研究 / Research Topics

社会や企業の課題解決は、複雑さによる想定外の振る舞いや、将来の不確実性のために困難です。例えば、電気自動車の補助や炭素税の導入が、どのくらい温暖化ガスの排出を削減できるかは、社会システムの変化に大きく影響を受けます。

本研究室は、システムデザインの方法論やシステム思考的アプローチを基盤とし、以下のテーマに取り組みます。


Solving social and business challenges is difficult due to unexpected behaviour caused by complexity and uncertainty about the future. For example, the extent to which subsidising electric vehicles or introducing a carbon tax can reduce greenhouse gas emissions is heavily influenced by changes in social systems.

Building on systems design methodologies and systems thinking approaches, this laboratory addresses the following themes.

複雑システムのデザイン / Complex Systems Design

社会におけるシステムでは、不確実性、システム内部の相互作用のために、選んだデザインのパフォーマンスは予想できません。また、すべての利害関係者にとっての唯一の最適なデザインは存在せず、より多くの利害関係者にとって望ましいデザインポイントを探索することになります。

本テーマでは、システム思考やシステムズエンジニアリングで利用される手法やアプローチにより、ステークホルダーの期待をとらえ、システムの挙動を定性・定量の両面から推定し、システムデザインのトレードスペースを示すことで、複雑で大規模なシステムのあるべき姿を検討します。

Due to uncertainty, interactions within the system and the complexity of interests, it is difficult to show what system design is desirable and reasonable.

In this theme, methods and approaches used in systems thinking and systems engineering are used to capture stakeholder expectations, estimate system behaviour both qualitatively and quantitatively, and show the trade spaces of system design, in order to examine what complex, large-scale systems should be like .

複雑な社会技術システムの分析と記述 /
Analysis of Complex Social and Technological Systems

　産業界や社会を情報技術が相互につなげることで、人の暮らしはこれまでになく便利になりました。同時に、システム化された多種の技術や組織の複雑さのために、解決の難しい問題が数多く生まれました。例えば、研究室で取り組んでいる脱炭素の推進や自動化技術の導入には社会と技術の両面からの取り組みが必要です。　本研究室のこのような問題への取り組みでは、定性的なモデル化手法で対象システムのコンテクストや挙動を記述して理解を深め、曖昧な問題意識を解決可能な課題として定義することから研究テーマをデザインすることから始めます。
By connecting information technology to industry and society, people's lives have become more convenient than ever. At the same time, the complexities of the various systems and organizations that have been systematized have created many difficult problems to solve. For example, the promotion of decarbonization and the introduction of automation technology that we are working on in our laboratory require social and technological efforts.In our laboratory's approach to such problems, the research theme is to describe the context and behavior of the systems using a qualitative modeling method to deepen understanding and define ambiguous problem awareness as a solvable problem. 
Chapter 2 of  "Ichinose, Y., Hayashi, M., Nomura, S., Moser, B., & Hiekata, K. (2022). Sustainable Data Centers in Southeast Asia: Offshore, Nearshore, and Onshore Systems for Integrated Data and Power. Sustainable Cities and Society, 81, 103867. https://doi.org/10.1016/J.SCS.2022.103867"

ゼロエミッションデータセンターのコンセプトデザイン
Social Systems Design towards Zero Emission: Data Center Case

システム思考の方法論とシミュレーションを活用して、脱炭素社会に向けた社会や産業の基盤システムに関する意思決定の支援を行っている。右図の例では、再生可能エネルギーにより運用するデータセンターのコンセプトをシステム思考的なアプローチで検討した例であり、シンガポールの沿岸域や海上のデータセンターを実現すると二酸化炭素排出量を50%削減できる可能性を示した。このほかの社会や産業界の課題についても、シミュレーションによるシステムデザインに基づいた提言を行っている。Using system thinking methodologies and simulations, we support decision-making on social and industrial infrastructure systems towards a zero emission society. In the example shown in the figure on the right, the concept of a data center operated by renewable energy was examined using a system-thinking approach, and the possibility of reducing carbon dioxide emissions by 50% was shown by realizing coastal and offshore data centers in Singapore. We also make proposals based on system design by simulation on other social and industrial problems.
Ichinose, Y., Hayashi, M., Nomura, S., Moser, B., & Hiekata, K. (2022). Sustainable Data Centers in Southeast Asia: Offshore, Nearshore, and Onshore Systems for Integrated Data and Power. Sustainable Cities and Society, 81, 103867. https://doi.org/10.1016/J.SCS.2022.103867

システムダイナミクスによるソフトウェア開発プロジェクトのマネジメント
A System Dynamics Approach towards Design and Management for Software Development Projects

ソフトウェアプロジェクトは、挙動が動的で複雑かつ不確実であることから、時間、コストを想定の範囲に収めることが困難である。プロジェクトを成功させるために、プロジェクトマネージャーは、雇用、残業、納期変更などのオプションを適切に実行する。本研究では、動的かつ不確実な状況をモデル化し、雇用と残業状況をソフトウェア開発プロジェクトマネジメントのオプションとして、複数のシナリオに対して納期やコストを予測するシステムダイナミクスのシミュレーションモデルを開発した。その結果、コストと時間を考慮したプロジェクト開発における実行可能な計画を選択および設計するのに有用である。グラフはシミュレーションモデルの因果ループ図。Software projects are often very difficult to proceed within time, budget and specific scope due to dynamic, complex and uncertain behavior. Hence to make a project success, several control actions such as hiring, working overtime, extending deadline are taken by project manager. Considering the dynamic and uncertain situations, a simulation model has been developed to generate multiple scenarios as outputs by taking project manager’s options, hiring and overtime, as input parameters for software development project management.  These results would support to choose and design a feasible plan for project development considering cost and time.  The Causal Loop Diagram (CLD) represents the relationship among different variables while using project manager's options to measure project performance. 
Mst Taskia Khatun, Kazuo Hiekata, Yutaka Takahashi & Isaac Okada (2022). Design and management of software development projects under rework uncertainty: a study using system dynamics. Journal of Decision Systems, 1-24. https://doi.org/10.1080/12460125.2021.2023257
2004年ころから研究室で検討を開始したオンデマンド交通サービスは、基盤情報システムの開発ののち現在では50以上の自治体でサービスを提供している。運行計画を生成するアルゴリズムの高度化に取り組んだのち、現在は高齢者や過疎地の課題解決に向けた蓄積された利用データの活用検討をシステム設計方法論に基づいて行っている。図は利用データを地図上に表示した例。 We developed information systems for on-demand transportation service. The system is serving more than 50 municipality in Japan to solve problems of super aging society. We adopt systems design method to explore the utilization of trip data. The graph is a sample of visualization of trip data.
Kota Tsubouchi, Hiroyuki Yamato, Kazuo Hiekata, Innovative on-demand bus system in Japan, IET Intelligent Transportation System, 4(4), pp. 270-279, 2010.12
オンデマンド交通に関する研究
「日本一わかりやすいMaaS&CASE――ストーリーで理解する」中村 尚樹 (著) プレジデント社 第二章で紹介されています

社会システムのトランスフォーメーション/ Transition Path Design for Complex Systems

多くの利害関係者が受け入れられるデザインポイントが得られても、そのデザインを実現するまでの道筋には、利害関係者による合意形成や組織慣性の影響など、多くの困難があります。

この難しさに対して、シミュレーションによる社会システムの遷移状態のデザインや、ワークショップによる合意形成手法など、社会システムのトランスフォーメーションを進める研究に取り組んでいます。

Even if desirable design points are obtained for many stakeholders, there are many difficulties on the path to realising the design, such as consensus building by stakeholders and the influence of organisational inertia.

To address these difficulties, we are engaged in research to promote the transformation of social systems, including the design of transition states in social systems through simulation and consensus-building methods in workshops.


自動運航技術導入を加速する政策のデザイン
Policy Design for the Introduction of Automatic Operation Technology

政策決定者や海運会社、造船所・メーカーといった海事産業のステークホルダーの関係性をモデル化した産業シミュレーターを構築し、自動運航船の導入を加速するステークホルダーの意思決定の組合せを探る世界でも先駆的な検討を行いました。3種類の自動運航技術の成熟度や、その組み合わせによる12タイプの自動運航船の経済性、安全性、またそれらに産業活動が及ぼす影響についてのモデルを作成してシミュレーションを行いました。その結果、様々な選択肢がある中で、研究開発と実証事業への補助金に規制緩和を組み合わせることで自動運航船の導入時期を早めることがわかりました。提案したシミュレーションを政策決定者や企業の意思決定に活用することで、新しい技術の早期導入に向けた円滑な合意形成プロセスを実現することが期待されます。
We built an industrial simulator that models the relationships among stakeholders in the maritime industry, including policy makers, shipping companies, and shipyards and manufacturers, and conducted a world-leading study to explore the combination of stakeholder decision making that will accelerate the introduction of automated vessels. The study modeled and simulated the economic feasibility and safety of 12 types of automated vessels in combination, and the impact of industrial activity on these factors. The results showed that, among the various options available, deregulation combined with subsidies for R&D and demonstration projects would accelerate the timing of the introduction of automated vessels. It is hoped that the proposed simulations can be used by policy makers and companies in their decision-making to achieve a smooth consensus-building process for the early introduction of new technologies.
Nakashima, T., Moser, B., & Hiekata, K. (2023). Accelerated adoption of maritime autonomous vessels by simulating the interplay of stakeholder decisions and learning. Technological Forecasting and Social Change, 194, 122710. https://doi.org/10.1016/J.TECHFORE.2023.122710
適切な意思決定で自動運航の実現が大きく加速 ― シミュレーションが明らかにするステークホルダーの協力の効果 ― https://www.k.u-tokyo.ac.jp/information/category/press/10269.html

チームワークの可視化：複雑なシステムの挙動の共通理解
Teamwork Environement for Understanding Systems Behaviors

複雑なシステムに関する意思決定など、専門性の異なるチームメンバーによる知的活動のダイナミクスを明らかにするため、参加者の発話やソフトウエアの操作履歴やシミュレーションソフトへの入力、ビデオデータなどをセンシングするコラボレーション環境を開発する。複数のセンサーから得られた異なる種類のデータから議論の流れや内容を分析・可視化し、意思決定や合意形成の高度化を目指す。 右図はタンカーの船隊構成変更に関する意思決定のデモンストレーションの例。We build and test a collaborative design environment with IoT sensors to help researchers study engineering teamwork behavior as it relates to design performance. As a demonstration, we use an instrumented environment to observe engineers designing a fleet of crude oil tankers with the assistance of an interactive computer simulation. Recorded observations include user-triggered software events, simulation inputs and results, conversation activity, and video data. We may answer research questions about the nature of teamwork behavior and design performance.

I. Winder, D. Delaporte, S. Wanaka and K. Hiekata, "Sensing Teamwork During Multi-objective Optimization," 2020 IEEE 6th World Forum on Internet of Things (WF-IoT), New Orleans, LA, USA, 2020, pp. 1-6, doi: 10.1109/WF-IoT48130.2020.9221086.

チームワークの可視化：コミュニケーションのパターン分析
Teamwork Visualization

創造的なアイデアを創出し実装するには、作業プロセスの設計のみならず、プロセスを効果的に実践するためのチームワークのサポートが不可欠である。図はアイデア創出ワークショップにおけるコミュニケーションパターンの変化を可視化した図である。どのような議論をどのようなコミュニケーションモードで行ったかという情報は、第三者がチームに介入をする上で有効な情報でああるとともに、チームメンバー自身がチームワークの振り返りをする時にも役立つ。In order to generate and implement creative ideas, it is essential not only to design the work process, but also to support teamwork to effectively implement the process. The figure visualizes the changes in communication patterns during an idea generation workshop. The information on the communication mode and the type of discussion is useful for managers to intervene in the team, as well as for team members themselves to reflect on their teamwork.
Peng, S., Amakasu, T., Kawauchi, H., Horii, H., & Hiekata, K. (2021). Development of Method for Visualizing Behavioral States of Teams. In L. Newnes, S. Lattanzio, B. R. Moser, J. Stjepandić, & N. Wognum (Eds.), Advances in Transdisciplinary Engineering. IOS Press. https://doi.org/10.3233/ATDE210134

認知バイアス排除の取り組み：業務プロセスシミュレータを用いたサイバーセキュリティ対策ワークショップの開発
Approaches to Eliminating Cognitive Bias: Development of a Cybersecurity Workshop Using a Business Process Simulator

サイバーセキュリティのインシデント対応などの複雑な意思決定が求められる場合、重大なリスクがあるにも関わらず、楽観的に考えるなどの認知バイアスが発生することがある。この問題の解決のため，インシデント対応に要する時間や工数などを算出するシミュレータを開発する。さらに、開発したシミュレータを活用するハンズオンワークショップを通じて関係者の認知バイアスを取り除き、対応プロセス改善への動機づけをする事例。
Where complex decision-making is required, such as cyber security incident response, cognitive bias may occur, To solve the problem, we developed a simulator that calculates the time and work required for response. Furthermore, through hands-on workshops using the developed simulator, we will remove the cognitive bias and motivate them to inprove their incident process.
T.kasubuchi, K. Hiekata, Propose and evaluate a workshop method to improve the security incident response process by using process simulation., 2022-SPT-48, Vol.37, pp. 1-8 ,2022

連携研究プロジェクト / Collaborative Research Project

外部研究機関等と共同で実施しているプロジェクトについては以下のページをご覧ください。

連携研究プロジェクト


See below for projects carried out in collaboration with external research organisations and other organisations.


Collaborative research projects