目次 1. 背景 ( 今 何が起こっているのか?) 2. 問題意識と解決へのアプローチ 3. システムズエンジニアリングの紹介 4. IPA/SECの取組み 2

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全文

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ET/IoT2016 ブースプレゼン

2016年11月16日 17日 18日

独立行政法人情報処理推進機構(IPA) 技術本部 ソフトウェア高信頼化センター(SEC) 齊藤 善治、室 修治 、藤原 由起子

IoT時代のシステムズエンジニアリング

~全体をシステムとして捉え開発を成功に導く~

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1. 背景(今、何が起こっているのか?)

2. 問題意識と解決へのアプローチ

3. システムズエンジニアリングの紹介

4. IPA/SECの取組み

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新産業構造ビジョン ~第4次産業革命をリードする日本の戦略~ 中間整理

経済産業省 産業構造審議会 新産業構造部会 (平成28年4月27日)

今、何が起こっているのか? ~技術のブレークスルー~

(4)

新産業構造ビジョン ~第4次産業革命をリードする日本の戦略~ 中間整理

経済産業省 産業構造審議会 新産業構造部会 (平成28年4月27日)

今、何が起こっているのか? ~第4次産業革命~

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 IoT時代のシステム開発では、考慮すべき外部要因の拡大や未知のリスク への対応が必要となってきている。これに対応するためには、広範な要件を 考慮した安全・安心な開発方法や新規サービス創出に寄与する方法論を確立 していく必要がある。 異なる分野の サービスがつながる サービス提供企業やユーザが 自由にモノをつなげられる データを集めたり モノを制御できる 様々なモノがつながる 1つの製品の不具合 による影響が拡大 相手の信頼性レベル が分からない プライバシーは大丈夫? データは本当に正しい? メーカが想像もしない つなぎ方、使い方も

1. 背景

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システムズエンジニアリング

システムズエンジニアリングとはシステムの実現を成功させることができる複 数の専門分野にまたがるアプローチ及び手段。

(INCOSE:International Council on Systems Engineering の定義より)

2. 問題意識と解決へのアプローチ

問題意識

システムが複雑化するなかで、様々な要求への迅速な対応や、

将来への展開を考慮すると、既存のエンジニアリング手法だけ

では対応に限界。

複雑なシステムを抽象化し、考慮すべき外部・内部要因や、

その相互作用を把握することが必要。

解決へのアプローチ:

俯瞰してシステム全体を捉える

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3. システムズエンジニアリングの紹介

 システムズエンジニアリングの定義(再掲)  システムズエンジニアリングとはシステムの実現を成功させることが できる複数の専門分野にまたがるアプローチ及び手段  システムズエンジニアリングにおけるシステム全体俯瞰の考え方  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。  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を考慮する。

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3. システムズエンジニアリングの紹介

システム開発の方法論を構成する4つの活動  システム設計 要求から要求分析、アーキテクチャ設計を実施し、下位への要求を導出する。  インテグレーション 検証の終わったサブシステムを統合する作業  評価・解析 エンジニアリング活動における解析および検証・妥当性確認等の活動  システムズエンジニアリング管理 QCDを満たすために、各種活動の計画・実施・評価を行う活動 システムズエンジニアリングの重要性 ・顧客の欲しいものを明確にしてくれる ・成果物の作成手順を明確にしてくれる ・QCDのバランスをとってくれる 慶應大学大学院SDM 「システムズエンジニアリング研修」 より

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事例1:チェレンコフ望遠鏡アレイ(CTA)開発へのSPES手法*の適用

(*SPES: Software Platform Embedded Systems (Pohl, Achatz & Broy, 2012)

概要 チェレンコフ・ガンマ線望遠鏡を2つの巨大なアレイ(CTA)として建設するに際し、 アレイ制御およびデータ取得のための、計測機器からデータを取得し、制御する ソフトウェアの開発に、モデル駆動システム開発手法(SPES)を適用した。(2013年) CTA設計要件: • 100以上のアンテナを制御する2つ巨大望遠鏡アレイにする • 機能:アンテナ制御とデータ取得 • スループット:70GB/sec. • 開発体制:32か国 200研究所から1200名の参画  課題 • 巨大システムの開発と統合 • 多国籍の開発要員(言語の違い、コンピュータが専門ではない物理学者、電気技師もメンバー) • 開発者のタイムリーな意識統合  ソリューション • モデル駆動システム開発手法で実績のあるSPES手法を適用 目的:ソフトウェア開発、調整プロセス、意思決定の間で緊密な統合を可能にする 単一のアーキテクチャ・モデルを作成・詳細化・保守できるようにする  成果 • このモデルにより、WBSの作成、作業コスト見積もり、リスク評価、優先順位の決定、未計画作業の特定が可能。 • 開発するソフトウェアのコンテキストを理解できるよう、開発者向け仕様情報を提供。 • モデルによる可視化で、言語の違いを克服、また、コンピュータが専門ではない物理学者、電気技師を含めたシステムの相互理解に 有効。 • すべてのエンジニアリング・ライフサイクル段階において、追跡可能で、シームレスな支援が可能。  波及効果:安全性、標準の遵守、保証可能性のニーズから、自動車分野で最も高いレベルの統合が得られている。

【参考】システムズエンジニアリングの取組み事例

出展:東京大学宇宙線研究所HP

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事例2:ドイツ国防省 モジュール式多目的戦艦(MKS180)開発の要求分析 フェーズでの、要求開発とアーキテクチャ・モデルの統合 (2015)概要 新造艦設計の要求分析フェーズにおいて、要求の抽出、要求の分析、要求の妥当性確認、要求の仕様化、要求の 変更管理を効率的・効果的に行うため、システムズエンジニアリング・アプローチである要求開発手法を適用した。  課題

ドイツ国防相の定める顧客製品管理プロセス (CPM: Customer Product Management, 2012)の遵守 - 分析段階:能力ギャップを識別して、ギャップを埋める対策に優先順位をつけること  ソリューション • 要求を引き出すための技法マトリックスから適切な手法を選出して適用した。 • モデルベース要求開発手法を用い、CPM要件とシステムモデルの観点を結びつけて、網羅性・同期付けを高めた。成果 • 要求の抽出において、要求抽出技法の選択は重要で、必要な ステークホルダーが対応可能か、スキルを持ち合わせている か により選択肢を変えることは効果的である。 • 抽出した要求とシステムモデルのビューとを対応づけること で、要求とシステムモデルの同期付けができる。

【参考】システムズエンジニアリングの取組み事例

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 一般的要求開発作業に、いくつかの異なる技術を適用  選択表(右図)から適切な要求引き出し技術を選択  モデル・ベース要求開発は、一般的な技術の不十分さを 改善するために生まれた。 • コミュニケーションの齟齬 • 絶え間ない変更要求 • 時間的制約による品質の低下  適切な要求を引き出す技術の選択 ・ ・ ・ 出典:RE-Primer (SOFIST,2016)

【参考】システムズエンジニアリングの取組み事例

ス テ ー ク ホ ル ダ や プ ロ ジ ェ ク ト 環 境 の 特 性 要求引き出し技術 人 組織・プロジェクト 技術

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調査結果の分析からの技術開発での推奨事項

 システムズエンジニアリングの統合アプローチ  システム要求開発モデル駆動システム開発  システムの検証と妥当性確認  仮想システム開発  統合されたシステムズエンジニアリングのツール・チェーン

【参考】システムズエンジニアリング実践調査の結果より

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Q2: 直面する製品開発の傾向は? 現在のシステム開発の傾向 5年以内の変化の見通し  現状多くの企業が直面している開発傾向;  システム要求の複雑化  市場投入時間(TTM)の短縮  製品の多様化の増大  今後(5年以内)の変化の見通しとして; 現状に加え、さらに、  複数の専門分野にまたがる開発の増加

3. システムズエンジニアリングの紹介

参考 :「WP1/D1.5:システムズエンジニアリンングの実践調査・分析結果報告」IPA/SEC より

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<普及・啓発活動の対象> ・システム開発のエンジニアリーダ層 ・システム開発のエンジニア ・システム開発に関わるマネジメント層 ・システムによりビジネスを実行する部門のマネジメント層 ・システム企画者(開発発注者) ・専門的職種での貢献者 ・経営層

4. IPA/SECの取組み

これからのシステム開発に必要な考え方の普及

経営層や開発現場向けにシステムズエンジニアリングの有用性を 理解できるような情報を提供 開発者だけ の方法論で はない!

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平成28年度は、システムズエンジニアリングの有用性を訴える成果物を作成す るため、以下の取組みを行う。 (1) 経営層や開発現場にシステムズエンジニアリングの有用性(効能等)を 訴える成果物を作成する。 (2) EU(特にドイツ)の事例などをフラウンホーファー協会IESE*を通じて 調査し、適用対象の属性(新規開発、業種、製品価格、製品寿命、開発規模、 開発期間、等々)を参照して、わが国においてシステムズエンジニアリング の適用が望ましいシステム開発の類型を明らかにする。 (3) 次年度活動予定の技術体系化、プロセスの実務レベルへのブレークダウ ン、教材作成にむけて、計画立案及び準備作業を実施する。

* Institute for Experimental Software Engineering:実験的ソフトウェア工学研究所

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 米国におけるシステムズエンジニアリングは、アポロ計画遂行のために、マネジメントを中 心に体系化されたが、大規模化・複雑化するシステムに対応して規格の範囲を広げ、1990年 以降はプロセス主体に移行、2000年後半以降はプロジェクト企画・計画など上流をカバーし てきている。  業界を跨り構築される大規模・複雑なIoTシステムの開発やCPS社会のデザイン等では、有効 な体系として注目されている。  ほとんどの大学にはシステムズエンジニアリングを教える学科があり、業界団体としては

INCOSE(International Council on Systems Engineering)が1990年から活動を行なっ ている。

システムズエンジニアリングの歴史

【参考】参考文献など

最新のシステムズエンジニアリングの御三家

ENTERPRISE SYSTEMS ENGINEERING

George Rebovich Jr.、 Brian E. White

ENGINEERING SYSTEMS

Charles M. Vest、 Olivier L. de Weck

エンジニアリングシステムズ 春山真一郎監訳

SYSTEM OF SYSTEMS ENGINEERING

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 ISO/IEC/IEEE 15288:2015

Systems and software engineering -- System life cycle processes システム及びソフトウェアの開発のプロセス・活動の標準

http://www.iso.org/iso/catalogue_detail?csnumber=63711

 SEBoK(Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge) システムズエンジニアリングの基礎知識の体系

http://sebokwiki.org/wiki/Guide_to_the_Systems_Engineering_Body_of_Knowledge_(SEBoK)

 INCOSE Systems Engineering Handbook:

A Guide for System Life Cycle Processes and Activities, 4th Edition

ISO/IEC/IEEE 15288:2015準拠のシステムズエンジニアリングの実践ガイド

http://as.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-1118999401.html

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