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1 IoT 時代に向けたシステム思考のアプローチ ~IoT システムのデザインに求められるものとは ~ 独立行政法人情報処理推進機構ソフトウェア高信頼化センター所長松本隆明

2 IoT がもたらす構造変革 I こ T れシまスでテのム フィジカル世界 サーバ /PC/ モバイル機器等 バーチャルデータによるやりとり サイバー世界 コンピューティングパワー 構造変革 I o C T P時 S代の フィジカル世界 センサ / デバイス / 機器 リアルデータによるやりとり サイバー世界 デジタルトランスフォーメーション 直接フィードバック G W (DX) AI ビッグデータハイコンピューティングパワー 2

3 データ駆動型社会 業界を跨ったオープンイノベーションの創出 リアルとサイバーの融合 出典 : 経産省 産業構造審議会情報経済小委員会中間とりまとめ報告書 ( ) に加筆 3

4 第 4 次産業革命 History 第 1 次水力 蒸気機関 第 2 次電力化 第 3 次コンピュータ化 第 4 次 CPS 化 出典 :Fraunhofer IESE Presentation, SEC Special Seminar, 2015 に加筆 4

5 システムの大きなトレンド デジタルトランスフォーメーションによりシステムは 統合化に向う 情報システム 組込みシステム モバイルシステム スマートエコシステム 統合化された複雑システムとして実現する時代へ サイバーフィジカルシステム (CPS) データ量の増大 ( 宝の山 ) 出典 : Smart Ecosystems, Fraunhofer IESE 5

6 システム オブ システムズ (SoS) 出典 : 経済産業省スマートコミュニティのイメージ 6

7 SoS 開発における課題 システムの要素はそれぞれ独立に運用される システムの要素はそれぞれ異なるライフサイクルをもつ 統合化されたシステムの要件を初期に決めることは難しい システムの要素の数が増えれば増えるほど 統合化されたシステムの複雑性は指数関数的に増大する 統合化されたシステム全体のプロジェクトマネージメントを一元的に行うことは難しい 統合化されたシステムの外部との境界は曖昧になりがち システム全体をより俯瞰的に見るシステム思考アプローチが必要 7

8 組込みソフトウェア産業において不足する人材 2016 年度組込みソフトウェア産業の動向把握等に関する調査 IPA 8

9 システムの統合化 複雑化で増大するビジネスリスク 従来は想定されなかったようなモノ コトのつながり例 : スマートフォンと家電の連携など つながる相手への迷惑 相手からの迷惑 新サービスが生まれることによるビジネス環境の変化 例 : シェアリングエコノミーの拡大など 現ビジネス領域の衰退 想定リスク 隣接する分野の事業への進出 例 : 医療と健康ビジネスの融合など 単一分野でのビジネスルールが通用しない 考慮すべき条件の拡大 例 : 自動車 ( 乗り心地 安全性 燃費 ) など 考慮もれによる失敗 ( 不備 遅延 事故 ) 転ばぬ先の杖 ( 新たなアプローチ ) の導入が必要 9

10 新たなアプローチ ~ システムズエンジニアリング ~ 設計 開発順序の柔軟化 全体を俯瞰して手戻りを低減 ( 全プロセスの発想転換 ) 複数の製品 サービスの連携 個別の製品 サービス 10

11 システムの定義 システムとは 定義された目的を成し遂げるために 相互に作用する要素を組み合わせたものである これには ハードウェア ソフトウェア ファームウェア 人 情報 技術 設備 サービスおよび他の支援要素を含む (INCOSE: Systems Engineering Handbook) システムとは 与えられた目的を達成するための最終成果物と補助的成果物の集合体である (ANSI/EIA-632, 1998) システムとは 相互に関連する または相互に作用する要素の集まりである (JIS Q9000) 11

12 複雑システム Complicated System システム境界 Complex System (SoS) 要素 要素 要素 要素 要素 要素 要素 要素 要素 要素 要素 要素 システムの境界は明確 要素は他律的で要素間の相互作用は定形的例 : 従来の自動車 システムの境界は曖昧 要素は自律的で要素間の相互作用は変動的例 : 社会システムにおけるモビリティとしての自動車 パラダイムシフト伝統的なシステム工学の範疇 ( 分解 統合アプローチ ) システムズエンジニアリングの範疇 12

13 システムズエンジニアリングの 4 つのポイント 目的指向と全体俯瞰 解決策を考える前に本来の目的を明確にし 常に目的を意識しながら考える 視点と視野を変えながら俯瞰して捉える 視点としては 時間的視点 空間的視点 意味的視点がある 多様な分野の知見を総合 多様な分野 ( 技術 事業 領域 環境 文化 社会など ) の知見を総合する 抽象化 モデル化 抽象化の視点を柔軟に設定し 多視点から対象を構造化し システムに関する様々なネットワークを通じて システムを明らかにする モデルを利用することによって異なる分野の人たちの間での概念共有 情報共有による共通理解の促進を図る 反復による発見と進化 適切に再評価とフィードバックを反復して 新たな解決方法を発見し 段階的に明確化 進化させる 13

14 システムズエンジニアリング適用事例 ( その 1) 鉄道 列車制御システムの更新とサービス継続 JR 東日本デジタル ATC(D-ATC) 山手 京浜東北線のラッシュ時の混雑 ( 上野 御徒町間で約 240%) 緩和の社会的要請が強まっていたのに対し 運転本数を増加できる新しい列車制御システムを 2008 年までに導入した事例 開発における課題現行システムに影響しない新システムの検証方法や 運行を維持しながらの新システムへの迅速な切り替えを行えることが必要 対策開発当初から全工程の課題を見据え ( 時間的視点の俯瞰 ) システムの切り替え 移行についても設計時より焦点をあてて方式の設計を行い 旧システムで運転中に新システムの電文の送信 チェックが可能な方式を採用した システムのライフサイクルを俯瞰して妥当な対策を施した事例 効果テスト および切り替えを短時間でできるシステムを実現した これにより 運行サービスに影響することなくシステム移行を実践することができた 出典 :SEC Journal 35 号 (IPA) アシュアランス技術を用いた鉄道信号の革新 14

15 システムズエンジニアリング適用事例 ( その 2) 多様な要求に同時に応える自動車の開発マツダ SKYACTIV テクノロジー 乗り心地 運転の楽しさ 安全 燃費 環境性能等を高度な次元で満足させる自動車の開発の事例 開発における課題多様な要求を 同時に 実現するための機能開発として 多様な要素についての高度な技術革新が必要 対策エンジン トランスミッション ボディ シャーシに至るまで 車に搭載するすべての技術と それらを総合する技術の革新を実施 その中核となったのが それぞれのメカニズムの解明など技術的研究を深めるとともに それらの結果を可視化し 予測などにも使用できるモデルとして確立したこと これにより共通理解を促進し シミュレーション技術も総合して全体最適を図る設計につながった 効果低燃費で安定した走りを実現する製品群の開発に成功 出典 :SEC Journal 29 号 (IPA) SKYACTIV テクノロジーの誕生を支えたモデルベース開発 15

16 システムズエンジニアリング適用事例 ( その 3) 発展途上国の実情に合わせた保育器の開発 乳児死亡数が年間 400 万人に達している途上国に向け より多くの生命を救うべく 新生児向けの保育器を普及させることを目的に開発が行われた事例 開発における課題先進国で実績のある製品を転用して使用を開始したが 自然環境 インフラ環境の関係で故障が多発した上に 部品が入手できないことから修理網も整備されず 普及に失敗していた 対策保育器の本来の目的に立ち返り 新たな製品企画から取り組み ( 目的指向と全体俯瞰 ) 抽象度を上げた分析により本質的な要件を関係者で共有し 物理的条件の前提を設けずに実現策を検討 ( 機能と物理の分離 ) により解決策を見出した 効果途上国で入手できる部品で 保守もできる 暖める機能をもった保育器 を新たに開発して普及を開始することができた 出典 : SEBoK(Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge) 16

17 ドイツでのシステムズエンジニアリング実践調査 (1) 直面する製品開発での課題は? 現在のシステム開発の課題 5 年以内の変化の見通し 現状多くの企業が直面している開発課題 システム要求の複雑化 市場投入時間 (TTM) の短縮 製品の多様化の増大 今後 (5 年以内 ) の変化の見通しとして現状に加え さらに 複数の専門分野にまたがる開発が増加 17

18 ドイツでのシステムズエンジニアリング実践調査 (2) システムズエンジニアリングを採用した動機は? システムズエンジニアリングを採用した動機 セーフティ セキュリティ要件を満たすため 顧客要求の多様化 製品の複雑化 ソリューションとして H/W S/W サービスを一体となって求められるようになってきた ドイツでは 90 年代に自動車業界から採用が始まる 機械制御からアナログ制御システムを経て 完全にソフトウェア制御のシステムに転換していった時期 ここ数年 (2010~2015 年 ) で 全産業においてシステムズエンジニアリングが普及していったことが確認されている (IESE 調査報告書より ) 18

19 ドイツでのシステムズエンジニアリング実践調査 (3) システムズエンジニアリングを進める上での課題は? 組織改革要求およびインターフェースの管理モデリングとシミュレーションデータおよび情報管理製品品質の確保手法面のスキル一貫性のあるツール チェーンの確立人材管理 多くの企業が直面する課題 組織改革が最大の課題さらに 複雑化する要求とインターフェースの管理 モデリングとシミュレーションなど 今後の課題は人材育成を挙げる企業が多い プロセスおよび手法の統合 複数の専門分野による開発の増加 その他 全体中小企業大規模組織 19

20 システムの高信頼化に向けた取り組み ハードウェアは劣化する 故障 冗長構成, など ソフトウェアは劣化しない ソフトウェアは相対的に劣化する 教訓の活用 使われる環境の変化 ビジネス方針, ニーズ 組織 人 ( 慣れによる過信 油断, 交代による技術 / ノウハウ継承無し ) 利用者増, 技術進展, 他 リスク要因 網羅的な事前抽出が困難 障害事例に基づく教訓 対策の共有 失敗に学ぶ 20

21 IPA における障害事例共有化 現状 ( 教訓の共有なし ) 障害に基づく教訓の共有による信頼性向上のしくみ 社会 社会 重要インフラ等 重要インフラ等 より高い安全 安心な製品機器 /IT サービスの提供 信頼性 信頼性 信頼性 信頼性 信頼性 信頼性 製品機器 / ITサービス (A 社 ) 対策実施教訓 A 製品機器 / ITサービス (B 社 ) 製品機器 / ITサービス (C 社 ) 製品機器 / ITサービス (A 社 ) 製品機器 / ITサービス (B 社 ) 製品機器 / ITサービス (C 社 ) 障害 障害 障害 障害 障害 障害 原因分析対策検討 対策実施教訓 B 原因分析対策検討 類似障害の発生 対策実施教訓 C 原因分析対策検討 対策実施 教訓教 A 訓教 B 訓 C 対策実施 対策実施 教訓教訓教訓 原因分析 対策検討一般化 抽象化 普遍化体系的整理 機密保持等のルール 専門家, 有識者のご協力を得て IPA/SEC や業界団体等が担う共有活動 21

22 レジリエンスエンジニアリング 物事が悪い方向へと向かわない状態を作る すなわち失敗から学ぶという従来の安全に関する考え方 (Safety-Ⅰ) 物事が正しい方向へと向かうことを保証する すなわち成功から学ぶという新たな考え方 (Safety-Ⅱ) システムが置かれている環境は時間とともに変化するため 開発時の安全に関する前提条件が成り立たなくなることがある システムにおける意思決定は不完全な情報しか得られていない状態でなされることが通常である 利益や効率の追求等により システムはほっておくと次第に危険な状態に移行していく システムの本来目的は安全の確保ではなく 正常な事業の継続 ( レジリエンスの確保 ) である 南デンマーク大学のエリック ホルナゲル教授他が 2006 年に提唱 22

23 安全管理の 2 つの考え方 出典 :SEC 特別セミナー 破綻を回避するためのレジリエンスエンジニアリング ホルナゲル教授講演資料から引用 23

24 SEC 特別セミナー 24

25 ご清聴ありがとうございました 独立行政法人情報処理推進機構ソフトウェア高信頼化センター所長松本隆明 25

IoT 時代のシステムの課題 つながる世界の新たなビジネスチャンス 従来は想定されなかったようなモノ コトのつながり できることが広がってきた 隣接する分野の事業への進出 スマホ 家電連携 新サービスが生まれることによるビジネス環境の変化 シェアリング エコノミー ビジネスチャンス 健康ビジネスと医

IoT 時代のシステムの課題 つながる世界の新たなビジネスチャンス 従来は想定されなかったようなモノ コトのつながり できることが広がってきた 隣接する分野の事業への進出 スマホ 家電連携 新サービスが生まれることによるビジネス環境の変化 シェアリング エコノミー ビジネスチャンス 健康ビジネスと医 IoT 時代のシステム開発アプローチ ~ システムズエンジニアリング ~ 独立行政法人情報処理推進機構 (IPA) 社会基盤センター イノベーション推進部 研究員 齋藤毅 IoT 時代のシステムの課題 つながる世界の新たなビジネスチャンス 従来は想定されなかったようなモノ コトのつながり できることが広がってきた 隣接する分野の事業への進出 スマホ 家電連携 新サービスが生まれることによるビジネス環境の変化

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