運用段階では厄介な意見対立や大きな物理トラブルは発生していない ( マネジメントチームが顧客第一主義にとらわれて未成熟のまま開発段階に進むことをせず構想段階において綿密に計画したことによる成果 ) 5

6 要求に関する特徴 ( 案 ) と適合特徴複雑多岐多様ある要求項目の内訳が込み入っている要求項目間の関係が込み入っているもしならそうでなければただしの場合はも加味いずれの場合も常にを満たすべし X1 X2 X3 要求項目がいろいろある ( 例えば工学系経営系法律系或いは利用者運用者保守者など分野の違う関係者が様々な要求項目を提示 ) 分野 A 分野 B 項目 A は項目 B は項目 C は分野 C ある要求項目について異なる関係者が異なる要求を出す ( 例えば利用者の嗜好の違い国毎の規制商習慣の違い異種の専門家が同一項目について異なる要求を出すこともある ) 色は白がよい色は赤がよい色はシルバーがよい 4 TfNSWフレームワーク ( 複数交通手段に渡るエンドツーエンドのナビ発券代行 ) 5 オーレスン橋 ( 環境条件の内訳 : 海流土砂等と生物多様性との関係等 ) 1 次世代静脈注入ポンプ ( マネジメント財務購入者最終顧客開発者サービス担当者品質担当医療界 ) 2 GPS( 軍用民間用 ( 個人組織企業 ) による要求の異なり ) 3 乳児保育器 ( 異なる環境での使用容易性保守容易性の実現 ) 4 TfNSWフレームワーク ( 航空海運鉄道バスタクシー等を含む総合交通モデル ) 5 オーレスン橋 ( 多岐に渡る専門領域 : 橋梁土木道路交通鉄道船舶通行環境保全 ) 1 次世代静脈注入ポンプ ( 多様なスキルを持ったユーザユーザーセンタードデザインアプローチ ) 2 GPS( 車航空機船農業など対象が様々 ) 4 TfNSWフレームワーク ( 特定交通分野例えば鉄道に限っても複数の業者があり独自のシステムや拡張計画を持つ ) 5 オーレスン橋 ( 両国の基準規制遵守両国鉄道方式の違い ) 6

7 実装 ( 要求の実現法 ) に関する特徴 ( 案 ) と適合特徴系統関係性付け ( コミュニケーション ) 関係者 ( 特に異種関係者 ) 間のコミュニケーション円滑化事項間の関係性 ( 相互作用 ) 考察効率的な開発 ( 妥当性確認検証, 工期短縮 ) 想定外リスク対応 Y1 Y2 Y3 試験項目の増大への対策手戻り増大への対策試験環境のコスト削減対策想定外リスクを軽減するためのリスク分析の繰り返し技法等の例 : SysML 等の分野横断的な記法ソフトシステム方法論等による多種関係者間の合意形成促進システムダイナミクス等による全体的な相互作用分析技法等の例 : 直交表を用いたテストケース設計モデルシミュレーションによる V&V のフロントローディング技法等の例 : リスクマネジメント (SEBoK 第 3 章 ) FMEA STAMP/STPA 1 次世代静脈注入ポンプ ( 累進的な利害関係者の満足 ) 2 GPS( 非常に多くのステークホールダー間の統制のために JPO(Joint Project Office) 設置 ) 4 TfNSW フレームワーク ( 分野非依存のモデリング言語 :SysML ステークホルダ毎のビュー ) 5 オーレスン橋 ( 環境関係者の巻き込み専門家を集めて綿密に構想設計 ) 1 次世代静脈注入ポンプ ( シミュレーションプロトタイピング ) 1 次世代静脈注入ポンプ ( 開発プロセス全体を通してリスク解析評価確認が繰り返し実行された ) 2 GPS( 衛星が宇宙空間にあることにより状況把握保守に困難 ) 7

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15288解説_D.pptx ISO/IEC 15288:2015 テクニカルプロセス解説 2015/8/26 システムビューロシステムライフサイクル 2 テクニカルプロセス a) Business or mission analysis process b) Stakeholder needs and requirements definieon process c) System requirements definieon