SysML利活用協議会設立記念フォーラム - Jimdo

SysML利活用協議会
設立記念フォーラム
2014年2月5日(水)
モデルベースでシステムズエンジニアリングを
推進するためのSysML
慶應義塾大学大学院システムデザイン・マネジメント研究科
教授西村秀和 http: lab.sdm.keio.ac.jp/nismlab/
1
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
略歴と業績
略歴
1985年3月慶應義塾大学理工学部機械工学科卒業
1987年3月同大学院理工学研究科機械工学専攻修士課程修了
1990年3月同大学院理工学研究科機械工学専攻博士後期課程修了工学博士
1990年4月より千葉大学工学部機械工学科助手 1995年より同助教授
2006年9月～10月デルフト工科大学訪問研究員
2007年2月～3月バージニア大学訪問准教授
2007年4月慶應義塾大学先導研究センター教授「SDM研究科設立準備」
西村秀和
2008年4月慶應義塾大学大学院システムデザイン・マネジメント研究科教授
2011年4月～2012年3月日本機械学会機械力学・制御部門部門長
2012年2月～2014年1月計測自動制御学会総務担当理事（2013年度副会長兼務）
著書
1998年『MATLABによる制御理論の基礎』（共著），『MATLABによる制御系設計』（共著）
2007年『運動と振動の制御の最前線』（共著）
2012年『システムズモデリング言語 SysML』 (監訳 A Practical Guide to SysML)
共同研究実績
車両衝突時の乗員保護制御，次世代車両運動統合制御，Adaptive Cruise Control，EPS，
エンジンベンチ制御，タワークレーンのアシスト制御，熱設計マネジメント，次世代プレス開発など
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
2
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
システムとは何か？

システム：
相互に関連し全体として機能するコンポーネントの集まり
ハードウェア，ソフトウェア，人，設備など複数のドメインで構成
環境
アクター
actor：行為者
（人とは限らない）
境界：boundary
Use Case１
Use Case 2
System
System of interest
？
System of interest
対象システム
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
3
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
System of Systems

様々なシステムが複雑に関連する中で、対象とするシステ
ムを設計することは極めて難しい。
Policy（政策）
環境
システム2
システム3
システム
System of interest
Economics
（経済）
システム1
システム4
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
Technology（技術）
4
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
オペレータが介在するシステムの設計

オペレータと対象システムはどのような相互作用を起こすか？

オペレータによる操作とコントローラによる制御の間に矛盾が
生じないようにシステムを構築する必要がある。
Operator-in-the-loop Designの必要性

外部システム，環境
対象システム
認知
判断
行動
プラント
オペレータ
コントローラ
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
5
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
システムズエンジニアリングとは何か？



システムズエンジニアリングの定義
 システムを成功裏に実現するための複数の分野にまたが
るアプローチおよび手段
システムズエンジニアリングでは、開発のライフサイクルの初
期段階で顧客のニーズを明確化し、機能要求を定義し、関連
する問題をすべて考慮しながら設計のための総合とシステム
の妥当性確認を進める。
システムズエンジニアリングは、ユーザーニーズに合致した
品質の製品を供給することを目的とし、ビジネスとすべての
顧客の技術的要求の両者を考慮する。

INCOSE: International Council on Systems Engineering
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
6
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
コミュニケーションの失敗
？
このシステムは、●●
と××から構成され、
△△の運用を考えた
ときに、、、
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
7
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
図を用いたコミュニケーション
このシステムは、●●
と××から構成され、
△△の運用を考えた
ときに、、、
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
8
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
“モデルベースでシステムを考える”とは？

モデル＊に基づくシステム開発




仕様書など文書だけではすぐに理解できないことが、図的
に表現することで理解が容易になる。
協働してシステム開発をするには、共通言語が必要であり、
それをサポートするには図的な言語が有効である。
モデルを再利用することにより開発の効率化が期待できる。
モデルを用いて抽象度を上げることにより革新に導く。
＊注：実行可能ではないモデルを含む
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
9
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
システムモデルの記述

システムモデル表記法：SysML（Systems Modeling Language）
 システムを構造，振る舞い，要求，パラメトリック制約の観
点で図的に表現することができる。
 図的表現により、開発者の思考を支援できる。
 複数のドメインにまたがる開発、分業化された開発環境で、
共通言語として利用できる。
 システム開発プロセスの中で要求のトレーサビリティが確
保される。
 構成管理、変更管理が容易になる。ーあるサブシステムや
コンポーネントの要求の変更や設計の変更が生じた際に、
他のサブシステムやコンポーネントにどのような影響が及
ぶかを判断できる。
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
10
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
システムズエンジニアリング
「要求」と「アーキテクチャ」
要求の２つの鉄則
機能要求：“どのように要求を実現するか？”の前に
“それは何か？”，“なぜそれが必要か？”を明確にする。
要求は“測定可能”で“テスト可能”でなければならない。

アーキテクチャの３つのビュー
Operational view：システムの使い方、動かし方
高抽象度低

Functional
Physical
view：システムへ要求される機能
view：機能を実現するハードウェア、ソフトウエア
Architecting: the art and science of designing and building systems.
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
11
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
エンティティV:ビューの位置づけ
アーキテ
クチャ
利害関係者の要求
① Operational view
Customer Confirmation
Entity要求の定義
Mechanical CAD
Electronic CAD
Program code
見込み調査，
リスク調査
概念設計，アーキテクチャ
の選定，設計に向けた仕様
② Functional view
製作，コード
MATLAB/Simulink
化に向けた
③ Physical view 仕様
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
Verification and
Validation Planning
Verification
Planning
購入，製作，
コード化
解決策の達成
12
製造，
試験，検証
運用
妥当性確認
妥当性確認の計画
検証
検査，テスト，
実証，分析
検証
検査，テスト，
実証，分析
不具合調査
SysML
詳細設計
Customer
Confirmation
抽出
概念設計
Customer
Confirmation
要求の
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
二元V字開発モデル (Dual Vee Model)
要求を満足する
システムの完成
Architecture Vee
利害関係者
の要求
Entity Vee
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
13
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
二元V字モデルによるプロセスの理解
Architecture Vee
利害関係者
の要求
早い段階での
手戻り
要求を満足する
システムの完成
Entity Vee
アーキテクチャの検討，
決定では，サブシステ
ムやコンポーネントの
実現可能性を検討しな
がら進めることがある．
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
14
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
二元V字モデルによるプロセスの理解
Architecture Vee
要求を満足する
システムの完成
致命的な
手戻り
利害関係者
の要求
Entity Vee
コンポーネント，
サブシステムの
検証，妥当性確認
を順序行い，システム
としての検証，妥当性
確認を行って行く．
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
15
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
エンティティV : 検証と妥当性確認
利害関係者の要求
詳細設計
Customer Confirmation
Entity要求の定義
アーキテクチャの
選定とシステム仕様
試験，検証
製造，
運用
妥当性確認
シナリオ
妥当性確認のHuman in
the Loop
計画
Simulation
検証
検査，テスト，オフノミナル
実証，分析
HILS/SILS
検証
ノミナル
検査，テスト，
実証，分析
Verification and
Validation Planning
製作，コード
化に向けた
仕様
Customer
Confirmation
抽出
アーキテ
クチャ
概念設計
Customer
Confirmation
要求の
Verification
Planning
購入，製作，
コード化
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
16
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
IEEE 1220 systems engineering process
SEプロセスへの入力
要求と制約の矛盾
要求の分析
要求のトレードオフ
と影響
要求の基準
要求の
妥当性確認
確認された要求の基準
分解と要求の割り当に
関する候補
機能の分析
分解割り当ての
トレードオフと影響
機能アーキテクチャ
機能の検証
検証済み機能アーキテクチャ
要求の
トレード分析
と評価
システム解析
機能の
トレード分析
と評価
設計解の要求と候補
総合
設計解の
トレードオフと影響
物理アーキテクチャ
設計の検証
設計の
トレード分析
と評価
検証済み物理アーキテクチャ
統制
SEプロセスの出力
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
17
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
SysMLで何ができるのか？

システムのアーキテクチャ（機能・物理）を選定・構築できる．

設計変更があった場合にも、要求のトレースが可能なため、
その影響を容易に把握できる。
SysMLを用いることで、開発者の思考を支援し、ドメインにま
たがる協働作業が可能となる。


コンカレントデザインを促進するフレームワークが実現可能と
なる。ただし、組織の硬直化などが弊害となり得る。
参考資料：システムズモデリング言語 SysML （A Practical Guide to SysML翻訳本)

西村秀和（監訳）

訳者：白坂成功，成川輝真，長谷川堯一，中島裕生，翁志強

著者：Sanford Friedenthal, Alan Moore, Rick Steiner
出版社：東京電機大学出版局（2012年5月10日）

SysML利活用協議会設立記念フォーラム
18
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
SysMLのダイアグラムは，互いに関連している。
→ 設計変更があった場合にもその影響を容易に把握できる。
構造
要求
ibd
req
act
par
振る舞い
パラメトリック
制約
・数式表現
・運動方程式
・パラメータによる
性能評価
など
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
19
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
コンカレントデザインを促進するフレームワーク
システムモデル
トレーサビリティ
根拠
外部からの
解析
振る舞い
構造
要求
解析モデル
ダイナミクス
解析
システム
仕様書
性能
評価
ビュー
ポイント
要求
パラメトリック制約
制御システム
解析
1D-CAEなど
製品データ管理
（PDM）
・部品表（BOM）
・物理設計（CAD）
ハードウェア
設計モデル
電気回路
設計モデル
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
20
ソフトウェア
設計モデル
テスト方法
テストモデル
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
SysMLの活用で見えてくること

システムのモデル表現＝システムアーキテクチャ
 構造／振る舞い／要求／パラメトリック制約

- What – そもそも、何をしなければならないのか？
革新に導く。
オペレータや外部システムとの相互作用の明確化
 サブシステム間のインタフェース
 最適化“問題”やトレードオフ“問題”の設定・定義
アーキテクチャと仕様決定までの要求のトレース


SysML利活用協議会設立記念フォーラム
21
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
共同研究等を通じて見えてきたこと



商品企画の段階で製品の特徴など(Feature)を定めた
としても，製品をシステムレベルで統括しないまま，コン
ポーネントへ分解する傾向にある．
システムズエンジニアリングプロセスに沿ったレビュープ
ロセスがあるにも関わらず，納期を守ることを最優先す
るあまり，レビューが甘くなることがあり，それが最終的
に大きな手戻りを発生させることがある．これはコストや
品質に跳ね返ることとなる．
組織がコンポーネントを基軸とした部署構成となってい
て，部署間のコミュニケーションが十分でないケースや，
部署内でのコミュニケーションが十分ではないケースが
見受けられる．
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
22
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
モデルベースシステムズエンジニアリング
の海外動向








MBSE wiki
http://www.omgwiki.org/MBSE/doku.php?id=start
最新のMBSEアクティビティと応用
MBSE関係者とのネットワークづくり
MBSE Workshop at INCOSE IW 2014
http://www.omgwiki.org/MBSE/doku.php?id=mbse:incose_mbs
e_iw_2014
MBSE Workshop at INCOSE IW 2013
http://www.omgwiki.org/MBSE/doku.php?id=mbse:incose_mbs
e_iw_2013
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
23
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
MBSE WS 2014の重要ポイント




MBSE = SE
企業体、組織へのSE導入には、時間がかかる。NASA JPL
でも、2009年から7年間程度のロードマップを用意している。
Digital Systems Engineering：これまでの文書ベースのSE
に対して、それらの活動がデジタル化されることによりSEがメ
インストリームになる重要性を強調している。
INCOSEの今後5年間の方針


製品、サービスそして価値をもたらす協働の進展させること。
SEをMB disciplineに移行させる。（文書ベースでは限界！）
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
24
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
Industry 4.0
（ドイツの政策，スマートインダストリー）との関係



Heinz Stoewer, MBSE–the missing Link in the digital Enterprise
Strategy
MBSE：更に多様な観点と連携できるようになることが必須。特
に、製造、保守、コスト／利益、市場ニーズ／機会、市場リード
タイムなどとの接続が重要。Systems Engineerの領域を超えて、
プロジェクトマネジメントや政策決定者，意思決定者に対して
意思決定のための分析の支援を行う存在となる必要がある。
Industry 4.0の関連ページ



http://www.gtai.de/GTAI/Navigation/JP/Invest/Industries/Smartindustry/smart-industry.html
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20140107/326061/
http://en.wikipedia.org/wiki/Industry_4.0
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
25
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
Boeingからの報告




Ron Carson, MBSE Implementation Across Diverse Domains at
The Boeing Company
製品と組織の多様性は，MBSEチャレンジをもたらし，また，多
様なMBSEソリューションの必要性をもたらす．
Integrated Product Architectures (IPA)
 Requirement Architecture
 Functional Architecture
 Logical Architecture
IPAは一元管理され、開発の様々なフェーズにおいて活用さ
れる。それによって、高い整合性が実現され、スムーズなSE
活動の生成物の作成、システムレベルでのトレード検討が行
われる。システムの品質向上、コスト削減もIPAの効果による
．
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
26
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
Get it right!（Boeing）






「正しい要求」＋「正しいインタフェース」から，「正しいコ
ンポーネント」が導かれる．
これらは，「要求のモデル」，「インタフェースのモデル」，
および「コンポーネントのモデル」と整合する．
「Simulated model」は「要求モデル」をサポートする．
「正しいシステム」はこうした一連の関係性からもたらさ
れる．
このとき，「正しいシステム」は「Simulated model」と整合
する．
↓
Getting the Specification Right!
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
27
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
MBSEの展開について（Boeing）

既存のプログラムへの適用






小さく適用するところから始める．
新しいプログラムへ適用する．
プログラムの初期段階（定義フェーズ）で導入を始める．
教育だけでなく、トレーニングを重視する．
トレーニング、サポート、支援、テーラリングなどを統合
的に支援する．
企業の文化として浸透させるべく，根気強く，推進する必
要がある．
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
28
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
Training & Skill Challenges（Boeing）

次の4つのスキルを持っている必要がある







SEの知識と経験
分野における知識
ツールを使いこなすスキル
モデリングのスキル
モデリングのスキルについて
問題に応じた詳細度で何をモデル化するべきかを知る．
解析するべきモデル化されたデータは何で，それをどの
ように解析するかを知る．
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
29
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
FORDからの報告

Judy Che (Research)/Kyle Post/ George Walley,
Integrating Descriptive Model with an Analytical
Model Culture: Lessons Learned at Ford

開発初期に建設的なフィードバックをより多く得ることができ
，建設的なIterationの回数を増やすことができた。

http://www.omgwiki.org/MBSE/lib/exe/fetch.php?medi
a=mbse:04-iw14-mbse_workshopintegrating_descriptive_models_at_ford-post-chewalley.pdf
資料pp.8-10

SysML利活用協議会設立記念フォーラム
30
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
NASA JPLの活動






MBSE を浸透させるための戦略
2009年から2016年の7年におよぶ計画を立てて実行中
プロジェクトモデルをレポジトリで管理
http://www.omgwiki.org/MBSE/lib/exe/fetch.php?media=m
bse:06-iw14-mbse_workshopapplication_of_mbse_at_jpl_through_the_lifecyclenichols-lin-final.pdf
P.41 Multi-Tear Strategy: Capabilities
P.42 Modeling Infrastructure Elements
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
31
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
価値の最大化 Maximizing value



Chris Paredis (Georgia Tech), Future Directions for
MBSE Research and Education: What to Focus on and
Why?
SEの実践者（practitioner）によって活動していくのみ
ならず，価値を生み出すための研究者（researcher）
が必要である．価値を生み出すには，開発対象とし
てきたシステムとその外部との関係性を見直し，新
たなシステム境界を定める必要がある．Systems of
Systemsの中で，対象とするシステムを開発している
ことを意識することが重要．
Value-driven Systems Engineeringを提唱．
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
32
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
Value opportunities in a global context

価値の最大化は，結果として新しいシステムでもたらさ
れるが，それは，経済，社会政策，技術などの環境の中
から価値を生む機会が与えられて，そこから新しいシス
テムが要求される．

http://www.omgwiki.org/MBSE/lib/exe/fetch.php?media=m
bse:09-iw14-mbse_workshop-researcheducation-paredisv2.pdf
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
33
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
おわりに



MBSEの基本はシステムズエンジニアリングであることを忘れ
てはならない．さらにSysMLはシステムモデルの記述方法の
一つに過ぎず，MBSEそのものではないが，
構造／振る舞い／要求／パラメトリック制約
でシステムを記述できる点で，システムズエンジニアリングの
推進に極めて強力なツールとなる．
複雑に外部のシステムとの関係性が存在する System of
Systems (SoS)の中で，複数のドメインで構成されるシステム
を設計するためには、MBSE（モデルベースシステムズエンジ
ニアリング）の活用が重要である。
海外では，PLMとの連携を進める方向にあり，MBSEを企業
内へ浸透させる動きが活発化している．
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
34
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.
参考文献

Systems Engineering Handbook Ver.3.2, INCOSE, 2010

Visualizing Project Management, Third Edition
Kevin Forsberg, Hal Mooz, Howard Cotterman, John Wiley & Sons, Inc.

IEEE 1220: For Practical Systems Engineering, Teresa Doran



http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=1631953&user
Type=inst
システムズモデリング言語 SysML（A Practical Guide to SysMLの翻訳本）
西村秀和（監訳），白坂成功，成川輝真，長谷川堯一，中島裕生，翁志強，
東京電機大学出版局，2012
The Engineering Design of Systems, - Models and Methods -, 2nd Edition
Dennis M. Buede, John Wiley & Sons, Inc.

The Art of Systems Architecting, Second Edition, Mark W. Maier, Eberhardt
Rechtin, CRC Press, 2002

MBSE wiki: http://www.omgwiki.org/MBSE/doku.php?id=start
SysML利活用協議会設立記念フォーラム
35
Copyright©2014 Hidekazu Nishimura.

Download Report