社会や産業界は人工知能や情報通信技術に大きな期待をかけています。しかし、人間の行動を変えずに、人間の役割の一部を高度な技術にそのまま代替させるという方針は困難を伴うことがあります。
この難しさを解決するための、人間と技術の組み合わせとしての全体システムのデザインに役立つ考え方をまとめています。
理工学的な原則やコンセプト、手法を用いて、技術的なシステムの実現、利用、退役までを成功させる複数の専門分野にまたがるアプローチを、INCOSEではシステムズエンジニアリングと定義しています。航空宇宙産業や大規模情報システム開発など、創発的機能を組み合わせることがプロジェクトや製品の成功に必須の分野において、システムズエンジニアリングは標準技術として産業応用が進んでいます。
日本における産業利用ではINCOSEの日本支部のJCOSEがあります。
前述のNASAのSystems Engineering Handbookの1995年、2007年、2016年の版を比べてみると、技術的な複雑さに注目していた1995年のシステムズエンジニアリングは、2007年には利害関係者を明示的に対象に含めました。1995年のシステムズエンジニアリングの技術寄りの側面は、SysMLやMBSEのベストプラクティスとして一部の産業で実用化されていると考えられます。一方で、運用に複数の利害関係者が関わる大規模複雑システムを対象とした2007年以降の利害関係や要求に重きを置いたシステムズエンジニアリングは、情報通信技術で接続性が増している現在のシステムでは重要度が増していますが、産業界への実装は難しく進んでいないと考えています。
モデルベースシステムズエンジニアリング(MBSE)は、複雑なシステムの中で利用される製品の開発を成功させるための重要な技術です。この中でモデルとは、製品に関係する概念や関係性、現象、構造やシステムを記述したものであり、記述されたモデルは理解や推論、デザインにおける意思決定を支援します。モデルを用いた製品開発プロセスをシステムズエンジニアリングに関連付けたものがMBSEです。MBSEでは、システムの要求分析、アーキテクティング、振る舞いやパフォーマンスの分析、シミュレーションなどが行われ、ライフサイクルを通じた検討が行われます。
MBSEは複雑な製品を開発にするにあたって有益な概念ではあるが、Cameronらの報告でその難しさも指摘されている。
社会や産業界は、人間を含む一つのシステムとして機能しています。そこでは、独立して意思決定を行う人間や組織、そして高度で複雑な工学的なシステムが互いに影響し合いながら、全体として動いています。このようにして生まれる予測困難な振る舞い（創発的な挙動）はコントロールが難しく、解決が困難な課題を引き起こすことがあります。
たとえば、気候変動への対応やサーキュラーエコノミーといった地球規模の課題、自治体における高齢化や過疎化対策、企業における部門ごとの最適化による全体効率の低下など、さまざまな規模でシステム全体として捉えるべき課題が存在しています。
これらの課題に関わる対象をシステムとして捉えるための手法や方法論は、広義には「システム思考」に含まれます。システム思考は、例えば以下のような様々な手法群によって実現されます。
ステークホルダー間の関係記述: Stakeholder Value Networkなど
技術システムや業務プロセスの分析: UML、SysML、OPMなどのシステム記述言語、
コンポーネント間の相互作用分析：因果ループ図
定量的分析: システム境界を明確にした上で行うシミュレーション手法等
複数のステークホルダーが関わる技術的に複雑なシステムを成功させるためには、システムの設計から運用終了（退役）までのライフサイクル全体を管理する「システムズエンジニアリング」などのエンジニアリングプラクティスが、INCOSEやNASAによって提案され、活用されています。システムズエンジニアリングは、航空宇宙、大規模情報システム、鉄道などの基盤インフラのライフサイクルを考える上で役立っています。
複雑なシステムを対象とした課題解決活動は、システムズエンジニアリングに基づくシステムデザインプロセスに、広義のシステム思考に含まれる手法群の中から、対象となる課題に合わせた手法を選んで適用することが効率的です。しかしながら、個々のシステムの特性に対して、どのような手法を適用すべきかについての体系的な知見は、まだ十分に整備されていません。当研究室では、産業界や社会が抱える様々な課題を取り上げ、学術的なアプローチで稼働中のシステムの課題解決や、長期にわたるライフサイクルを通じてシステムが成功するためのデザイン検討に取り組んでいます。
Society and industry have high expectations for AI and IT. However, the policy of substituting a part of human role with technology without changing human behavior and habit can be difficult.
To solve this difficulty, we have summarized the ideas that are useful for designing the entire system as a combination of humans and technology.
INCOSE defines Systems Engineering as a multi-disciplinary approach that uses science and engineering principles, concepts, and methods to successfully implement, utilize, and retire technical systems. Systems engineering is increasingly being applied as a standard technology in industrial applications such as the aerospace industry and large-scale information systems development, where the combination of emergent capabilities is essential to the success of a project or product.
Industrial applications in Japan include JCOSE, the Japanese branch of INCOSE.
Comparing the 1995, 2007, and 2016 editions of NASA's Systems Engineering Handbook, the 1995 edition of Systems Engineering, which focused on technical complexity, explicitly included stakeholders in 2007; the 1995 The more technical-leaning aspects of systems engineering are considered practical in some industries as best practices in SysML and MBSE. On the other hand, we believe that the post-2007 interest- and requirements-oriented systems engineering for large complex systems involving multiple stakeholders in operation is becoming increasingly important in today's systems, which are increasingly connected by information and communication technology, but its implementation in industry has been difficult and slow.
Model-based Systems Engineering (MBSE) is a key technology for successful development of products used in complex systems. Among them, "Model" describes concepts, relationships, phenomena, structures and systems related to a product, and the described model supports understanding, reasoning, and decision making in design. MBSE associates "Model" with systems engineering. MBSE includes system requirements analysis, architecting, behavior and performance analysis, simulation, etc., and designs the life cycle of the target system.
While MBSE is a useful concept for developing complex products, the difficulty is also pointed out by Cameron et al.
Society and industry function as a single system that includes people.There are humans and organizations that make decisions independently, and sophisticated and complex engineering systems that interact with each other and operate as a whole.The unpredictable behavior (emergent behavior) that results from this can be difficult to control and pose challenges that are difficult to solve.
For example, there are global issues such as climate change and the circular economy, aging and depopulation countermeasures in municipalities, and overall inefficiencies caused by departmental optimization in companies.
Methods and methodologies for viewing the objects involved in these issues as systems are included in "systems thinking" in a broad sense.Systems thinking can be achieved through a variety of methods, including the following
Describing relationships among stakeholders: Stakeholder Value Network, etc.
Analysis of technical systems and business processes: system description languages such as UML, SysML, OPM, etc,
Interaction analysis between components: causal loop diagrams
Quantitative analysis: simulation methods with clear system boundaries, etc.
For successful implementation of technically complex systems involving multiple stakeholders, engineering practices such as "systems engineering," which manages the entire life cycle of a system from its design to the end of its operation (retirement), have been proposed and utilized by INCOSE and NASASystems engineering has been proposed and utilized by INCOSE and NASA.Systems engineering has been instrumental in considering the life cycles of aerospace, large-scale information systems, railroads, and other infrastructure infrastructures.
For problem-solving activities involving complex systems, it is efficient to apply a systems design process based on systems engineering by selecting a method from the set of methods included in systems thinking in the broad sense of the term to match the target problem.However, systematic knowledge on what methods should be applied to the characteristics of individual systems is not yet well developed.In our laboratory, we take up various issues faced by industry and society and use an academic approach to solve problems in systems in operation and to study designs for successful systems throughout their long-term life cycles.