第4次産業革命の学術的基盤
木村 英紀
早稲田大学

２０１７年１１月７日
システムイノベーションシンポジウム

目次• システム構築の基本スキーム• モジュール化• 第三次科学革命• 産業革命と勤勉革命• 日本の強みを生かすシステム化

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システム：複数の要素が合目的的に結びついた統合体
システムの価値（SV) ＞

要素の価値の総和（EV)SV – EV = 統合の価値 (IV=Integration Value)
IVは要素の数が増す（複雑性増大）につれて大きくなる。
（例）

N個の要素をそれぞれrの候補から選ぶ方法はrのN乗通りある。r＝３、N=15で約１5００万

SV = EV + IV EVを増すことによってSVを増すことは限界がある。付加価値のIVへの移動
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システム化の二つの側面＝要素＋統合• 全体機能をなるべく独立性・普遍性の高い機能要素に分割する。
これを担うのがモジュール化である。
細分化、要素還元主義• 機能要素をその特性や構造に依存せずにつなぐことのできるインターフェイス（プラットフォーム）を作る。
• インターフェイスを用いて機能要素を適切に選んだアーキテクチュアに従って結びつけてシステムを構築する。
現代のシステム化の基本構造
要素 ＝ モジュール
要素をつなぐ ＝ インターフェイス（プラットフォーム）
統合 ＝ アーキテクチュア
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＜アーキテクチュア＞

インターフェイスを使ってどのモジュールをどのようにつなげるか？

モジュール１
モジュール３

インターフェイス１
モジュール２

インターフェイス２

インターフェイス３

モジュール６

モジュール４モジュール５

未来のシステム構築のイメージ
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システム科学技術の概念図
経営社会

グローバルSCM
迅速正確な意思決定システム など

超スマート社会レジリエント社会
新エネルギー社会

生産製造

目
標
エネイ
ブ
ラー
基盤
技術

再構成可能生産システム
垂直統合と水平統合
Connected Industryなど

モジュール化、インターフェイス, アーキテクチュア, プラットフォーム
ＳoＳ, 標準化、シミュレーション、ＩｏＴ、ビッグデータ、アジャイル, ＣＰＳ,バリューチェーン,ライフサイクルマネージメント IBP, API，ERP など

定量的システム技術

定性的システム技術

制御、最適化、信頼性工学
ネットワーク、モデリング、
マルチエージェント解析、予測、適応と学習、故障診断、ゲーム理論, ＯＲ など

プロジェクトマネージメント
システム工学、クラスター分析、モデリング言語、設計論
一般システム理論、形式手法、アシュアランス理論 など

動的
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重要課題

静的6

目次
• システム構築の基本スキーム• モジュール化• 第三次科学革命• 産業革命と勤勉革命• 日本の強みを生かすシステム化

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7モジュール化の利点• 全体としての効率が劇的に向上• 複雑性の増大に対応することができる• 製品の自由度が増大• 変化に対応することが容易• 小企業が参加可能• 欠けている技術課題が顕在化• 新規技術の迅速な市場投入が可能
モジュール化が最初に科学のテーマとなったのはソフトウェア工学におけるオブジェクト指向言語
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Design Rules ： The Power of Modularity
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C.Y. Baldwin, K.B. Clark
MIT Press, 2000 470ページ

9モジュール化の三つのレベル製品またはサービスを独立性の高いユニットに分ける①

通常の部品化、分業化、系列化②ユニットとインターフェイスの分離
部品・要素が自由に交換可能
垂直統合の深化（例）IBMのシステム３６０③

インターフェイスのオープン化
誰でもモジュール市場に参入可能競争の激化、産業構造の激変（例） インターネット 携帯電話 PC

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10モジュール化のレベル３まで達成したのは現状ではIT分野のみといってよい。
このパラダイムを製造業全体、さらには経営、流通、サービスなどあらゆる産業分野に拡大することが第4次産業革命の主要な柱の一つである。（例 Industrie 4.0 における管理シェルの考え方）
それがハードウェアの世界にどこまで進むか、は未知数であるが、業種によっては産業構造が一変する可能性もはらんでいる。

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11モジュール化とクラスタリング
モジュール化＝相互依存性の圧縮
クラスタリング＝相互依存性の強さの検出
Design Structure Matrix
モジュール化＝設計・構成に重点
クラスタリング＝分析・解析に重点
両者は相補的
課題： すでに数多くあるクラスタリングの手法やアルゴリズムは大規模な製品や生産のモジュール化にどこまで適用出来るか？
新しいクラスタリングの手法を創出するにはどうしたらよいか？
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VLSI チップのDesign Structure Matrix (Boldwin & Clark 2000)

ノートＰＣのDesign Structure Matrix (Boldwin &Clark 2000)
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14モジュール化の研究課題• モジュール性の抽出、創出、処理。 「機能結合」の内容をいっそう豊富化することが必要である。特に静的から動的への拡大• モジュールの規格化、普遍化• モジュールのscalabilityの保障• モジュールの進化可能性を確保• インターフェイスにおける「すり合わせ」の明示的な定式化
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目次• システム構築の基本スキーム• モジュール化• 第三次科学革命• 産業革命と勤勉革命• 日本の強みを生かすシステム化

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２０Ｃ初頭のシステム化の波• インフラの急速な拡大
電話、交通、送配電網 etc.
すべて「システム構築と運用」がキーテクノロジー”エジソンは最初のシステム工学者“ (Hugh)• 大量生産・大量消費の時代の到来
フォードの流れ作業ラインの登場
市場調査、品質管理の課題が発生

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フォード

ハイランドパーク工場（１９１３）

新式のベルトコンベイヤー生産
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旧来の組み立て台生産
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フォードの組み立てラインのもたらしたもの• Ｔ型フォードの価格は１/3に下落、生産台数は45倍に増大• デトロイトジャーナルの記事の見出し（1913年4月）“システム・システム・システム”• ただし、ラインが実現するまでには多くの要素技術の開発と車両アーキテクチュアの改善改良が必要であった。
• 品質のバラつき
ＳＱＣの必要性• T型フォードは突然売れ行き不振になる
市場調査の必要性
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科学・技術革命の歴史
・第一次科学革命（１７C中葉）

近代科学の誕生・第一次産業革命（１８C中葉） 道具から機械へ
科学とはほぼ無関係

・第二次科学革命（１９C初頭）
ク）

科学と技術の結婚（エコールポリテクニ

技術は科学に基礎をもつこと

・第二次産業革命（１９C末） 技術による物質文明の開花
・第三次科学革命（２０C前半）
技術が生み出した自然科学でない科学の誕生（OR、品質管理、制御、予測など）

・第三次産業革命（２０C末）

情報技術

オートメーション、計算機、メカトロ二クス、通信、計測制御、など

・第四次産業革命（２１C）
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第三次科学革命
自然科学ではない人工物の科学が誕生 システム科学技術の基礎となる

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1931
1932

ブッシュの微分解析機
ブリュンによる回路理論の数学化

1932
1936
1939

ヘイゼンのサーボ機構の理論
チューリングの機械計算のモデル
オペレーションズ・リサーチの実施

1944
1945
1946

ノイマンのゲーム理論
ボードのフィードバックの理論
最初の汎用デジタル計算機ENIAC

1948
1948
1949

シャノンの通信理論
ウィーナーのサイバネティックス
最初のプログラム内蔵式計算機EDSAC
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「勤勉革命」
速水融、川勝平太

江戸時代の日本で起こった。
家畜から人力へのエネ
ルギー源の転換道具の技術革新と農業生産性の増大
労働尊重のエートスが普遍化
プロティスタントの労働神聖化は経営層のみ

2017/12/26• 学制頒布（１８７２）から１年間で小学校が全国で１２５８８校が建てられ、高価な学費にもかかわらず就学率は５０％を超えた。
• 豊富な熟練工の存在は戦前の日本の産業の大きな強みであった。富国強兵の基礎• その伝統は「現場力の強さ」として現在にも受け継がれている。
• 規格化、機械化、システム化などの未成熟をもたらした。
• 精神主義と目に見える成果のみに注力する伝統を作り上げた。

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産業革命
Industrial Revolution

産業革命中期の紡績機
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勤勉革命
Industrious Revolution

二宮尊徳の勤勉革命の象徴）少年時代の石像 24

目次• システム構築の基本スキーム• モジュール化• 第三次科学革命• 産業革命と勤勉革命• 日本の強みを生かすシステム化

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SV（システム価値） = EV（要素の総価値） + IV（統合価値）• モジュール化は二つの相反する動きをもたらす。
①ＥＶを小さくすることによってＩＶを相対的に上げる。
要素のコモデティ化（例 携帯電話）
Integral type
②ＩＶを小さくすることによってＥＶを相対的に上げる
使いやすいインターフェイス（プラットフォーム）開発とその公開（例 ＰＣ）
Modular type2017/12/26

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Modular 型・Integral型・すり合わせ型● SV=EV + IV でIVが相対的に小さいシステムはModular 型、IVが相対的に大きなシステムはIntegral 型である。
● 日本的な「すり合わせ型」（藤本隆宏）はインターフェイスが未熟であるためにEVとIVが分離されず、IVの相当部分をEVを上げることによってカバーする技術である。
● インターフェイスは常に「すり合わせ」を必要とする。ただしそのすり合わせはグローバルな普遍的な視点を持つものでなければならない。「すり合わせ」は決して日本だけのものではない。

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新しいシステム化の流れ• ＳＶ＝ＥＶ＋ＩＶにおいて、ＥＶとＩＶの調和的な共栄によってＳＶを増大させること。
• そのためにはインターフェイス（プラットフォーム）に「人間の能力」が発揮できる余地を十分残すこと。
新しい形の「仕上げ工」の役割の定式化• 人間の能力を十分に生かしそれが伸びるシステムを作ること
Digital Triplet （Cyber + Physical + knowledge) は重要
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ご清聴ありがとうございました。

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