システムズエンジニアリング・ MBSE概要 - IPA...IPA/SECセミナー Copyright©2015 Hidekazu Nishimura. システムライフサイクルプロセス中のシミュレーションモデルとシステムモデル

Copyright©2015 Hidekazu Nishimura.

システムズエンジニアリング・MBSE概要

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

SEC高信頼化技術セミナーモデルベースシステムズエンジニアリング入門～システムを考えるハンズオンワークショップ～

2015年12月10日（木）

Copyright©2015 Hidekazu Nishimura.IPA/SECセミナー

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

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」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）2013年1月～日本機械学会フェロー

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)2014年『デザイン・ストラクチャー・マトリクス DSM』 (監訳 MIT Press書籍)

2015年『モデルに基づくシステムズエンジニアリング』（総監修）

2

西村秀和


システムズエンジニアリング2025のあるべき姿

システムズエンジニアリングの基盤は，アカデミアを横断して一貫性のある形で定義され，教授される．

システムの複雑度と関連するリスクが正しく評価され，特徴付けられ，そして管理される．

システムズエンジニアリングは，信頼でき回復力のあるシステムを設計し，そして予測するための分析的なフレームワークを与える．

モデルベースシステムズエンジニアリングは標準となり，企業体におけるデジタル機能とともにモデリングとシミュレーションが統合される．

システムズエンジニアリングは，競争力をもって新たなものを生み出し，大きな価値を与えるように，産業，政府，アカデミアを横断して認められる．

システムズエンジニアリングは，技術の評価，政策の分析を行うために必須の学問として確立される．

システム思考は教育のすべてのレベルで教授される．

INCOSE Systems Engineering Vision 2025 (June 2014)

http://www.incose.org/docs/default-source/aboutse/se-vision-2025.pdf?sfvrsn=4

INCOSE: International Council on Systems Engineering

3

http://www.incose.org/docs/default-source/aboutse/se-vision-2025.pdf?sfvrsn=4


MBSEのモチベーション

4

Systems Engineering┃

Model Based Systems Engineering

┃SysMLによるMBSE

Better productのためにBetter engineeringを実現したい!

システムズエンジニアリングをモデルに基づくことで効果的、効率的にしたい

モデルベースで行うシステムズエンジニアリングを国際的に認められた共通言語で行いたい

そのために

そのために

そのために

決してSysMLやMBSEがモチベーションの源泉や目的ではない

ドキュメントベースで複雑なシステムを扱うのは辛い！

QCDを守りたい。トレーサビリティを確保したい。

活動範囲が社内だけに限定されていない。


？

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

5

System of interest

境界：boundary

アクターactor：行為者（人とは限らない）

Use Case１Use Case 2

環境

System of interest

対象システム


システム：製品とそれを実現するプロセス

6

System

製品

サブシステム

サブシステム

開発・テストプロセス

製造プロセス

販売・サポートプロセス

運用・トレーニングプロセス

廃棄プロセス

製品

-設備-機器-工程-ソフトウェアアプリ

-計算機資源-人員-サプライヤ-ベンダー

-設備-機器/ツール-工程-ソフトウェアアプリ

-計算機資源-部品在庫-人員-サプライヤ-ベンダー-品質管理


-計算機資源-スペア部品在庫

-メンテナンスサプライヤ

-ベンダー


-計算機資源-オペレータ- トレーナー

-設備-機器/ツール-工程-人員

製品階層ライフサイクルプロセス

IEEE 1220より


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を考慮する。

INCOSE: International Council on Systems Engineering

7


システムズエンジニアリングは「アプローチ」

8

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

コミュニケーションの重要性

ISO 15288:2015 システムライフサイクルステージ


システムズエンジニアリング標準の歴史

MIL-STD-499

MIL-STD-499A

EIA/IS632

IEEE1220

IEEE1220

IEEE1220

ANSI/EIA632

ISO15288

ANSI/EIA632

EIA/IS731

Others..

1969 1974

1994

1994

1998

1998

2000+

Trial Use Standard

IEEE Standard for Application and

Management of the Systems

Engineering Process

Software & Systems

Engineering Std. Cmt.

IEEE Computer Society

Military Standard

電子工業会Electronic Industries Alliance

Interim standard

米国国家規格協会American National Standards Institute

9


ISO 15288:2015 システムライフサイクルプロセス合意プロセス

・取得ﾌﾟﾛｾｽ

・供給ﾌﾟﾛｾｽ

組織的プロジェクト実現プロセス

・ライフサイクルモデルマネジメントﾌﾟﾛｾｽ

・基盤マネジメントﾌﾟﾛｾｽ

・ポートフォリオマネジメントﾌﾟﾛｾｽ

・人的リソースマネジメントﾌﾟﾛｾｽ

・品質マネジメントﾌﾟﾛｾｽ

・知識マネジメントﾌﾟﾛｾｽ

技術マネジメントプロセス

・プロジェクト計画ﾌﾟﾛｾｽ

・プロジェクト評価・統制

ﾌﾟﾛｾｽ

・意思決定マネジメント

ﾌﾟﾛｾｽ

・リスクマネジメントﾌﾟﾛｾｽ

・構成管理ﾌﾟﾛｾｽ

・情報マネジメントﾌﾟﾛｾｽ

・測定ﾌﾟﾛｾｽ

・品質保証ﾌﾟﾛｾｽ

技術プロセス

・ビジネス解析，ミッション解析ﾌﾟﾛｾｽ

・利害関係者要求定義ﾌﾟﾛｾｽ

・システム要求分析ﾌﾟﾛｾｽ

・アーキテクチャ定義ﾌﾟﾛｾｽ

・設計定義ﾌﾟﾛｾｽ

・システム解析ﾌﾟﾛｾｽ

・実装ﾌﾟﾛｾｽ

・統合ﾌﾟﾛｾｽ

・検証ﾌﾟﾛｾｽ

・移行ﾌﾟﾛｾｽ

・妥当性確認ﾌﾟﾛｾｽ

・運用ﾌﾟﾛｾｽ

・保守ﾌﾟﾛｾｽ

・廃棄ﾌﾟﾛｾｽ

10


モデル vs シミュレーション (SEH 4th Ed.)

“モデル”と“シミュレーション”には、それぞれに意味があるにもかかわらず、間違って受け取られることがある。

モデル＝対象とするシステム、エンティティ、現象、プロセスの抽象または表現（観点：形状、機能、性能）

シミュレーション＝時間に沿ってモデルを実行する特定の環境へのモデルの実装。一般には、システム、ソフトウェア、ハードウェア、人、物理現象の複雑な動的振る舞いを解析する手段を提供する。

11

SEH: Systems Engineering Handbook


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、、、

？

12


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、、、

13


モデリングの目的（１） (SEH 4th Ed.)

実在するシステムの特徴づけ：文書で書かれた実在システムのモデリングでそのアーキテクチャと設計を把握する。

ミッションおよびシステムコンセプトの定式化と評価：システムライフサイクル初期の段階で、モデルによりミッションおよびシステムコンセプト候補を総合（synthesis）し評価（evaluate）す

る。システム設計のモデリングと重要なシステムパラメータの影響評価からトレードオフ解析の解空間を探索する。

システムアーキテクチャとシステム要求のフローダウン：モデルを用いてシステム解のアーキテクティングを支援し、ミッションとシステム要求（機能要求、インタフェース要求、性能要求、物理要求の他、信頼性、保守性、安全性、セキュリティなどのいわゆる非機能要求）をシステム要素に割り当てる。

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モデリングの目的（２） (SEH 4th Ed.)

システム統合と検証の支援：システムへのハードウェア、ソフトウェアの統合の支援とシステムが要求を充足することの検証の支援にモデルを用いる。Hardware-in-the-loop テスト、Software-in-the-loop テスト。モデルは、テスト計画と実行を支

援するためテストケースやテストプログラムの他の観点を定義する。

トレーニングの支援：システムと相互作用するユーザー（オペレータ、保守員、その他）を訓練するシステムの様々な観点を模擬する。

知識の獲得とシステム設計の進展：システムに関する知識の獲得と組織の知識としての維持のための効果的な手段をモデルは提供する。

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システムライフサイクルプロセス中のシミュレーションモデルとシステムモデル

ビジネス解析とミッション解析：解決すべき状況を表す記述モデル（Descriptive model）は、正しい問題に対処していることを保証する。

利害関係者要求定義とシステム要求定義：要求を正当なものとし、適切な要求の特定を行う。

アーキテクチャ定義：選択基準をもとに候補となっている選択肢を評価し、他のシステムとの統合など、ベストのアーキテクチャを見いだす。

設計定義：必要な設計データを取得し、最適化のためのパラメータを調整し、システム要素に対する実際のデータが得られるよう忠実にモデルを更新する。

検証と妥当性検証：システム環境をシミュレートして検証および妥当性確認データを評価し、（シミュレーションは、直接観察できない重要なパラメータの計算のための入力として観測可能なデータを用いる）、シミュレーションの忠実度の妥当性を確認する。

運用：実際の動作を反映し、計画、検証、オペレータの訓練のための実行の前に動作を模擬する。

16

SEH 4th Ed.


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

Functional view：システムへ要求される機能

Physical view：機能を実現するハードウェア、ソフトウエア

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高

抽象度

低

Architecting: the art and science of designing and building systems.


エンティティV:ビューの位置づけ

利害関係者の要求

製作，コード化に向けた仕様

Entity要求の定義

概念設計，アーキテクチャの選定，設計に向けた仕様

購入，製作，コード化

検証検査，テスト，実証，分析

妥当性確認

妥当性確認の計画

要求の

抽出概念設計

アーキテクチャ

詳細設計試験，検証製造，

運用

Customer Confirmation

Verification and

Validation Planning

Verification

Planning


Custo

me

r

Confirm

atio

n

Custo

me

r

Confirm

atio

n

見込み調査，

リスク調査

不具合調査

解決策の達成

② Functional view

③ Physical view

MATLAB/Simulink

Mechanical CADElectronic CADProgram code

SysML

① Operational view

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二元V字開発モデル (Dual Vee Model)

Architecture Vee

Entity Vee


要求を満足するシステムの完成

19


二元V字モデルによるプロセスの理解

Architecture Vee

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．

20

早い段階での手戻り


二元V字モデルによるプロセスの理解

Architecture Vee

Entity Vee利害関係者の要求


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．

21

致命的な手戻り



製作，コード化に向けた仕様

Entity要求の定義

アーキテクチャの選定とシステム仕様

購入，製作，コード化


妥当性確認

妥当性確認の計画

要求の

抽出概念設計


詳細設計試験，検証製造，

運用

Customer Confirmation

Verification andValidation Planning

VerificationPlanning


Cust

om

er

Confirm

ation

Cust

om

er

Confirm

ation

エンティティV : 検証と妥当性確認

ノミナル

オフノミナル

HILS/SILS

Human in the LoopSimulation

シナリオ

22


IEEE 1220 systems engineering process

要求と制約の矛盾

要求のトレードオフと影響

分解割り当てのトレードオフと影響

分解と要求の割り当に関する候補

設計解のトレードオフと影響

設計解の要求と候補

要求の基準

確認された要求の基準

機能アーキテクチャ

検証済み機能アーキテクチャ

物理アーキテクチャ

検証済み物理アーキテクチャ

SEプロセスへの入力

SEプロセスの出力

統制

設計の検証

機能の検証

要求の分析

要求の妥当性確認

要求のトレードオフ分析と評価

設計のトレードオフ分析と評価

総合

システム解析

機能の分析機能の

トレードオフ分析と評価

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“モデルベースでシステムを考える”とは？

モデル＊に基づくシステムズエンジニアリング

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。

24

＊注：実行可能ではないモデルを含む


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。

25


SysMLで何ができるのか？

システムを構成するサブシステムに対する機能要求とその振る舞いを把握できる。

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、ドメインを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）

26


構造

要求

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

ibd act

reqpar

システムモデルを支える4つの柱

27


SysMLダイアグラムの分類

SysML

ダイアグラム振る舞い図

構造図

要求図ユースケース図

シーケンス図

アクティビティ図

状態機械図

ブロック定義図

内部ブロック図

SysML: Systems Modeling Language

パラメトリック図

パッケージ図

28


ダイナミクス解析

制御システム解析

1D-CAEなど

ハードウェア設計モデル

電気回路設計モデル

ソフトウェア設計モデル

テスト方法テストモデル

解析モデル外部からの要求

解析

性能評価

システム仕様書

システムモデル

コンカレントデザインを促進するフレームワーク

構造

要求

振る舞い

パラメトリック制約

トレーサビリティ根拠

ビューポイント

29


システムモデルをSysMLダイアグラムで表現する（例）

pkg req act seq stm uc par bdd ibd

SoIと外部システムの関係

SoIのユースケースシナリオ

SoIに対する要求

機能および物理アーキテクチャ

システムの分析

システムの検証

振る舞い図構造図要求図

パラメトリック図

モデル編成の定義 ✔

✔ ✔

✔✔

✔

✔ ✔ ✔ ✔

✔ ✔✔

✔✔ ✔

パッケージ図

30


システムモデルで明確にすること

ライフサイクルステージ

コンセプト⇒開発⇒製造⇒運用と保守⇒廃棄

それぞれについて検討する必要がある．さもなければ，システムは実現しない．

それぞれのステージについてコンテキスト（文脈，脈略）を最初に考え，抜け漏れがないことを確認する．その際，利害関係者の要求や懸念事項をすべて洗い出す．その上で，対象システムの境界，ユースケース，機能性を明確にする．

次に対象システムの内部を分析し，総合する．最初に機能を分解して，その分解された機能をシステム構成要素に割り当てる．これにより，システム構成要素間のインタフェースが定義され，アーキテクチャの候補が導出できる．

要求や懸念事項に応じてView（観点）を設定し，トレードオフ分析によりいくつかの候補の中から適切なアーキテクチャを選定する．

31


SysMLによるMBSEのサポート

システム仕様の決定 ← 以下の活動の反復ブラックボックスのシステム要求の取得と分析（コンテキストレベル）

要求管理ツールでの文書ベースでの要求の獲得

SysMLモデリングツールへの要求のインポート

システムのユースケースからシステムレベルでの機能の特定

ユースケースと要求間のトレーサビリティの獲得

ユースケースシナリオの実現：アクティビティ図，シーケンス図，状態機械図

システムコンテキスト図の創出

システム検証をサポートするシステムのテストケースの特定

要求を満たすシステムアーキテクチャ候補の開発

ブロック定義図を用いたシステムの分解

アクティビティ図またはシーケンス図を用いたパート間の相互作用の定義

内部ブロック図を用いたパート間の相互接続の定義

32


SysMLによるMBSEのサポート（続き）

所望のアーキテクチャの評価と選択のためのエンジニアリング解析と

トレードオフ分析の実行

性能，信頼性，コスト，その他の重要なプロパティの分析をサポートするためのパラメトリック図を用いたシステムプロパティの制約の獲得

システムプロパティの予算を決定するためのエンジニアリング解析の実行

（通常，別のエンジニアリング解析ツールで行われる）

コンポーネント要求の規定とシステム要求に対するコンポーネント要求のトレーサビリティの規定

アーキテクチャにおける，各コンポーネント（ブロック）のための機能要求，インタフェース要求，性能要求の獲得

システム要求へのコンポーネント要求のトレース

システムレベルでのテストケースの実行→システム設計に関する要求の充足の検証

33


ユースケース図システムの使われ方と動作

対象とするシステムはどのように使われ，どのような動作をするのか？

対象システムの境界はどこか？

境界：boundary

ユースケース１

ユースケース2

System of interest

対象システム

外部システム2

外部システム１

外部システム3

34


効果指標（Measures of Effectiveness）の把握

ミッションレベルの性能要求：パラメトリック図

利害関係者（顧客など）の価値

<<moe>>

運用コスト

<<moe>>

運用の可用性

<<moe>>

緊急時の応答時間

<<moe>>

緊急事態の発生確率

運用の目的関数

oc

avail ert eop

35


機能の明確化とインタフェース（１）

コンテキストレベルでの外部システムとのインタフェース

システムのユースケース（使われ方、動作）をシーケンス図により記述する． → パート間の相互作用

外部システム3

システム

メッセージ（相互作用）自己

メッセージ

機能を記述するユースケース2をシーケンス図で記述し、システムの機能の抽出を行う。

↓

・システムは、外部システムからメッセージを受けるという機能１をもつ。・システムは、自己メッセージを処理するという機能２をもつ。

次に、抽出された各機能を実現するシーケンスを考える。

36


内部ブロック図システムコンテキスト図

外部システムと対象システムとのインタフェースの把握

ibd [システムコンテキスト]

外部システム1

外部システム2

外部システム3

対象システム

アイテムフローポートコネクタ

37


機能の明確化とインタフェース（２）

システムの分解を検討する。


機能1, 2を実現するシーケンスを検討

サブシステム間の相互作用を明確

にする。

各サブシステムの生存線上にそれ

ぞれの機能が抽出される。

サブシステム１サブシステム２

同期メッセージ

システム


・サブシステム2はサブシステム1から同期メッセージを受け、自己メッセージを処理する。・サブシステム2はサブシステム1にメッセージを返信する。

返信メッセージ

38


機能のコンポーネントへの割り当て（１）

アクティビティ図でさらに信号のフローを検討する。

コンポーネントとインタフェースを明確化する。

システム

: アクション1-1


オブジェクトフロー

開始ノード

アクティビティ

終了ノード

ピン

: アクション2

制御フロー

In :パラメータ

Out :パラメータ

39


機能のコンポーネントへの割り当て（２）







制御フローオブジェクトフロー

開始

ノード

アクティビティ

終了ノード

ピン


In :パラメータ


40


機能のコンポーネントへの割り当て（３）







制御フローオブジェクト

フロー

開始

ノードアクティビティ

終了ノード

ピン

サブシステム1 サブシステム2-1

In :パラメータ


サブシステム2-2

41



シーケンス図とアクティビティ図での検討により、サブシステム2は、サブシステム2-1, 2-2に分解された。

システム

サブシステム1 サブシステム2



42


内部ブロック図

内部ブロック図によるコンポーネント間のインタフェースの記述

システムの内部構造システム[Block] ibd [ ]



サブシステム2

サブシステム1

[サブシステムの内部構造]

サブシステム1

サブシステム2



43


状態機械図（ステートマシン図）

イベントで生じる状態の遷移

状態１

状態２

entry/振る舞い１do/振る舞い２exit/振る舞い３

状態３

トリガー１[ガード条件]／遷移効果

トリガー２トリガー３

イベント＝sd: メッセージ＝act: アクション

44


要求の詳細化とトレーサビリティの確保<<Requirement>>

対象システムの要求

対象システムはxxの状況で、△△へ○○すること。

<<Requirement>>

R1

外部システムがxxの状況で○○すること。

<<Requirement>>

R2

△△に対応すること。

＋

<<Functional Requirement>>

機能要求1


機能要求2-1


機能要求2-2

<<block>>

サブシステム1

<<derivedReqt>> <<derivedReqt>>

<<allocate>>

<<block>>

サブシステ2-1

<<allocate>><<allocate>>

<<derivedReqt>>

<<block>>


<<activity>>

アクション1

<<satisfy>>

<<activity>>

アクション2-1

<<satisfy>>

<<activity>>

アクション2-2

<<satisfy>>

45


SysMLの活用で見えてくること

システムをモデルで表現する。⇒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？

革新に導くことに繋がる。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

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ダイナミクス解析

制御システム解析

1D-CAEなど

ハードウェア設計モデル

電気回路設計モデル

ソフトウェア設計モデル

テスト方法テストモデル

解析モデル外部からの要求

解析

性能評価

システム仕様書

システムモデル

コンカレントデザインを促進するフレームワーク

構造

要求

振る舞い

パラメトリック制約

トレーサビリティ根拠

ビューポイント

製品データ管理（PDM）

・部品表（BOM）・物理設計（CAD）

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システム

モデル

プロジェクトマネジメント

要求

シミュレーション/CAE

ライブラリ/

データベース

生産/サプライチェーン

最適化

CAD

SLIM (System Lifecycle Management)

PLM (Product Lifecycle Management), SCM (Supply Chain Management)

SLIMby intercax

システムアーキテクチャと同義

48


INDUSTRIE 4.0に向けて．．．システムズエンジニアリングとCyber Physical Systemの意味

ライフサイクル全般にわたるモデリング

それぞれのステージに応じて適切なデジタルモデルを持つ。

デジタルモデルは実システムと整合し、正しい情報を持つ必要がある。

INDUSTRIE 4.0では、サプライチェーン、生産の効率化にデジタルモデルを活用することの重要性を強調。2030年の実現を目指す。

要求抽出

概念設計


詳細設計

試験

検証製造

運用

保守廃棄

ドライバー

コントローラ (DYC)

車両

車両横変位

車両ハンドル角車速ヨーレート横滑り角

駆動・制動トルク信号

開発

49


エレベータに対する要求（例）

エレベーターは、ビルの各階から“コール（呼び）”を受けること。（入力に関する要求）

エレベーターは、想定される乗員に対して、エレベーターを呼んでいることを表示すること。（出力に関する要求）

エレベーターは、緊急コールに対してビルにある標準電話を利用すること。（外部インタフェースに関する要求）

The Engineering Design of

Systems, - Models and Methods -,

2nd Edition, Dennis M. Buede,

John Wiley & Sons, Inc.

50


ユースケース図

51


シーケンス図（コンテキストレベル）

52

ライフライン上に機能が並んでいる


シーケンス図（コンテキストレベル）

53


コンテクストレベルでの機能分析

エレベータシステムの機能

54


ユースケース「ドアを開く」→シーケンス図

55


アナリシスレベル01での機能分析

エレベータコントローラの機能

56


ブロック間のインタフェース

57


要求を詳細化したユースケース → テストケース

詳細化

58


サブ機能「エレベータを呼ぶ」

59


サブ機能「目的階に移動する」

60


サブ機能「ドアを開く」

61


サブ機能「ドアを閉じる」

62


ブロック定義図（アナリシスレベル）

63


エレベータシステムの状態機械図

64


ブロック定義図：フロアでのエレベータ待ち時間

65


パラメトリック図：フロアでのエレベータ待ち時間

66

待ち時間は何によって決まるのか？

緊急時のドア開停止などを決める要因は何か？

乗客の操作はどの程度頻繁か？


まとめ

複数のドメインで構成されるシステムや、オペレータの介在する複雑なシステム（System of Systems (SoS)の一つ）を設計するために、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ことを述べた。

モデルを用いたシステム開発では、システムモデルの記述に際して、

構造／振る舞い／要求／パラメトリック制約

の４つの柱で考えることが重要である。

SysMLはこれをサポートしている。

SysMLの適用手順を概説するとともに、エレベータ開発の事例を紹介し、MBSEで思考する過程を示した。

67


参考文献 Systems Engineering Handbook 4th Edition, INCOSE, 2015

INTERNATIONAL STANDARD, ISO/IEC 15288:2015, First edition, 2015-05-15

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&userType=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），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

複雑化する統合システム（SoS）の開発方法論モデルベースシステムズエンジニアリング導入の手引き，IPA/SEC：http://www.ipa.go.jp/sec/reports/20130823.html

モデルに基づくシステムズエンジニアリング，西村秀和（総監修），藤倉俊幸（企画・監修），日経BP，2015

68

http://www.ipa.go.jp/sec/reports/20130823.html

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