モデルとアーキテクチャのマネジメントフレームワークKSチャートの提案
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(2) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2016-ARC-218 No.20 Vol.2016-SLDM174 No.20 2016/1/20. こ れ に 対 し ， INCOSE (The International Council on. 効果を確認した．. Systems Engineering)は ， シ ス テ ム ズ エ ン ジ ニ ア リ ン グ. 1.3. 本書の構 成. の導入を，世界規模で提案している．具体的には，. 本書は次の構成を採る． 2 章にシステムズエンジニ. ISO/IEC 12588 の シ ス テ ム ズ エ ン ジ ニ ア リ ン グ ・ ラ イ. アリングの本質を，コンカレントエンジニアリングの. フサイクル・プロセス標準に準拠した工学フレーワー. 側面と，統合工学の側面から概説する． 3 章にシステ. ク の 実 践 的 利 用 の 展 開 で あ る [1]. ムズエンジニアリン実践の困難さを，コンカレントエ. 1.1. ISO/IEC 15288. ンジニアリング実践時の 6 つの重要フレームワークを. ISO/IEC 15288 は，1959 年 に軍 事 産 業 標 準 として用 意. 用 い て 説 明 す る ．そ し て ，4 章 に 困 難 さ を 軽 減 す る KS. さ れ ， 1990 年 代 に 一 般 産 業 用 標 準 に 拡 張 さ れ た システ. シートを示し， 5 章にインタビューから得た評価とコ. ムのライフサイクルの全 フ ェーズに渡 るシステム 構 築 手 法 で. メントを整理する． 6 章と 7 章に，それぞれ考察とま. ある． 米 国 国 防 省 や欧 米 の航 空 宇 宙 局 らが収 集 したベスト. とめを述べる．. プラクティスを ， 一 般 に 利 用 できる モデ ルとフ レー ムワークと して整 理 された．以 降 ， こ れ を 基 盤 と し た ソ フ ト ウ エ ア. 2. シ ス テ ムズ エン ジ ニア リ ング の本 質. 工 学 標 準 （ ISO/IEC 12207） や 要 求 工 学 標 準 （ ISO/IEC. 2.1. コンカレントエンジニアリングの側面. 29148）な ど ，シ ス テ ム を 成 功 裏 に 開 発 す る た め の 標 準. システムエンジニアリングは，その知識体系. が 網 羅 的 に 提 供 さ れ て い る [2,3]． 特 に ， シ ス テ ム ・ ア. （ SEBoK: systems Engineering B ody of Knowledge） ,で. ー キ テ ク チ ャ の 基 本 的 な デ ザ イ ン 方 法 と な る ISO/IEC. も説明されているように，領域や担当の異なる専門家. 42010（ architecture description）は ，シ ス テ ム の 基 盤 構 造 特 定 の 際 に ，欧 米 豪 の 産 業 界 で 広 く 活 用 さ れ て い る ． ISO/IEC 15288 が 提 供 す る 工 学 フ レ ー ム ワ ー ク の 狙 いは，対象とする問題をシステムの構築と導入によっ. たちが，それぞれの英知を最大限活用し，成功裏にシ ステムを構築する方法論であ る．そして，対象とする 問題をシステムの構築と導入によって解決することを. て解決することを遺漏なく進めることにある．これを. 遺 漏 な く 進 め る こ と を 目 的 と し て い る [4]．こ れ を 実 現. 実 現 す る た め に ，ラ イ フ サ イ ク ル の 初 期 か ら 終 焉 ま で ，. す る た め に ，ラ イ フ サ イ ク ル の 初 期 か ら 終 焉 ま で ， （部. （部分最適化だけでなく）全体最適化を意識して工学. 分最適化だけでなく）全体的視点による最適化. 的作業を行うよう，コンカレントエンジニアリングの. （ holistically） を 意 識 し て 工 学 的 作 業 を 行 う よ う ， 並. 実 践 を 前 提 と し て い る (2 章 )．視 点 や 粒 度 の 異 な る 作 業. 列 作 業（ concurrently）の 実 践 を 前 提 と し て い る ．一 般. プロセス群を同時に実施しながら，それらの トレード. に，コンカレン トエンジニアリングと称する手法であ. オフの最適解を保つことで，合理的なシステム設計と 実装を実現することを目指している． この視点や粒度 の異なる作業を統合しようとしている点が，工学に限 らず複雑な要素が絡み合う社会 問題の解決に適応可能 ではないかと考えられる理由である. 1.2. ISO/IEC 15288 導入の困 難さ と KS シート. るが，システムズエンジニアリングでは，これを実施 す る シ ス テ ム 構 築 モ デ ル と し て V 字 型 モ デ ル（ 以 降“ V モデル”と表記）を採用している．これは，直感的に は，滝型モデルとスパイラルアップモデルの利点を組 み 合 わ せ た 方 法 で あ る [5]．. 複雑性，もしくは大規模性の高い問題領域を対象と. 滝型モデルに代表されるシステム開発は，利用者や. し た と き ，ISO/IEC15288 は ，有 効 な 工 学 標 準 と さ れ て. 出資者の意図や期待に詳しい担当者（所謂「上流担当. いるが，日本の産業界には，ほとんど導入されていな. 者 」）が ，ス テ ー ク ホ ル ダ の ニ ー ズ を 取 り ま と め ，そ れ. い ．“ V モ デ ル ”と い う 用 語 が ，滝 型 モ デ ル（ Waterfall. を受け取った外部仕様設計者がシステムのアウトライ. Model） と 同 様 の 意 味 で 用 い ら れ て い る 程 度 で あ り ，. ンをデザインする．その結果を入力情報として，内部. ベストプラクティスの報告までは至っていない．. 構造の担当者が これを行う．引き続きその結果を入力. 我々は，大学の工学部系にこの教育が展開されてい. 情報として，より 詳細な設計の担当者が作業を行う．. ないことが原因の一つであり，かつその 理由は実務経. これを繰り返すことで，最小部品までの 実装方法を特. 験のない学生にこの標準を理解させることの困難さに. 定する．この方法は，マネジメントしやすい一方で，. あると考えた．. より前段階で不備が発生し，より後段階でその事実が. こ れ に 対 し ，我 々 は ，モ デ ル (model)と ア ー キ テ ク チ. 発見されると，修復に計画を大きく超えるリソースが. ャ (architecture)と ，さ ら に 両 者 を 関 係 づ け る consistency. 必要になる．そこで，これを回避するために，スパイ. や ，conceptual model を 直 感 的 に 理 解 さ せ る こ と で ，解. ラルアップモデル が考案された．これは，滝型モデル. 決につながると推察した．. の 全 段 階 を 4 回 繰 り 返 す （ recursion） こ と で ， 当 初 か. こ れ ら を 達 成 す る た め の KS シ ー ト を 開 発 し ， そ の. ⓒ 2016 Information Processing Society of Japan. ら修正リソースを組み込もうとした ものである．とこ. 2.
(3) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2016-ARC-218 No.20 Vol.2016-SLDM174 No.20 2016/1/20. ろが，4 回繰り返してもなお，全体最適 化が実現され ないことが多発した． システムズエンジニアリングで 導入している V モデ ル型開発は，先行するこれら 2 つのモデルの利点を踏 襲している．これにより， 全体最適化を合理的・効率 的に実現することを目指している．具体的には， 滝型 モデルで，段階的に実施していた粒度の異なる作業を 並行して実施する．あらかじめ定められたレビューご と に ， そ れ ぞ れ の 出 力 (設 計 の モ デ ル )の 整 合 性 を 確 認 する．このレビューでの整合性合わせの焦点が ，時系 列に従い，外部仕様から 始まり，回数を重ねるごとに 最小構成物の構造の視点へと粒度が下がる．この並び が V 字 型 に な る こ と か ら ，モ デ ル の 名 称 と し て 使 わ れ て い る（ 図 1）．V 字 型 に 並 ぶ レ ビ ュ ー で の 作 業 を シ ス テ ム ズ エ ン ジ ニ ア リ ン グ の コ ア （ core） と 呼 び ， こ れ. 図 １ V モ デ ル 型 開 発：コ ン カ レ ン ト エ ン ジ ニ ア リ ン グ と 全体最適化のためのレビュー. を横断・並行して進行する各プロセス群での作業をオ フ ・ コ ア （ off core） と 呼 ぶ [6]．. 3. シ ス テ ムズ エン ジ ニア リ ン実 践の 困 難さ. V 字型の左側に相当する期間の各プロセス群の作業. 特にエンジニアリングの実務経験の乏しい国内の. は，対象システム の構成の特定である．より具体的に. 工学部系学生にとってのシステムズエンジニアリング. は，システムを構成するのに最適な構成要素（コンポ. 実 践 の 困 難 さ は ， 前 章 に 示 し た 2.1 節 の 直 感 的 な 理 解. ネントとインタフェースとコンポネント同士の関係）. の 難 し さ に あ る と 考 え た ． 対 照 的 に ， 2.2 節 の 統 合 工. の検討と特定の作業である．この時に，物理的構成物. 学の側面の実践は，作成された設計書を含む全仕様に. だけでなく，それの特定根拠とな る，機能的構成や操. 正確に準拠して部品を統合する作業であるため，国内. 作上の概念構造も特定する．さらにそれらの間で矛盾. 工学部系学生にとっては得意な分野であると考えられ. が発生しないようにすることが，最も肝要な作業であ. る．. る，一方，この作業が煩雑性を生む，また実務経験の. ただし，この統合作業結果 であるシステムが，利用. 無い学生に直感的な理解を難しくしている．. 現 場 に 導 入 さ れ た 際 ，成 功 的 な 結 果 を 生 む か ど う か は ，. 2.2. 統合 工 学の側 面. 2.1 節 の 作 業 で ， 特 に シ ス テ ム ・ ア ー キ テ ク チ ャ を ど. 一方，図 5 に示す V 字の右側に相当する期間では， 各プロセス群の作業で特定された構造 に正確に従って， それらを順に統合していく．部分最適と全体最適が実. の よ う に デ ザ イ ン し た か に 左 右 さ れ る（ 図 １ の Y 列 の 見 出 し の 上 か ら 3 つ 目 の “ Architecture Design”）． これを実践するには，少なくとも次の工学的概念を. 現 さ れ る こ と は ，す で に V 字 の 左 側 で 確 認 さ れ て い る. 取り扱うことが必要になる．. ので，右側の期間はこの決定（仕様）どおりに正しく. ① モ デ ル （ model ）： 設 計 対 象 と な っ て い る シ ス テ ム. 統合することが主たる作業となる．従って，システム. （ system-of interest） を 表 現 す る 特 徴 点 を 特 定 し ，. ズ エ ン ジ ニ ア リ ン グ で は ，こ の 作 業 を“ integration and. そ の 情 報 だ け で 表 現 す る 方 法 ．換 言 す る と 単 純 化 操. verification” と し ， 徹 底 し た 検 証 の も と に 進 め る フ レ. 作 で あ る と 言 え る ．目 的 に 応 じ て 表 現 す る 特 徴 点 が. ームワークが紹介されている．. 異 な る た め ，ビ ュ ー ご と に ア ブ ス ト ラ ク シ ョ ン・レ ベルを調整し，モ デルは複数用意される． ② ア ブ ス ト ラ ク シ ョ ン ・ レ ベ ル （ abstraction level）： モ デ ル 作 成 時 に ，特 定 し た 表 現 す る 特 徴 点 が 明 確 に 表 現 で き る 程 度 ．特 に ソ フ ト ウ エ ア エ ン ジ ニ ア リ ン グでは，抽象度や粒度と呼ぶことがある． ③ ビ ュ ー（ view）：モ デ ル を 作 成 す る 際 の ， （アブスト ラ ク シ ョ ン・レ ベ ル と は 別 に ）視 点 を 変 え て ，必 要 な モ デ ル を 用 意 す る た め の 複 数 の 見 方 ．シ ス テ ム の 種 類 に 関 わ ら ず ，最 低 限 ，functional view と physical view と operational view が 必 要 だ と さ れ る ． ④ コ ン セ プ ト（ concept） ：そ れ ぞ れ の view で ，検 討 作. ⓒ 2016 Information Processing Society of Japan. 3.
(4) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. 業 を 行 っ て い る ス テ ー ク ホ ル ダ 間 で ，最 も 端 的 に 説 明 で き る モ デ ル （ 図 ２ ）． ⑤ ト レ ー サ ビ リ テ ィ（ traceability） ：同 一 ビ ュ ー 内 で ，. Vol.2016-ARC-218 No.20 Vol.2016-SLDM174 No.20 2016/1/20. つ必要がある． つまり，ビュー毎に，トレーサビリティを保った複 数のモデルが，それぞれ複数用意されることになる．. ア ブ ス ト ラ ク シ ョ ン・レ ベ ル 毎 に 整 備 さ れ た モ デ ル. こ れ ら の 中 で ，ビ ュ ー を 横 断 し て 整 合 性（ consistency）. 間 で ，互 い の 要 素 が 漏 れ な く・余 分 も 無 く ，完 璧 に. が担保されるモデル群が，システム・アーキテクチャ. 対 応 づ け ら れ る こ と ．シ ス テ ム ズ エ ン ジ ニ ア リ ン グ. となる．. では，モデル作成時に，必須の要件．. こ の 方 法 で ， つ ま り KS シ ー ト を 参 照 し な が ら ス テ. ⑥ ア ー キ テ ク チ ャ （ architecture）： ビ ュ ー 毎 に 用 意 さ. ークホルダ間で議論と検討を行うことで，自然にコン. れ た そ れ ぞ れ の 複 数 の モ デ ル 間 で ，ビ ュ ー を 横 断 し. カレントエンジニアリングを実施しながら，モデルの. て 整 合 性 （ consistency) が と れ る モ デ ル 群 ． 構 成 す. 整備とアーキテクチャのデザインが可能になると考え. る モ デ ル は ，い ず れ も コ ン ポ ネ ン ト 群 と そ れ ら を ど. た．. の よ う に 統 合 す る か の イ ン タ フ ェ ー ス と ，さ ら に イ ンタフェースで統合された場合のコンポネント間 の関係が明示される． 以上のようにシステム・アーキテクチャは，一つの モデルで表現させるのではなく，サブモデル群で表現 される．. 図3. KS シ ー ト. 5. KS チ ャ ー ト の評 価 開 発 し た KS チ ャ ー ト の 効 果 を 次 の 方 法 で 確 認 し た ． 図 2 コ ン セ プ ト の 例 [6]. 4. KS シ ー ト 前章に述べた 5 つのシステムズエンジニアリングの 概念と，それらの関係を直感的に把握し，議論・検討 している焦点の明確化と，ステークホルダ間での共有 化 を 実 現 す る た め に KS チ ャ ー ト を 開 発 し た （ 図 3）． X 軸にシステム・アーキテクチャをデザインするの に必要なビューを配置する．システムの特徴や利用ド メ イ ン に 関 わ ら ず ，最 低 3 種 類 ，つ ま り ，機 能 (Function)， 物 理 (Physical)， そ し て 利 用 (Operation) の ビ ュ ー が 必 要 だとされる．ビュー同士の 関連性はなく，それぞれで 作成されたモデルは，他のビューの いずれのモデルと も直接的な依存関係は無い． ただし，アーキテクチャ を構成するモデルに関しては，ビュー間で整合性が取 ら れ る （ 後 述 ）． Y 軸はシステム・アーキテクチャをデザインする際. エンジニアリング実務経験の無い （もしくはほとんど 無い）国内の大学の工学部系学部に通学する学部生お よび大学院生に対し，無償自由参加型のシステムズエ ンジニアリング・ゼミナールを開催した．このゼミナ ー ル で ， 3 か 月 (毎 月 2 回 の 開 催 ， 1 回 90 分 )か け て ， 座学方式でシステムズエンジニアリングの解説を行っ た．主に，3 章に示した 6 つの工学概念の説明と演習 で あ る ．こ の 後 ，4 か 月 目 に KS シ ー ト の 解 説 と 使 い 方 を 説 明 し た ． 受 講 者 に ， KS シ ー ト 導 入 前 と 導 入 後 の ， 3 章に示した 6 つの工学概念に関する理解度に関し， インタビューを行った． イ ン タ ビ ュ ー に 応 じ た 受 講 者 は 11 名 で あ り ，う ち 8 名 が KS シ ー ト は シ ス テ ム ズ エ ン ジ ニ ア リ ン グ の 主 要 な工学概念の理解に大変役立つと回答し，残る 3 名は ある程度役立つとした．さらに，より具体的な感 想や 評価を求めたところ，次ページの 表に示した内容を入 手した．. の ア ブ ス ト ラ ク シ ョ ン・レ ベ ル の メ ジ ャ メ ン ト と な る ． ブ ス ト ラ ク シ ョ ン・レ ベ ル 異 な る モ デ ル 間 で ，(同 一 ビ ュ ー 内 で は )完 全 な ト レ ー サ ビ リ テ ィ (traceability)を 保. ⓒ 2016 Information Processing Society of Japan. 4.
(5) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. 表. Vol.2016-ARC-218 No.20 Vol.2016-SLDM174 No.20 2016/1/20. KS チ ャ ー ト に 対 す る 意 見. -イ ン タ ビ ュ ー 結 果 -. 6. 考 察. 複数回答を含む・原文のまま掲載. 前章に記したインタビューの回答結果から，全員が. 1 model のイメージがあれば、よりわかりやすくなると思 い ます。. KS チ ャ ー ト の 効 果 を 認 め て い る と 言 え る ． ま た ， 11. 役 立 つと思 います． 横 軸 は単 に view を表 していて，粒 度 は 2 関 係 ない（？）と思 うのですが，国 ・県 ・市 などと 言 われると混 乱 してしまうかもと思 いました． とても分 かりやすかったです。 アブストラクション・レベル の高 さ 3 の違 いを自 転 車 などの具 体 的 な例 で説 明 して頂 ければより 分 かりやすかったです。 4. 国 境 、河 川 の具 体 例 は、粒 度 を変 えただけで、 "view" は 同 じではないか?と勘 違 いしやすいと思 った。. 今 まで Model と Architecture をごちゃごちゃに考 えていると 5 ころが有 ったので, 具 体 例 を混 じえた KS シートの説 明 によっ て理 解 することが出 来 て, 良 かったです. KS シートで分 析 し、整 合 性 を取 れた Architecture は何 向 け のものかを明 確 にしたほうがいいと思 います。 6 今 回 は V iew の国 、 川 、建 物 の軸 で分 析 しましたが、それを 整 合 性 を取 れたことでどんなものが作 れるかが不 明 瞭 です。 7. システムズエンジニアリングのライフサイクルの中 で、どこで重 点 的 に使 うのに役 立 つのかを知 りたい。. view ごとそれぞれで見 たときのアブストラクション・レベルは 直 感 的 に理 解 できるのですが、別 々の view 同 士 においてど 8 ちらがアブストラクション・レベルが 高 いか迷 うことがあるかと思 いました。 それぞれの View の Abstraction level が Consistency が 取 れた時 にのみ、それぞれの線 が横 1 列 になるという機 能 があ 9 れば、より分 かりやすいと思 いました。 （すいません、その方 法 は思 いつきませんでした。） 10. 整 合 性 が取 れる線 が直 線 である必 要 性 が無 い事 が初 見 で は分 からない。. 11 何 かしら説 明 を手 助 けるような例 があると良 いと思 う．. 人 の イ ン タ ビ ュ ー に 対 し ，21 件 の 具 体 的 な 感 想 を 入 手 で き た こ と は ，KS シ ー ト に 対 す る 興 味 と 期 待 の 高 さ を 示しているとも考えられる． 一方，入手した感想の内容を見ると，導入の効果の 高 さ を 認 め る 一 方 で ，(1)シ ス テ ム 開 発 の ラ イ フ サ イ ク ル 中 の ど の 段 階 す る と よ い の か ，(2)異 な る ビ ュ ー 間 の モデルのアブストラクション・レベルを調整し，整合 性 を 取 る 方 法 の 不 明 確 さ ，ま た 特 に (3)実 際 の ア ー キ テ クチャ・デザインに利用した事例の提示など，具体的 なエンジニアリング作業中での使い方を求める声が際 立っている．より実践的・具体的な教授法を求めてい ると判断できる．. 7. ま と め システムズエンジニアリングの工学フレームワー クは，特に複雑性の高いシステムや，大規模なシステ ムを構築する際に，効果的な方法であると知られてい る．一方，日本の産業界には，まだほとんど浸透して いない．これらの原因の一つとして，国内の大学にこ れを教授する工学部系学科がほとんどなく，その根 理 由は，実務経験の無い人材がこの工学フレームワーク を直感的に理解するのが困難である点にあると考えた． これを受け，我々は，システムズエンジニアリング のコンカレントエンジニアリング の重要な工学コンセ. 12. 毎 回 説 明 していただきましたことを別 のサンプル図 として作 成 して一 緒 に 提 供 したらもっとわかりやすくなると思 います。. 13. KS シートの課 題 ではないと思 いますが、ビューの設 定 を確 実 に行 う必 要 があると感 じました。. できるようになることが，システムズエンジニアリン. 言 葉 を聞 いてその意 味 だけを知 っても具 体 的 にどういうもの なのかが曖 昧 になってしまい、アーキテクチャーを考 えるのが 困 難 ですが、KS シートを用 いて考 えるとそれが考 えやすくな ると思 った。. である．. 14. コンセプトモデル，アーキテクチャモデル， view，Abstraction 15 レベルの概 念 が一 枚 に 整 理 され，大 変 理 解 しやすいと思 い ます．前 回 ， 前 々回 よりもさらに分 かりやすくなりました． 16. システムズエンジニアリングの初 心 者 に 対 して、model・view などの概 念 をわかりやすく 説 明 できる。. VIEW 間 を横 断 して俯 瞰 する 時 に、ARCHTECTURE MODEL で CONS ISTENCY が取 れているか？ 17 SYSTEM DES IGN MODEL で TRASAB ILITY が取 れてい るか、を理 解 しやすい。. プト 6 つに注目した．これらの関係性を理解し，操作 グを理解することに直結すると考えたことがその理由 そこで，これらを一覧にして， 現在，議論・検討し ているのがどの位置に相当するのかを把握するための KS チ ャ ー ト を 開 発 し た ． 実務経験の無い，学生を中心にインタビューをおこ な っ た と こ ろ ，KS チ ャ ー ト は シ ス テ ム ズ エ ン ジ ニ ア リ ングの理解促進に貢献することがわかった．その一方 で，より多くの事例を用意し，深い理解を期待してい ることも入手できた． これらを反映し，次のテーマとして， 引き続き取り くむ予定である．. 18 architecture 設 計 の大 切 さがわかりました。 19 状 況 が整 理 しやすい. 謝辞. 粒 度 の違 いを図 に示 すことで，よりそれぞれのモデルの違 い 20 が理 解 し易 くなった．. KS チ ャ ー ト の 利 用 に 関 し ，シ ス テ ム ズ エ ン ジ ニ ア リ. 21 アーキテクチャと言 うものが視 覚 的 に 理 解 出 来 る. ングツールの開発に取り組んでいらっしゃる鳥取大学 工学研究科. 機械宇宙工学専攻. 助教. 三浦政司先生. と議論させていただき，有益なコメントをいただきま した．. ⓒ 2016 Information Processing Society of Japan. 5.
(6) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2016-ARC-218 No.20 Vol.2016-SLDM174 No.20 2016/1/20. 文. 献. [1] INTERNATIONAL STNADARD, ISO/IEC/IEEE 15288, 2015-01-15, Systems and software engineering – System life cycle processes, 2015 [2] INTERNATIONAL STNADARD, ISO/IEC/IEEE 12207, 2008-02-11, Systems and software engineering – Software life cycle processes, 2008 [3] INTERNATIONAL STNADARD, ISO/IEC/IEEE 29148, 2011-12-01, Systems and software engineering – Requirement engineering, 2011 [4] http://sebokwiki.org/wiki/Guide_to_the_Systems_En gineering_Body_of_Knowledge_(SEBoK) 2015 年 １ ２ 月 １ 日 参 照 [5] K. Forsberg etc., Visualizing Project Management, Charts and Frameworks for Mastering Complex Systems, Third Edition, pp. 245 -246, John Wiley & Sons. 2005. [6] Cecilia Haskins, SYSTEMS ENGINEERING HANDBOOK , A GUIDE FOR SYSTEM LIFE CYCLE PROCESSES AND ACTIVITIES, INCOSE‐TP‐2003‐002‐03.2.2, October 2011 pp. 100, 2011. ⓒ 2016 Information Processing Society of Japan. 6.
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