デジタル人材に求められる設計の知識

2023年9月19日（火）
木野 泰伸

目次

1. 課題意識
2. 既存の体系
3. 設計手順の概要
4. 設計の対象

2023.09.19

Y. Kino2

課題意識DXの実施者は誰？
• IT技術者• 現場業務の担当者
ITを設計・開発できる？
業務設計できる？

中小企業様にインタビューに行くと・できる人、いないよ。
・たまたま、いたんだよね。

・専属の人が雇えるはずもない。

• どこかで設計を習ってきただろうか？

2023.09.19

Y. Kino3

• これからの企業競争力は、設計力が大切。

• しかし、小学校から高校までの教育で、設計について教わることは、ほとんどない。
大学は？ 工学部と芸術学部くらい？
• 現場で DX やれる？
技術者だけに任せるの？

誰が、設計するの？
2023.09.19

Y. Kino

文系の学生さんも4既存の体系• 建築の設計• インテリア設計• 都市設計• バウハウスの精神ルートヴィヒ・ミース・ファン・デル・ローエ（３代目校長）

Less is More

（より少ないことは、より豊かなこと）• 機械設計• 製品設計• 情報システムの設計• デザイン思考
Stanford d.school• 仕事の設計• 組織の設計• 行政の設計など
2023.09.19

Y. Kino• 一般設計学（吉川弘之）
吉川弘之, 設計とは何か 一般設計学の試み, 日本機械学会誌, 84 巻 749 号 p. 328-335, 1981.

5

Engineering DesignContents
1. Engineering Design
2. The Design Process
3. Understanding the Client’s Problem
4. Functions and Specification
5. Finding Answers to the Problem
6. Reporting the Outcome
7. Managing the Design Process
8. Design for …
9. Ethics in Design
Clive I. Dyn, Patrick Little, Engineering Design -a project based introduction- 2nd Edition, 2004.
2023.09.19

Y. Kino6イノベーション・課題解決に向けた各種手法
明確とは限らない

観察・記録

データ

フィールドワーク＊

特徴を大切に（モデルとの差異）

質的分析

文章
インタビュー
文献
議事録
アンケート自由記入
インターネット

エスノグラフィー
KJ法
GTA, M-GTA
ケーススタディー
SSM, アクションリサーチ（音、画像、映像）

数値

数量化 形態素解析
テキスト分析

時空間と要素関連によるモデル化
The world =フローチャート
ER図
状態遷移図
構造化（階層化）

機械学習（ランダムフォレスト、SVM 等）
ニューラルネット/ディープラーニング

2023.09.19

Y. Kino

目的, 意思ドリブン（モデルを自動生成、構造は見えない）

V 字モデルモデル

Engineering Design・
構造・

設計

法
則設計図

実装

生産図
持こやっと数
たが式も多でのく表、記普さ遍え
性れをる制御（統制型、自律分散型）
モジュール分割QFD, TRIZ,
デザイン思考プロジェクトマネジメント, IPD
品質、安全、信頼性、リスク課新題し
解い決創造（イノベーション）※

文法
相関分析、重回帰
５W１H
主成分分析、因子分析
SEM（構造方程式モデル）
検定＊全てのデータタイプに共通

個性

目的

設計・実装・生産※

微分積分
代数
幾何

モデル

分類・集合・階層化

xyz + time with f

量的解析

計測
実績値
アンケート

モデル化

整理・分析

ここ成
ま果
でを
出
通す
しに
では
実、施。

7

設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化（思想も大切）2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割インターフェースとパラメータ設計

10. 詳細設計へ
2023.09.19

Y. Kino8

1. 目的、ニーズの明確化（思想も大切）• 使用者は誰か？

• 何のために作られるのか？
• 設計者の思想

人生観、環境への理解• ニーズの把握と整理
機能的なニーズ、性能的ニーズ、官能的ニーズ意識されているニーズ、無意識のニーズ
ブレーンストーミング、KJ法、GTA、QFD、テキスト分析

2023.09.19

Y. Kinoなど

9設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化（思想も大切）2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割インターフェースとパラメータ設計

インタビュー（打合せ）
整理方法 表にしたり概念の抽出

10. 詳細設計へ
2023.09.19

Y. Kino10

要件の明確化• しかし、担当者やユーザーが、自分たちの課題やニーズを明確に把握しているわけではない。
• そのため、要求/要件定義は難航する。

• 中途半端な要求/要件定義で実施されたプロジェクトの成果物は、ユーザーのニーズを満たさなくなる可能性が高い。

エスノグラフィー、GTA（Grounded Theory Approach)、KJ法といった質的研究法を利用する動きがある。
2023.09.19

Y. Kino11質的研究法によるニーズの把握の例①②

インタビュー④③
切片化（文章を分割）

概念の抽出

可視化された構造図

図を描く（構造化）

文化人類学、看護学、心理学など、人文社会系の分野で発展（６） Win-Win の状態になれるように問題解決できる能力，論理思考およびリーダーシップ（２）（５）傾聴能力（理解）異文化への尊重と受容能力

自分が所属する集団（国など）
自分・文化・歴史・慣習（４）プレゼンテーションなど
発信能力

・考え・意見

Y. Kino

相手・考え・意見（１）コミュニケーション能力
および語学力エスノグラフィーGTA(Grounded Theory Approach), Modified-GTA
KJ 法
テキストマイニングなど

2023.09.19（３）
相手が所属する集団（国など）

12・文化・歴史・慣習

GTA(Grounded Theory Approach)• Grounded Theory Approach
1967年, グレーザー and ストラウス
The Discovery of Grounded Theory• GTAの課題意識
Grand Theory  Grounded on Data
データ（書き起こし文章）に密着した分析

質的研究を科学に• 切片化 => オープン・コーディング => 選択的コーディング• ただし、初版本では手順において不明な点が多い。
このことから、のちに様々なバージョンが現れる。
2023.09.19

Y. Kino13

設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化（思想も大切）2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割インターフェースとパラメータ設計

モデル化技法
設計図面、UML
業務フローチャート

10. 詳細設計へ
2023.09.19

Y. Kino14

設計図（モデル図）の進化
理想的な新しいフローを設計する
・例えば、重複するデータの流れや処理を省略する
・順序を検討する
抽象
世界（2）
現状の抽象化

場所と時間の制約を省略する

現実世界

2023.09.19

Y. Kino（３）
抽象化された将来

場所と時間の制約を考慮する（１）
現実の状況を把握

（４）
現実の将来

現在

将来
15

設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化（思想も大切）2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割インターフェースとパラメータ設計

10. 詳細設計へ
2023.09.19

Y. Kino16

四原因説を念頭においた整理• ソクラテス・プラトン・アリストテレス「自然学」• 現象について４種類の原因を検討• 質量因（Causa materialis）

木• 形相因（Causa formalis）

形、デザイン• 作用因（Causa efficiens）

のみで彫る（大工仕事）• 目的因（Causa finalis）

座る

2023.09.19

Y. Kino

運動変化の原因17

設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化（思想も大切）2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割インターフェースとパラメータ設計

デザイン思考、TRIZ（トリーズ）など

10. 詳細設計へ
2023.09.19

Y. Kino18

設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化（思想も大切）2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割インターフェースとパラメータ設計

10. 詳細設計へ
2023.09.19

Y. Kino19

フェイル・セーフ
エレベーター

飛行機

ハドソン川の奇跡（2009年）「わたしは、やるべきことをやったまでだ。訓練を怠らないこと、乗客を守ること、すべてはパイロットの義務である」「誰がなんと言おうと、あれはチームプレイだった」 サリー機長

中国の高速鉄道事故（信号故障の場合YouTUBE）

閉塞区間

原子炉を止めるためにはエネルギーが必要
2023.09.19

Y. Kino20

フール・プルーフ （バカよけ）• 人はときどき、おろかなミスを犯す。
それは、ごく自然なあたりまえのこと。

例：病院のベッド

例：鉄道（単線の線路）

酸素と吸引のプラグタブレット交換

ばかな行動をしても、それが致命的失敗にならないように設計する。

2023.09.19

Y. Kino21

システムの信頼度• 機械をはじめ、多くのものは、複数の部品から出来ている。
• タイヤが脱落すると走れない。

• でも、ラジオが壊れても、走行に影響はない
• タイヤ

４本

• タイヤ１本の信頼度は、９８％である場合• 車全体での信頼度は、いくらになるか？
2023.09.19

Y. Kino22

R1

Rs =R3

R2

R1×

R2×

R3
R1

S : series

直列
R2並列
R3

Rp = 1- (1-R1)×(1-R2)×(1-R3)
P : parallel
2023.09.19

Y. Kino23

FTA (Fault Tree Analysis)• 特徴 トップダウンに考える
FMEA は、ボトムアップに考える。
予防すべき故障事象が分かっている場合に、その発生頻度を計算する方法。
• 1961年 ミニットマンミサイルの発射制御システムの開発に活用
ル研究所の協力で）（ベ• 1974年 スリーマイル島 原子力発電所事故
FTAを利用した詳細な安全性解析• 分析の過程で、発生頻度を下げる工夫も合わせて行わなければ意味がない。
2023.09.19

Y. Kino24

設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化（思想も大切）2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割インターフェースとパラメータ設計

10. 詳細設計へ
2023.09.19

Y. Kino25

企業活動
顧客・利用者（組織の外部）

ユーザー

企業・生産者（組織内部）① 観察する（ニーズの把握）⑤ 使用する④ 実現する③ 設計する
Sequence

Selection /Descision⑥ 再利用する⑦ 評価する

Repetition

Process

Process 1
Selection

The world we live
Process 2
Organizational Behavior
MarketingEconomics, etc

Selection
A

B

If ○○ then A else B

Sociology
Psychology

Do .. until
While
for

Zoology
Evolutionary
biology
Biology② 分析・モデル化する

Geology
ChemicalConcept
Planning

Planning

DesignImplement TestingNew
Operation

Physics
Static Model

Entity /Element
Entity /Attribute
Entity /Element
Element
・・・・・・Entity /Attribute
Entity /Attribute
Element
Element・・・・・・・・・・・・ Attribute
Attribute
Entity /Element・・・・・・・・・・・・
Attribute・・・
Event /
・・・
Process

協力会社（内部の役割の一部を外部に委託）
2023.09.19

Y. KinoTime
Dynamic Model◇

State chart
Flow chart

単品生産と大量生産※設計に基づいて１個しか作らない、個別・単品生産は、プロジェクト◇

質量有りの場合と質量無しの場合、その混合

26

設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化

2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割、インターフェースとパラメータ設計

10. 詳細設計へ
2023.09.19

Y. Kino（思想も大切）モジュール間結合度
１．内容結合２．共通結合３．外部結合４．制御結合５．データ結合27

設計手順の概要（順番は前後することあり）
1.

目的、ニーズの明確化（思想も大切）2.

機能要件の明確化
非機能要件の整理（目標性能、製品寿命など）

3.

現状の把握（存在しない場合あり）

4.

抽象的設計 （現状が存在する場合は以下の(1)～(３)）（１）概念と物体の分離、（２）時空等の制約解除、（３）重複、順序の見直し

5.

時空を考慮した物理設計

6.

開発すべき技術の整理、アイデアの創出

7.

安全性、信頼性、品質、リスクによる見直し

8.

量産、販売、修理、回収、廃棄の計画による見直し

9.

モジュール分割インターフェースとパラメータ設計

10. 詳細設計へ2023.09.19

Y. Kino28

設計の対象• 設計手順の概要 (How to)• 次に、何を設計するのか？

(What)

業務（行政の業務）
すなわち、業務知識が必須
そのために、
Zachman フレームワーク,

Enterprise Architecture

Zachman, John A. (1987). "A Framework for Information SystemsArchitecture". IBM Systems Journal. 26 (3). IBM Publication G321-5298.

2023.09.19

Y. Kino29

参考：平成16年（2004年）頃

2023.09.19

Y. Kino30

2023.09.19

Y. Kino31