システム創成学概論 2011 講義情報 20111114

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2011年度工学部システム創成学科

システム創成学概論

5回目：2011年11月14日

担当：青山和浩

[email protected]

東京大学大学院工学系研究科システム創成学専攻

技術経営戦略学専攻（兼任）

（工学部システム創成学科知能社会システムコース担当）

http://www.msel.t.u-tokyo.ac.jp/

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2011年度システム創成学概論講義日程

  システム的世界観（４回）担当：大橋先生

  問題の構造化，発想支援（３回）担当：青山

11月14日：システム思考／システムアプローチと発想支援：マイン

ドマップ，ＫＪ，ブレインストーミングなど

11月21日：構造化分析，機能分解：ISM， Dematel 法

12月 5日：ネットワーク分析とクラスタリング

  _{意思決定（３回）} _{担当：定木先生}

  12/12, 12/19, 1/10

  _{システム設計（1回）} _{担当：増田先生}

  _1/16

  システムモデリング（1回）担当：白山先生

  1/23

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システム工学

Systems Engineering

System Thinking

Systems Approach

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システム：言葉の定義

  「システム」とは，複数の構成要素（人，もの，情

報）からなるある目的を持ったひとまとまりの集合体

で，各要素がほかの要素と相互関連を持っている結果，

全体としてみると部分の総和以上の振る舞いを有する

もの．

  オペレーション・リサーチ用語（Z8121）

  「多種の構成要素が有機的秩序を保ち，同一目的に向かって

行動するもの」

  信頼性用語（Z8115）

  「所定の任務を達成するために選定され，配列され，互いに

連係して動作する一連のハードウェア，ソフトウェア，人間

要素の組合せ」

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システムの概念図

  システムが持つ基本特性

  _{複数の要素の集合体}

  要素間の相互作用

  システム全体の目的性

Element

OUTPUT

INPUT

製品・サービス

行動・情報

人・物・金

エネルギー・情報

システム境界

目的

時間 _自然環境

社会環境

経済環境

要素

システム環境

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2011 システム創成学概論

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システム工学の誕生と発展

  対象の複雑性：構成要素の複雑化

  構成要素の特性，要素間の相互作

用，配置配列等と，全体の特性の

間の関係を明確にする方法や理論

が求められるようになる。

  1967年７月のアポロ11号計画

の成功

  システム工学の必要性と威力が広

く認識され，システム工学の教育，

研究が大いに加速される。

(7)

システム環境とシステム境界

  システムの条件を満たしている部分がシステム

  それ以外を環境（システム環境：Systems

Environment）

  システムと環境の境目：境界（システム境界：

Systems Boundary）

  システムにとってシステム境界は，一種の制約条件で

あると認識できる。

  システムの入力・出力：物質・エネルギー・情報

November 14, 2011

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システムの認識（recognition）

  システムの存在論／認識論

  存在論：存在する実体／システムというモノがある．

  認識論：実体に対する認識／モノをシステムと見る．

  問題解決の立場からは，システムは認識（recognition）で

ある。 ← 認識は，目的によって発現する．

  システムの認識を明確にするために

  対象の全体（境界：boundary）の認識

  対象の部分（要素：element）の認識

  対象の要素間および要素と全体との関係（相互関係：

relation，あるいは構造：structure）の認識

  対象の多重レベル構造（階層構造：hierarchy）の認識

  対象の境界を通しての，モノのやりとり（入力：input，出

力：output）の認識

  対象および要素のもつ役割や働き（機能：function）の認

識

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システム思考とシステム設計

システム工学を学習することによって，システム工学

で定義される「システムの特徴」，「問題定義と概念

化」，「システムズ・アプローチ（問題解決の姿

勢）」などの基本的考え方を理解する．

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システム工学とシステム設計

  システム工学：Systems

Engineering

  コンピュータの助けを借りて，

システムのモデリング，解析，

計画，設計，運用を適切に実

施するための工学体系

  システム工学の基本的スタ

ンス

  全体を構成要素に分割して解

析する要素還元論による方法

（分析的手法）では，システ

ムの全体像を理解することは

できない

  種々の要素を組み合わせて

新しい機能を持つシステム

を作り上げることを目的と

する。

  要素それ自体のみならず，

全体のバランスに着目する。

  システムのおかれた外部環

境を検討し，それを設計情

報として十分に取り入れる。

  試行と評価を繰り返しなが

ら，技術面のみならず，経

済的，社会的な考慮を加え

ながら設計を進める。

(11)

システム工学のアプローチの方法

アプローチの方法

  帰納的アプローチ（分析的アプローチ）

  現状分析から始まる一連の手順で最適解を探求する思

考手順

  演繹的アプローチ（設計的アプローチ）

  現状にとらわれることなく本質的な目的や機能を追求

し，理想案から最適解を求める思考手順

（形態）実体 ^機能

分析（アナリシス）

情報の抽出・法則化

総合（シンセシス）

情報の付与・構造化

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  経営プロセスは３種類に分類できる（アンゾフ）

  戦略的意思決定（strategic decision）

  管理的意思決定（management control decision）

  業務的意思決定（operational control decision）

  _{PDCAサイクル}

  _{戦略レベル：} 年単位のStrategy

  _{戦術(管理)レベル：} 月や週単位のTactics

  _{業務レベル：} 時間単位のOperation

※時間尺度の相違

意思決定と知的思考法

Action Plan

Check _{A P} Do

C D

時間

QCD向上

出典：圓川隆夫・伊藤謙治：

『生産マネジメントの手法』，朝倉書店

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意思決定の分類とその特徴

意思決定

の分類 ^問題の ^{広がり反復性} ^{問題構造の} ^非定型度 ^内部情報 ^の必要性 ^外部情報 ^の必要性 ^情報の集約性 ^{決定の期間} ^的拘束性

戦略的 ^集 _約 ^長 ^期

的

管理的

業務的 ^詳 _細 ^短 ^期

的

決定の段階によって必要となる情報は，より詳細なものか

ら，より要約したものまで幅広く変化する。

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意思決定における技術

意思決定の分類意思決定のための技術

伝統的現代的

構造化しにくい決定

（例外的な方針決定）

(1)判断，直感，創造力

(2)目の子算

(3)経営者の選抜と訓練

発見的問題解決法

以下のものに適用される。

(a)意思決定者の訓練

(b)発見的コンピュータプ

ログラム

構造化しやすい決定

（日常反復的決定）

(1)習慣

(2)事務上の慣例

(3)組織構造

（共通の目標体系，よく

定義された情報網）

(1)オペレーションズリ

サーチ

モデル，数学解析，シミュ

レーション

(2)コンピュータによる情

報処理

稲葉元吉，倉井武夫訳（ハーバートA.サイモン）：『意思決定の科学』，p.66，第一表，産業能率大学出版

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問題解決とシステムズ・アプローチ

システムの問題と問題定義

システム工学とシステムの認識

システムズ・アプローチ

（アプローチの方法論）

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問題定義

  解くべき問題を明確にすること

  問題＝理想 − 現状（現状と理想との

差）

  目的・目標

  目標状態を定性的に表現した目的，定量的

に表現した目標を明確にする。

  _制約

  評価基準

  現状と理想との差を計る尺度

  _現状

  問題： <S，A，s

ⁱ

，s

^g

>

  S：状態の集合

  A：状態を遷移させる作用素の集合

  s

ⁱ

：初期状態

  _s

^g

_： _目標状態

  問題解決：

  _初期状態 _s

ⁱ

_{を目標状態} _s

^g

_{にまで遷移させ}

る作用素の系列（ a

¹

,a

²

,...,a

ⁿ

）の生成

  目的・目標

 目標状態 s

^g

を定性的に表現した問題

解決の目的

 目標状態 s

^g

を定量的に表現した問題

解決の目的

  制約

 問題解決の中で許容できない，考慮

する必要が無い状態，作用素，作用

素の系列

  評価基準

 代替案（複数の作用素系列）の価値

や優劣を判定するための基準

  現状

 初期状態 s

ⁱ

作用素

初期状態 _s

i

状態空間S 作用素空間A

目標状態 _s

g

作用

遷移

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問題の分類

  易しい問題，難しい問題

  難しい問題 → 計算コスト（時間，領域）の膨

大：ＮＰ完全問題

  良定義と悪定義，良構造と悪構造

  良定義，良構造 → 問題 <S，A，s ⁱ ，s ^g > におけ

る s ⁱ ，s ^g が明確

  _{分析型と合成型}

  分析型：結論の１つを見極める（解釈，診断，制

御）

  合成型：要求を満足する構成を導く（設計，計画）

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問題の分類と処置

問題の分類問題の項目

Ⅰ 意思で決めるべき問題前提条件，シナリオ，

大目標，制約条件

Ⅱ ^{選択すべき問題} ^{評価の方法，予測，} _{問題項目の関連}

Ⅲ ^{工夫するべき問題} ^{代替案，サブ問題，} _{データの選択}

Ⅳ 調査・分析するべき問題データの収集，状況，

環境，因果関係

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様々な問題解決のモード

  最適/満足/可能解の探索

  最適解探索モード：最高の評価基準を持つ代替案を

求める．

  満足解探索モード：あるレベル以上の評価基準を持

つ代替案を求める．

  可能解探索モード：評価基準の大小を考慮せずに代

替案を求める．

  システム/構造/要素の探索

  システム探索モード：システムの構造と要素を求め

る．

  構造探索モード：要素は所与であるとして，構造を

求める．

  要素探索モード：構造は所与であるとして，要素を

求める．

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システム思考

  _目的指向

  目標達成過程を合理化

  大目標と現状の架け橋

  _{トータル思考}

  _{部分と全体の関係}

  _{マクロな分割と合成}

  _階層構造

  _{代替案と選択}

マクロスコープ

出典：システム工学入門 ―あいまい問題への挑戦―：寺野寿郎著共立出版，ISBN4-320-07099-2

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システム思考とシステムズ・アプローチ

  システム思考

  システム概念に基づいたシステム的なものの見方

  システムズ・アプローチ

  システム思考に基づいて現実の状況の理解・改善をめざし，何

らかの介入・行動を行うための方法

  _{システム概念}

  システム的ものの見方に基づく考察によって（考察の枠組みと

いうフィルターを通して）対象の解釈

  観察者は対象をシステムとして解釈し，何らかの像（イメー

ジ）を構成する。

  考察の対象のシステムモデル

  観測者に依存する主観的なもの

  システムはモデルとして観察者の内部に存在する

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システムズ・アプローチのプロセス

  マネジメントサイクル

  計画(plan)→実施(do)→

評価(see)の循環

  システムズ・アプローチ

  問題解決に対する取り組

み方

  システム工学とは，システ

ムズ・アプローチのプロセ

ス全体あるいは部分を対象

とした方法論および方法を

総合する学問

問題の明確化

（問題定義）

（システムの概念化）概念化

（システムのモデリング）詳細化

分析

（システムの分析）

評価

（システムの評価）

実施

（実際使用）

改良

（システムの最適化）

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システムズ・アプローチの過程

作業

システムの境界づけ

チーム・メンバー選定

目標設定・要素抽出

要素間の関係づけ

システムの構造づけ

代替案設定

システムの分析・予測

代替案の評価

アセスメント・合意形成

手法

アンケート法

ブレーン・ストーミン

グ

ブレーン・ライティング

発想フォーラム

Nominal Group

Technique

デルファイ法

ISM 法

Dematel 法

発想フォーラム

Cognitive

Mapping

PATTERN法

システムダイナミックス法

KSIM 法

SPIN 法

AHP 法

GMDH 法

Policy Capture法

多目的効用理論

出典：システム工学入門 ―あいまい問題への挑戦―：寺野寿郎著

共立出版，ISBN4-320-07099-2

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システムの問題構造の把握

  _{システム要素の認識}

  問題解決に関係する/システムを構成する要素を抽出

→ システムの境界の認識に繋がる．

  _{要素の抽出方法}

 内的知識(internal knowledge)に頼る方法：KJ法，

Brainstorming法

 外的知識(external knowledge)に頼る方法：文献調査，情報検索

  システム要素間の相互関係の認識

  二つの要素間の関係を理解する．

  相関関係（負の相関，正の相関），定量的なものとして多変量解析

  架空の時間の適用：因果関係を理解するために，同時に起こっている事象

でも，前後関係を認識する

  全体の関係を理解する．

 有向グラフによる推移律の利用，グラフの構造化（ISM法など）

  _{階層構造の認識}

  階層化，分類，クラスタリング

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発想支援

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発想展開／構造化手法

  _{発想展開手法}

  _{マインドマップ}

  脳の意味記憶の構造によく適合している複雑な概念の表現法

  ブレインライティング/ストーミング法

  批判厳禁、自由奔放、量を求む、組み合わせ・改善のルールに

従って実行するシンプルな発想技法

  発想構造化・抽象化手法

  _KJ法

  ラベルに情報を書き込み、連関性を確認しグループ化を繰り返

しながら、全体の連関図を書き文章化する手法

  Matrix法・９画面法

  ２つの要素からなる２元表の交点を評価し、そこから改善など

を発想する手法

  _{発想支援：TRIZ}

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発想の支援とは何か

  _{アイデア発想とは}

  日常的に行っている行為であり、創造のスタート地点

  創造とは、「人が異質な情報群を組み合わせ統合して

問題を解決し、社会あるいは個人レベルで、新しい価

値を生む」こと（日本創造力学会の定義）

出展：日本創造力学会 http://css.jaist.ac.jp/jcs/

定義領域

人が（創造的人間／発達）

問題を（問題定義／問題意識）

異質な情報群を組み合わせ（情報処理／創造思考）

統合して解決し（解決手順／創造技法）

社会あるいは個人レベルで（創造性教育／天才論）

新しい価値を生むこと（評価法／価値論）

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発想支援は可能なのか！？

  ロジカル・シンキング（システム工学）によっ

て、発想を支援できるのか！？

  人間の頭にもともと備わった機能

  ロジカルにガイドし、刺激することにより、新た

な発想が得られる！？

  そもそも発想とは、どのようになされるのか？

  突然降ってくるものではない

  思い込みが邪魔をする

  知らないことは思い付けない

  体系だてて発想のプロセスを解明し、導くことは、

有効なのではないか？という仮定を検証するべく、

研究が進められている

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発想支援の可能性が考えられている範囲

出展：三浦克己、クリエイティブエンジニア、日経 _BP

創造性の

具現化

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ダイナミック製品開発プロセスモデル

試行錯誤的プロセスモデル

構造的プロセスモデル

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マインド・マップ

レオナルド・ダ・ヴィンチのノート。

文章と絵が混在する膨大なノートに、

潜水艦やヘリコプター、機関銃や自

動車など多くのアイデアを記した。

図形や直感的思考を担当する右脳、

言語処理や論理的な思考を担当する

左脳の協調が成り立つ構造になって

いる。

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Mind Map by トニー・ブザン

出展： Mind map, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Mind_map

◇表現したい概念の中心となるキー

ワードやイメージを図の中央に置き、

そこから放射状にキーワードやイ

メージを繋げていくことで、発想を

延ばしていく図解表現技法。

◇複雑な概念もコンパクトに表現でき、

非常に早く理解できるとされ、

注目され始めている。

◇人間の脳の意味ネットワークと

呼ばれる意味記憶の構造に

よく適合しているので、

理解や記憶がしやすい。

◇本来は紙とペンで描くものだが、

コンピュータ上で描くための

専用ソフトウェアも

いくつか存在する。

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マインド・マップの書き方

マインドマップを用いた、マインドマップ自身のガイドラインの表現

必ず中心から書く。

イメージ・絵・色を使う。

直線ではなく、

曲線で書く。

例題：「自分が好きなもの」

というテーマで、自分を

紹介するマップを描く。

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発想展開手法

ブレインライティング法

ブレインストーミング法

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ブレイン・ライティング

  ブレインライティングとは

  個人の独自性を生かしつつ

ブレインストーミングする手法。

  創始者はホリゲルという西ドイツの

形態分析法の専門家が開発した思考法

  ポイント

  全員が強制的に考える

  他人のアイデアを発展させたり、連想から発想する

  進め方

  ５人ずつの参加者で、３つずつアイデアを各自が考える（本当は６人）

  配布されたシートに、各自はまず「記入者１」欄に自分の名前を書き、３分以内で

アイデアを用紙に記入し隣に回す（本当は５分）

  ３分たったら、自分のシートを自分の左の人に渡す。各自渡されたシートの「記入

者２」欄に、前の人のアイデアを発展させたり、独自案を考えてアイデアを書く。

  全員無言で集団思考を行う。

  最後は手元にきたシートのなかから、最も深刻な問題を選び発表する。

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ブレイン・ストーミング

  ブレインストーミングとは

  自由に意見を出し合い、あるテーマに関する多様な意見を抽出する技法

  米国の広告会社BBDO社の社長オズボーンが考案

  個人が集積している知識は、非常に限られているが、複数人が集まって提案することで、様々

な知識の結合がおこり、これまでにない新しい発想がしやすくなる

  _ポイント

  量を重視する

  アイデア創出の段階では、質よりも量を重視する。一般的な考え方・アイデアはもちろん、一般

的でなく新規性のある考え方・アイデアまで、あらゆる提案を歓迎する

  批評・批判をしない

  多くのアイデアが出うまでは、各個人のアイデアに対して、批評・批判することは慎む。個々

のメリット・デメリットなどの評価は、次の段階で行う。批評・批判については、各自メモをと

るなどしておく

  粗野な考えを歓迎する

  誰もが思いつきそうなアイデアよりも、奇抜な考え方や、ユニークで斬新なアイデアを重視する。

新規性のある発明は、たいてい最初は笑いものにされる事が多く、そういった提案こそを重視す

る

  アイディアを結合し発展させる

  別々のアイデアをくっつけたり、一部を変化させたりすることで、新たなアイデアを生み出して

いく。この過程こそが、ブレインストーミングの最大のメリット

  進め方

  椅子を全員の顔が見て座れるように並べる

  リーダーが進行し、すべての発言を記録する

  発言を記録する際、キーワードを生かして要約する

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発想構造化・抽象化手法

Matrix法・９画面法 KJ法

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アイデア・リスト

出典：システム工学入門 ―あいまい問題への挑戦―：寺野寿郎著共立出版

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KJ法によるまとめ

出典：システム工学入門 ̶あいまい問題への挑戦̶：寺野寿郎著共立出版

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KJ法

  _KJ法とは

  データをカードに記述し、カードをグループごとにまとめて、図解し、構造化する手

法

  ブレインストーミングにより様々なアイディア出しを行った後の段階で、それらの雑

多なデータやアイディアを統合し、新たな発想を生み出すために行われる

  アブダクション、つまりある個別の事象を最も適切に説明しうる仮説を導出する推論

を行う

  文化人類学者川喜田二郎がデータをまとめるために考案した手法

  _進め方

  テーマを決める

  ブレインストーミングを実施する

  データをカード化する

  内容が本質的に似たもので、その言わんとする意味をんで集約し、小グループを作

る

  小グループを集め、中グループを作る（構成要素は、１０個以内が望ましい）

  各カード群（グループ）にタイトルをつける

  各グループの空間配置を考え、関係をつける

  次々と上位のグループにまとめていく

  模造紙に作図する

  作図を発表したり、文章化をする

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KJ法の例：創造的な仕事と職場とは

出展：日本創造力学会 http://css.jaist.ac.jp/jcs/

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マトリックス法

  _{マトリックス法とは}

  マトリックス法は、変数2つを組合せ、そこから発想する手

法

  タテとヨコの各変数をきめ、各変数ごとに要素を洗い出し、

それらの組合せを用いて、現状分析し、新しいアイデアを考

システム創成学概論 2011 講義情報 20111114

2011年度 工学部 システム創成学科