システム設計問題 / System Design Problems

問題空間

ある問題解決のために考慮すべき、考えられる全ての要素や選択肢の集合を指します。ある特定の課題やシステムにおいて、考えられる全ての要素、変数、それらの組み合わせの全体を指します。解決策を見つけるための「探索すべき領域」全体です。

例えば路線バスの設計を行うならば、市内外の全てのバス路線と、それらの組み合わせ。バスのサイズと、それらの組み合わせ。運行時間や頻度の様々なバリエーションなどが問題空間となります。

この空間は非常に広大で、理想的には解決策を含むが、現実的には全てを探索することはできない仮想的な全体集合です。

設計空間

問題空間のうち、特定の関係者（ステークホルダー）が実際に変更・操作できる範囲に限定された集合を指します。問題空間の一部であり、特定のステークホルダー（利害関係者）が、自分の権限や能力の範囲内で、意図的に制御・変更・設計できる要素や選択肢の集合を指します。

例えば、「バス路線全体」が問題空間でも、「バス会社の経営者」（ステークホルダー）が直接コントロールできるのは「自社のバスのサイズや運行間隔」といった設計変数に限定されます。「バス会社の経営者」（ステークホルダー）の立場では、バス利用促進のための公的サポートは含まれません。ただ、公的サポート実現のために自治体に働き掛けること、という選択肢は設計空間内にあります。社会システムや組織においては、このような問題定義の際の難しさがあります。

解空間

解空間は、設計空間の中から、現実の制約条件や目標（コンテクスト）を満たし、実際に導入可能で受け入れられる設計案の集合を指します。言い換えると、設計空間（ステークホルダーが制御できる範囲）のうち、許容可能かつ実行可能な（受け入れられ、実現可能な）デザインポイントの集合です。同じような設計問題においても、ステークホルダーやそのコンテクストによって解空間は異なります。なお、許容可能とは、コスト、安全性、法規制、市民の利便性などの制約条件を満たしていることを意味します。解空間は、設計者が目指すべき、現実的かつ最適な解決策が存在する範囲です。

「バス会社の経営者」（ステークホルダー）の立場では独立採算で運営できる範囲のみを解空間とするかもしれませんが、「自治体」の立場ではある範囲の補助金により運営できれば解空間に含めることも考えられます。この点は、自治体からの補助金は、設計問題の定義の仕方により設計変数に含めるかどうかが変わる一例です。

Problem Space

The Problem Space refers to the set of all conceivable elements and options that must be considered for solving a certain problem. It represents the totality of all possible elements, variables, and their combinations within a specific issue or system—the entire "search domain" for finding a solution.

Example: In designing a bus route network, the Problem Space would include all bus routes (both city and suburban) and their combinations, all possible bus sizes and their combinations, and all variations in operating hours and frequency.

This space is vastly large, ideally containing the solution, but it is a virtual, complete set that is realistically impossible to explore in its entirety.

Design Space

The Design Space is a subset of the Problem Space, limited to the elements and options that a specific stakeholder can actually modify or operate. It represents the collection of elements and choices that a specific stakeholder (interested party) can intentionally control, change, or design within the scope of their authority and capability.

Example: While the "entire bus network" is the Problem Space, the bus company management (the stakeholder) can directly control only design variables such as the size of their buses or the frequency of their service. Public support for promoting bus use is generally not included from the perspective of the bus company management. However, the option of lobbying the local government to secure public support is an element within their Design Space. This demonstrates the difficulty in problem definition when dealing with social systems and organizations.

Solution Space

The Solution Space is the subset of the Design Space that represents the collection of design proposals that satisfy real-world constraints and objectives (context), and are practically implementable and acceptable. In other words, it is the set of permissible and executable (acceptable and feasible) design points within the Design Space (the scope controllable by the stakeholder).

The Solution Space differs depending on the stakeholder and their context, even for similar design problems. "Permissible" means satisfying constraints such as cost, safety, legal regulations, and public convenience. The Solution Space is the range where a designer should aim to find a realistic and optimal solution.

Example: The bus company management (stakeholder) might define the Solution Space as only the range that allows for self-financing operations. In contrast, the local government might include solutions that require a certain level of subsidy to operate. This difference highlights how public subsidies can shift whether or not they are included as a design variable depending on how the design problem is initially defined.