解説/Review

製品システム設計におけるシステムの構造分析とマネジメント
青山 和浩 ∗1 · 大泉 和也∗1 · 古賀

毅∗2

Design Management with Structural Analysis of the Product
Systems
Kazuhiro AOYAMA∗1 , Kazuya OIZUMI∗1 , and Tsuyoshi KOGA∗2
Abstract– As complexity of products increased, management of development project becomes difficult. For better management of product development projects, this paper proposes an integrated
model of product, process and organization. The proposed model can be described as MDM (Multiple Domain Matrix). Computational methods to utilize acquired model is discussed in three illustrative examples; design process structuring, organization design and product family structuring. The
proposed methods extend techniques on DSM (Design Structure Matrix) and DMM (Domain Mapping Matrix) to deliberate candidate structures of design process, organization and product family.
Applied examples show that the proposed project model, which incorporates product, process andorganization, provides project managers with arena to discuss various aspects of projects.
Keywords– product model, design process model, organizational structure model, process management, organization management, multiple domain matrix

1. はじめにけでなく，研究開発や設計までも新興国へ移転する場合もある．開発拠点の海外移転では，早急に現地において現代社会において急速に展開するグローバル化は，製確固とした開発体制を立ち上げることが重要であり，日品のユーザ要求の多様化をもたらしている．製造業は，本国内で培ってきた設計ノウハウを，現地で有効活用でこの様な市場の変化に適切に対応する必要があり，モノきる方策の策定や，設計者のマネジメントが課題となる．

づくりの戦略を検討し，その戦略を実現する方法を探以上から理解できるように，現在のモノづくりは多様

り，戦略を実践するマネジメントの強化が重要となってとなり，複雑なシステムへと進行しており，製品開発のいる．

やり方，マネジメントの仕方を転換・発展させていく必例えば，疲弊する価格競争を避け，高付加価値製品や要がある．本稿では，製品開発を展開する組織と製品を特色のある製品の開発を目指す場合がある．この場合，システムとして捉え，モノづくりの複雑化に対応するた

挑戦的な製品開発を効果的に実行できる設計開発のマ

めに，システムの複雑化に対するマネジメント手法につネジメントが課題となる．また，新興国や発展途上国のいて考えることとする．

マーケットに対しても製品を新たに投入するために，現地向けの専用製品を設計開発する場合が有る．この場合，様々なマーケットが要望する種々の品質を満たす多様な製品を効率的に開発するためのマネジメントが必要である．さらには，生産を海外移転してコストを削減するだ

2. モノづくりにおけるシステムデザイン
2.1 モノづくりにおける複雑性のマネジメント
先述したように，経済的な発展やモノの充足，技術∗1 東京大学大学院工学系研究科

東京都文京区本郷 7-3-1∗2 山口大学大学院理工学研究科の高度化が製品開発を複雑化している．グローバル化に山口県宇部市常盤台 2-16-1

よって市場の複雑性が増加し，市場の複雑化は複雑な製∗1 The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo∗2 Yamaguchi University, 2-16-1 Tokiwadai, Ube, Yamaguchi

Received: 27 January 2016, Revised: 12 February 2016, Accepted: 15
February 2016.

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品構成を要望する．さらに，複雑な製品構成は設計開発，製造のプロセスを複雑化し，それに対応すべき組織が複雑になる [1]．この様に，市場の複雑性，製品の複雑性，

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セス，組織を一体として考えたモノづくりのシステムにおける複雑性の理解とマネジメントが要望される．

2.3 製品・プロセス・組織情報の連携に対する要請
現在の先進的なモノづくり環境においては，購買や生産，販売，アフターケアなども含めた業務プロセス情報と製品の設計関連の情報を連携させた情報システムや，会社の経営資源を統合管理し，資源配分の計画システムなどが精力的に利用されている．これらのシステムによるマネジメントをさらに発展させ，製品，プロセス，組
Fig. 1: Interrelated Complexities among Multiple Domains in Product Design （[1] を改変）

織，その他マーケット情報や会計情報などを関連付けてマネジメントすることが強く求められるようになっており，それを実現できる状況にあるとも認識できる．
著者らは，製品，設計開発プロセス，設計組織の情報プロセスの複雑性，組織の複雑性は互いに影響を及ぼしを活用し，製品の設計開発に関わるマネジメント全般を合い（Fig. 1），個々の複雑性だけでなく，全体の複雑高度化する手法の構築を目的に研究を進めている． 本性の適切な管理が要望される．Lindemann らが提唱する

稿では，製品を開発・設計するにあたって，そのプロセ

ように，対象（システム）の構造を理解することで，対スの構成，及び組織の編成によって開発プロセスのマネ

象の複雑性の管理（Complexity Management）を容易とジメントをし易くし，設計品質を高めることを目的としすることが期待される [2]．そこで，本稿は，強いモノ

た下記の三つの話題を提供する．

づくりを実現することを目的に，モノづくりの複雑性を
マネジメントするために，モノづくりのシステムの構造を理解して利用する方法を議論する．

2.2 製品システムの複雑化とプロセス，組織の複雑化
市場のニーズに合わせて多くの製品が高度化し，機械系，電気系，および制御系が複雑に絡むような製品シ- 製品構造の分析に基づく製品開発プロセスの導出と設計問題の試行錯誤的設定支援 [3]- 製品構造と組織構造の対応関係の分析に基づく組織
編成 [4]- 製品設計プロセスと設計組織の対応に基づく製品
ファミリの設計支援 [5]ステムになると，その設計プロセスは複雑になり，設計開発のマネジメントは困難になる．例えば，製品の部分

3. システムの構造分析法と記述表現的な変更に対する設計対応は深刻である．設計変更の影
響を十分に把握できない状況で市場に製品が投入されてシステムの複雑性をマネジメントするために，シスしまうとリコールが発生するリスクが高まってしまう．

テム自体を記述表現し，その構造を理解した上で複雑

日本の製造業では，熟練設計者の高度な能力と経験に性を定量的に把握するアプローチがある．近年，SysML

よって，設計を担当する箇所と影響関係のある部位を担（System Modeling Language）がシステムの記述言語と当する技術者と連携を図りながら，現場レベルで摺り合して注目を集めているが，本研究では，システムの定義

わせによって対応してきた．しかしながら，設計開発のとなる要素と要素間の関係を記述表現するネットワーク

グローバル化やローカライゼーションが進展することに／マトリクスに着目し，システムの構造を理解すること

よって，設計開発の進め方，組織の能力の活かし方を見を試みる．これにより，システムの複雑性を議論し，シ直す必要性が出ている．

ステムをマネジメントする手法を提案する．

さらに，市場の競争力を高めるために，開発期間を短縮する検討がなされたり，一部の開発プロセスのアウト

3.1 システムの表現と構造分析に関する手法

ソーシングなどが試みられたりする．このような戦略に本研究で着目するシステムの表現であるネットワーク

応じて，設計開発プロセスにも常に変革が要望され，そ／マトリクスに関連する手法について整理する．システれを実現する組織の改革も議論される．近代日本の製造

ムでの複合領域の要素間の関係を対象に，その構造を分業の競争優位は，高度な組織の能力による部分が大きい析する手法として Multiple Domain Matrix（MDM）があと認識される．現組織の競争優位性を上手く活かしながる [6]．Fig. 2 に示すように，MDM はシステムに対してら，将来に必要な能力の醸成へ向けた組織変革を実行す

異なった領域（ドメイン）の情報間の関係性を表現し，シることは重要な課題である．そのためにも，製品，プロ

ステムを分析する手法である．MDM は，異なる領域の要

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２）構成要素：構成部位とは製品を構成する物理的実体を意味する．構成要素は設計変数，機能尺度を持つ．構
成要素は，製品を構成する物理的な要素であり，要素間には意味的な階層関係と物理的な接続関係が存在する．

3.2.2 属性情報と制約
製品の在り様を具体的に確定するために，製品機能，構成要素の情報を記述，定義するための情報として属性情報を定義する．例えば，自動車の「走る」という機能の属性情報は「最高速度」である．属性情報として，次Fig. 2: Composition of MDM （[1] を改変）の様に三種類を整理する．
１）機能尺度：製品機能を評価するための観測可能な尺度である属性情報である．設計者は要求性能を直接的に素間の関係を記述する Domain Mapping Matrix（DMM）

決定できず，設計変数の決定を通して要求性能である機[7] と，同一領域内の要素間の関係を記述する Design
Structure Matrix（DSM）[8] から構成される．MDM と同様に，複数の領域間の関係性の記述方法で，エンジニア
リングに特化した Engineering Systems Multiple Domain
Matrix がある [9]．
MDM を利用して製品，設計開発プロセス，設計組織を記述して，マネジメントを支援する試みが存在する．例えば Eckert や Clarkson は，製品の部分的な変更
が他の部分に影響を与え，変更が伝播する問題を DSMの利用によって予測する方法を提案した [10][11]．また，
Lindemann は，MDM を複雑システムに対する構造的側面からの理解を与えるツールとして捉え，その広範にわたる適応の可能性を示している [1]．また，製品の複雑性を扱う方策として，適切なシステム分解も議論されている．Eppinger は DSM の分析からシステム分解を示唆する手法を提案し [12]，Alison はシステム設計の分解（partitioning）と調整（coordination）の最適化手法を提案している [13]．

能尺度を作りこむ．設計変数は機能尺度に影響を及ぼすといった関係が存在する．この影響関係には感度，特性，
操作リスク，操作方針の四種類の情報を付随させることができる．
２）設計変数：製品を定義する属性情報であり，設計者が直接的に決定できる．機能尺度に対して影響関係を持ちながら，いずれかの構成要素に属する．同一の機能尺度に対して影響関係を持つ設計変数間には調整関係および設計変更の優先関係が与えられる．
３）制約関係：複数の属性情報間に存在する関係を情報として見做したものである．例えば，ネジをネジ穴に固定するためには「ネジ規格」「ネジ穴半径」「ネジ穴深さ」の三つの属性情報を調節する必要がある．この時，これらの属性情報間には制約関係が存在すると考える．

3.3 MDM によるシステムの記述表現，構造分析の狙い
製品設計の上流段階では，詳細な情報を生成，確定するプロセスや，それを実行する組織の構成を検討し，基3.2 製品システムの記述表現

本的な方針を決めることが要求される．この際に利用で本研究は，製品，設計開発プロセス，設計組織に横断きる情報は，蓄積された過去の経験や，定性的とも言え的に跨る複合領域問題のマネジメントを対象とする．こる概略的，抽象的な情報が主であり，具体的で詳細な情の中で，製品情報は成果物であり，マネジメントの観点

報，特に情報間の詳細な関係は明確に定義されていないでは処理の対象として中核となる情報である．そこで，という特徴が存在する．

扱うべき製品情報を整理し，Fig. 3 が示すように情報間の関係を表現し，MDM の方式で表現する．

このような状況において，抽象度の高い「関係性」に着目し，複合的なシステムの構造を分析する MDM は，
設計プロセスの構成や設計組織の編成に示唆を与え，意

3.2.1 製品の機能と構成要素

思決定を支援することが期待できる．また逆に，MDM

製品は様々な機能を持ち，様々な製品要素（部品など）が要求する程度の詳細さにモデルを留めることで，早いから構成される．そこで，製品を構成する製品情報とし段階での問題定義，分析，解決に必要な情報の収集を活て機能と構成要素を定義する．

性化し，様々な意思決定に活用することが期待できる．

１）機能：設計者が製品に実現させたい「働き」を記述

また，既存の製品，組織をベースに戦略を検討するする．例えば，自動車の「走る」という働きは，設計の状況が多い中では，対象の特徴を捉え，抽象的な情報表

結果として実現させたい「機能」である．機能間には機現，分析を進めることは，複雑な問題を俯瞰する視点を能構造による関係と階層関係が存在する．

与えることが期待される．

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Fig. 3: Network and MDM of Product Information

Fig. 4: Design Process Planning Method Based on Determination of Sequences

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4. 設計プロセスの抽出とマネジメント

的に順序を与えることで，手戻りを最小化するような設
計変数のグループ間の依存関係を決定する（Fig. 4 Step

多様な製品のニーズが発生する中，限られたリソースの環境下で迅速に設計を進める必要がある．設計を進める上で問題となることとして設計の手戻りが挙げられ，
手戻りが生じないような設計手順を求めることは重要な課題である．本章では，設計の成果物である製品情報の構造的な分析によって，効率的な設計プロセスを導出す
る手法について議論，提案する [3][14]．

4.1 設計プロセスの抽出における課題
現況の設計プロセスを分析し，設計タスク間の順序関係を与え，設計の手戻りを生じなさせない最適な設計プロセスを探索する手法として DSM がある．しかしながら現実の設計では，設計タスク間の順序関係は状況に応じた関係であり，設計者の知識や経験に基づいて判断される場合が多い．最適な設計プロセスを算出するためには結果としての設計タスクを前提とするのではなく，設3）．
３）設計プロセスの導出段階におけるグループの妥当性の評価・検証：設計変数のグループ間への分割と，目標の割付，およびサブ問題間の依存関係の調整を繰り返す
ことで，問題全体を構造化する．Fig. 4 Step 4 に，得られる構造化された問題を示す．多くの依存関係が存在し，フラットな構造だった状態から，目標を持った各サブ問
題の連携という形で，問題が構造化されていることが確認できる．
４）設計プロセス（ワークフロー）の抽出：クラスタリ
ングによって得られた制約関係の塊は，それ自体が設計タスクであると認識することもできる．この制約関係の塊は，属性情報の依存関係の情報も有している．そこで，依存関係を表したマトリクスから，設計タスクと，設計タスクの実行順序の情報を取り出し，ワークフローを抽出する．

計タスクの前提となる情報を考慮する必要がある．そこで，設計タスクの成果物である製品情報を分析し，製品の属性情報や制約関係の情報から包括的な設計プロセス
を探索支援する手法を提案する．

4.3 システム LSI の設計における設計プロセスの抽出システム LSI の概念レベルの設計問題に対して，設計プロセスの導出方法の検証を行った．製品情報として，4.2 製品情報の記述と設計プロセスの抽出

構成要素が 30 個，属性情報は 170 個，制約関係が 100

本研究では，設計者により製品の構成要素，属性情個存在し，属性情報と制約関係との間のリンクが 379 本報と制約関係の情報が製品情報として記述されている状と定義されるシステム LSI を対象とした．

況を想定する．ここで，各制約関係が，どの属性情報をFig. 5 (A) は，システム LSI の設計における制約関係（技術課題間の依存関係）を，DSM を用いて構造化したものである．制約関係は，パラメータ間の数式ベース，
あるいは実データベースの関係を表す．この一つの制約を，最小の設計タスクとして認識すると，Fig.5 (A) はタ
スク・ベース DSM と理解でき，設計プロセスを計画できることになる．
Fig.5 (A) が示す設計タスクの相互作用を表現した
DSM を，MDM として定義された機能，構成要素，設計変数などの領域を参照し，クラスタリングして Fig.5(B) を生成する．この結果，機能と構造を考慮した，階層的なクラスターが生成される．機能的な関係性を重視するか，構造上の関係性を重視するかは，設計の問題の性質に依存するところがある．このため，計算機システ
ムとしては，まず候補を挙げ，設計者がそれら候補を確認しながら選択し，確定する，という対話的な方法を採用している．Fig.5 (B) は，クラスタリングの一つの結果を表している．特に，制約は基本的に双方向の依存関係
によってお互いに繋がり合っているため，このような機
能的・物理的クラスタリングは，設計プロセスを導出す
るうえで，有益な情報をもたらす．
Fig.5 (C) は，170 個の設計パラメータをクラスタリン
グし，設計方向（計算の方向など）を選択し，順序計算

入力，出力とするかは定義されていないとする．設計者
は，複雑さの原因となる制約関係の処理順序を検討した
後に，影響方向や設計プロセスを考えることで効率的な設計プロセスを導くという仮説を定め，Fig. 4 に示すような設計プロセスを導出する支援方法を構築する．
１）制約関係のグループ化と処理順序の仮定：設計行為の最小要素は，「設計変数といった製品の属性情報を決定すること」と考えることができる．この決定には制約関係が関係する．この制約関係のグループを生成し，設計プロセスを構成する設計タスクのベースとする（Fig. 4

Step 1）．グループ内部の設計と，グループ間の協調に分割して設計プロセスを検討する（Fig. 4 Step 2）．
２）制約関係に対する属性情報の入出力関係を仮定する
ことによる設計プロセスの探索：設計変数を製品の機能尺度との関係や構成要素との関係にしたがってグループ化する．このグループ間の相互依存関係という視点から見直すことで，より良い設計変数の構造化を試みる．本
研究では，設計変数のグループ同士の依存関係を表現したマトリクスを用いて，構造化手法（ISM 法：Interpretive
Structural Modeling method）を用いることで，二次的な依存関係を低減できるような目標設定を行った．さらに，制約関係に対する属性情報の入出力関係に対して，探索26

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Fig. 5: Generating Design Process through Structural Analysisを適用した結果生成した，MDM におけるパラメータ・

4.4 設計における問題設定

ベース DSM を表している．Fig.5 (C) は，プロセスを算出するための順序計算を二回実行している．一回目はク

最近の製品設計は，製品に対する要求や適用可能な技

ラスターの順序計算，二回目はクラスター内部の順序計術が多様化した結果として，「何を作れば良いのか」と算である．Fig.5 (C) は，システム LSI の全体的な設計プ

いう問題設定自体が不明確となりつつある．例えば，シロセスを示唆しており，図上部に示す解空間のパレート

ステム LSI では，製造プロセスルールの微細化や処理能上における Good Result の選択によって作成された設計力の向上が主要な設計問題であったが，二次元的に実装

順序を示している．システム LSI の設計プロセス構造化

する SoC（System-On-a-Chip）と，三次元的に実装するの結果，下記の知見が導出され，示唆された [15]．

SiP（System-In-Package）のどちらのアーキテクチャが良いかという問題が存在する．このような問題は，何を重視すべきか，何を境界条件とし，何を前提とすべきかなど，目標や意思決定の根拠を設定することを含む設計問題であり，容易には解を導出できない．このような問題に対処するためには，「良い問題設定」を課題として考えるべきであり，問題設定自体を効率的に検討できる環境が必要であると考える．そこで，設計プロセスの導出

１） DRAM の設計の前に，Logic Chip の設計を終了させるべきである．
２）テクノロジノード（トランジスタ間隔）は DRAM
や Logic Chip の設計より先に設計すべきである．
３）インサイド・バンプ（Logic Chip と DRAM Chip のインタフェイス）は最後に設計するべきである．

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Fig. 6: Iteration to Find

Good Problem

incorporating DSM [16]を支援する方法を活用した問題設定の試行錯誤の支援を

設計ポイントは様々な箇所に存在し，市場における競提案する．Fig. 6 で示すように，以下の手順により，「良

争優位性に繋がる箇所もあれば，そうではない箇所もあ

い問題の設定」を支援する [16]．

る．各箇所の特徴を見極め，適切なマネジメントの有り

Step 1: 設計者が問題を設定（仮定）する．製品情報の記述モデルを用いて，設計における前提条件や，目的関数，対象として考える製品情報を入力する．
Step 2: 製品情報に定義された重要度や目的，前提条件，
製品構造を分析し，問題を解くための設計プロセスを導出する．これを構造化と呼び，計算機によって，入力された問題設定と，製品の情報モデルを用いて，設計が効率的に行えるように，設計プロセスを導出する．
Step 3: 導出された設計プロセスにしたがって設計を進め，計算による解探索の実行を可能とする．
Step 4: 得られた解から知見を得て，問題定義にフィードバックする．ここで，Step3 で得られた解空間を俯瞰し，知見を得る．設計パラメータ間のトレードオ
フ関係や，ボトルネックとなる設計要素，あるいは最適化の限界を，解空間から導く．

5. 製品と組織の構造分析に基づく設計マネジ
メントスタイルの決定
製品の設計開発プロジェクトをマネジメントするためには，設計プロセスにおける調整作業を十分に考慮し，マネジメントがし易いように設計プロセスを構成しておくことが肝要である．例えば，各設計者に対して，担当する設計に対する「仕事の定義」を明確に与えることで，設計開発プロジェクトの複雑さの低減が期待できる．

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方を戦略的に考える必要がある．そこで，製品とその設計プロセス，およびその設計を実行する設計組織の統合
モデルを統合的に検討した設計開発のマネジメント手法を提案する [17][18][19][20][21]．

5.1 設計マネジメントの背景と基本方針
本研究では，設計プロセスを構成するタスク間の関係
性，および設計組織を構成する人材間のインタラクショ
ンを分析することによって，設計・開発プロセスの構成と設計組織の編成を支援するために，製品情報，設計プ
ロセスと設計組織のモデル化を行い，計算可能な形式
で記述表現する．具体的には，MDM （Multiple Domain

Matrix）の形式を用いて，製品情報，設計プロセス，設計組織の各要素からなるプロジェクトを構成する情報間の関係性をマトリクスで記述表現する．MDM は，DMMと DSM の二種類のマトリクスから構成するが，品質機能展開（Quality Function Deployment - QFD）の品質表
を，製品情報を記述する DMM モデルとして活用する．
QFD の製造業での認知度は高く，実際の設計現場で利用する事例も多い理由から，有効活用する．
製品情報については３章で述べているが， QFD を製品情報として利用する概念を Fig. 7(A)(B) に示す．Fig.
3 では，属性情報である機能尺度や設計変数が制約関係で関連付けられていたが，QFD ベースの製品情報では，制約関係を介さない形式で，機能尺度と設計変数の対応関係が表現されることが特徴である．

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Fig. 7: DMMs of Design Process and Design Organization

5.2 設計プロセスと設計組織のモデル化

指す．

設計マネジメントを実現する上で必要な情報モデルと以上のタスク以外にも，単一もしくは複数の構成部位して設計プロセスと設計組織のモデルを次のように定義を試作する試作タスクや，試作された構成部位を用いてする．これらのモデルは互いに関連し，統合モデルを形

機能尺度が要求されるレベルを満たしているかどうかを成する．

評価する評価タスクなどが存在する．

（１）製品開発プロセスモデル製品開発において様々な（２）設計組織モデル（Fig. 7 (C)(D)）

タスクが存在するが，本稿では，下記のタスクを中心にモデルを検討している．

設計組織を表現するために，以下の要素を定義する．
設計リソース： 設計を行う人材を表現するモデルとし設計タスク： 設計タスクとは単一もしくは複数の設計て定義する．ケーパビリティを持ち，組織ユニット

変数の決定を行う設計行為を指す．設計タスク間にに所属する．コミュニケーションの有無が設計リは実施順と情報交換関係がある．また，一連の設計

ソース間に記述される．

タスクとその実施順，それを管理する検討タスク群

組織ユニット： 設計を実行する組織の基本単位をモデをまとめて設計プロセスを表すと捉え，当該部分をルとして定義する．複数の設計リソースが所属す設計プロセスモデルと呼称する．

る．同一の組織ユニットに属する設計リソース間検討タスク： 検討タスクとは，設計タスク間で設計変には，情報交換，知識・経験の共有などのコミュニ

数間の調整がどのようになされるべきか方針を検ケーションが存在すると考える．設計リソースの討・決定する行為を指す．あるいは，先の検討タス

ケーパビリティの保有に関しては，¬設計能力としクにて決定された方針のもと設計行為が行われ，設て利用可能，­設計能力として利用可能ではないも計対象間の整合が取れていることを確認する行為をのの他者の設計論理を理解可能，の二段階の熟練度

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される．本研究では，リーダーシップや人材のマネジメントなどの人的資質については言及しない．

5.4 製品構造の分析に基づく開発プロセスの構成
設計活動は機能尺度が要求品質を達成するように設計
変数の改善を行っていく一連の活動と捉えることができる．４章では，製品情報として記述された制約関係と設Fig. 8: Relationships between Design Parameters, Capabilities, Design Task and Design Resource

計変数，機能尺度の属性情報を利用して設計プロセスを導出する手法を示した．
しかしながら，設計の上流では，設計変数から機能尺度を決める具体的な制約関係の情報が未定の場合が多く，制約関係の情報を利用した設計プロセスを導出は難しい場合がある．このような場合への対応として，設計変数と機能尺度に対する影響関係から設計プロセスを導出する手法を検討した．これは，Fig. 9 に示すように設
計変数間の優先関係を算出し，便宜的に設計プロセスを導出する手法である．
設計変数間の優先関係は機能尺度毎に，1）感度，2）
リスク，3）前提条件設定の三つの視点から与えられる．
リスクとは，当該設計変数を当該機能尺度の向上のために，その影響特性と同方向に設計変数を変更した場合に，他の機能尺度に及ぶ悪影響の度合いを表す．リスクは影

Fig. 9: Extracting Design Tasks and Design Process

響特性と機能尺度の重要度，および前提条件設定を利用して計算によって求まる順位尺度とした．
設計変数間の優先関係は二つの設計変数間に与えらを記述する．また，設計リソースの持つケーパビリれるものだが，それを製品モデル全体にわたって分析す

ティの醸成が行われるものと捉える．

ることで，設計変数の決定を数段階の序列にすることができる．この算出された序列を以って設計の実施順とす

5.3 製品情報，設計プロセス，設計組織の統合モ
デルる．この処理においても，DSM の Partitioning 手法を適用する．

設計プロセスは製品情報との関係から記述される．設計タスクと設計変数との間のリンクは，当該設計タス

5.5 設計タスクと設計リソースとの割り当て関係

クが当該設計変数の決定を行うことを示している（Fig.

マネジメントすべき対象は，製品の設計変数を決定す

8）．
また，設計プロセスと設計組織は，設計プロセスを構成するタスクに対し，それを実行する設計リソースを割り当て，連携させる．各タスクが担当する設計変数間に調整関係が存在する場合，自ずとそれらタスクの間にも調整関係が存在することになる．これによって，設計プ
ロセスのマネジメントの有り様を，それを行う人的側面から検討することができる．
設計プロセスと設計組織の連携については，設計者のケーパビリティ（能力）に注目し，共通してケーパビリ
ティをモデルに記述することで，設計プロセスと設計組織のモデルを連携する．

る設計タスクおよびその実行者である設計リソースの割当て関係である．設計リソースを設計タスクに割当てる
際には，そのタスクを実行する能力の有無確認だけでなく，そのタスクが調整関係を持つ他の設計タスクとの関係を考える必要がある．設計タスク間の調整関係は各タスクが決定をする設計変数間の関係によって与えられ，そこから，調整が重要なタスク間の関係などがわかる．
タスク間の調整に対しては，各タスクの実行者が自身のタスクと関係する他のタスクの理解度が影響を及ぼす．つまり，担当する設計者の設計タスクに対する理解度が，設計プロセスのマネジメント性に大きく影響を与える．

ケーパビリティ：設計を行うために必要な能力を表現

Fig. 10 は，熟練度の指標を定義し，設計リソースのする情報をモデル化する．ケーパビリティ間には，各設計タスクにおける設計論理の理解度を算出する方法

異なるケーパビリティ間の分野横断的な連携が記述を示している．この理解度を，設計プロセスのマネジメ

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うな中で，製品設計手法のーつとして注目されている手法として製品ファミリの設計がある．製品ファミリとは，複数の製品においてプラットフォームやモジュール，部品などが共用化された製品群である．複数の製品で共通する部分を最大化し，独自に設計すべき固有の部分を最小化ことで開発コストを抑え，製品の多様性を実現する設計手法である．本章では，製品と組織の構造を考慮した製品ファミリの設計を議論する．

6.1 製品ファミリの設計における課題
Fig. 10: Calculating Understanding between Tasks by Proficiency

近年，自動車などのインテグラル型の製品をモジュー
ル化し，モジュールを共通化することで製品ファミリを設計する戦略的な取組が多く見られる．しかしながら，ント性を評価する指標として使用する．また，各設計タ
スクは複数のケーパビリティを要求するために複数の設計者によって実行されることもある．関連タスクが要求するケーパビリティのすべてに対して，それぞれの設計
リソースがどの程度の熟練度を有しているかによって設
計タスク間の理解度を算出する．

インテグラル型の製品は部品間の相互依存関係が強いため，モジュールの構造を決定することは容易ではないといった課題があり，モジュールの設計支援が要望される．
モジュールの構造は，製品の種類や設計品質に関係するため，設計の上流段階におけるモジュールの構造決定は非常に重要である [22]．そこで，設計の上流段階の特徴である製品の機能構造に着目し，その構造分析と組織

5.6 設計プロセスの実行体制のマネジメント性評価
設計リソースの設計タスクへの割り当てが変われば，各設計プロセスに対する理解度は変わる．したがって，
設計プロセスのどの様な実行体制が，設計プロセスのマ
ネジメント性の観点から適切なのか検討する必要がある．

Fig. 11 は，設計プロセスと設計タスクの担当によって算出される実行体制案と設計プロセスの実行マネジメン
トの難度の対応を示している．左側に設計タスクと設計担当の対応を示し，右側は，設計タスク間の実行マネジ
メント難度を記述した DSM（Design Task Implementing
Management Difficulty DSM）である．タスク間のマネ
ジメント難度がセルに示され，難度に応じてセルが色分けされている．青に近いほど易しく，赤に近いほど難し
い．また，数字の色は当該タスクとの間の前後関係の有無を示す．対角セルは自身との調整であり水色に，前後関係のあるタスク間は緑色，無い場合は赤になっている．
Fig.11(A) は，能力の高い設計リソースに仕事を集中させることによってマネジメント性を最大化している．
その結果，担当者：rsc5 はタスクに割り当てられていな
い状況が確認される．Fig.11(B) は，タスク分担が均一化された担当案となっている．能力に劣る設計リソースにタスクに割り充てている理由により，マネジメントの難易度は上がる結果が示されている．

構造を考慮した製品ファミリの設計を支援するための設計手法を提案する．

6.2 製品情報のモデル化
製品設計の上流段階を想定し，提案する「製品ファミ
リのアーキテクチャの決定」を，以下の二つの視点から考える．
１） モジュールの分割構造の決定：製品を分割する単位であるモジュールを決定する．
２） モジュールの共有構造の決定：上記１）で決まった
モジュール分割構造において，各モジュールの製品群内での共有構造を決定する．
本研究では，以下の情報を所与とした上での製品ファミ
リアーキテクチャの設計問題とする．

A) 想定する製品ファミリの種類：製品ファミリにおける種類，および各種類に要望する機能尺度の情報は既に定義されている状況を想定する．
B) 製品の機能構造の情報：A) で定義した機能尺度と設計変数（設計対象となる値）の対応関係が既知であるとする．この情報は QFD（Quality Function
Deployment）の品質表の情報を活用する．
Fig. 12 にソーラーボートのプロジェクト演習を題材

6. 設計組織を考慮した製品ファミリ設計の支援とした設計開発プロジェクトの製品情報，モジュール情報，組織情報の例を示す．構成する情報は様々な関係に製造業は，多様化する顧客要求にフレキシブルに対応し，効率良く製品設計する必要に迫られている．このよ

よって結びつけられており，必要に応じて関係情報が抽出され，システムの特徴量として指標化される．

Oukan Vol.10, No.1

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AOYAMA, K., OIZUMI, K., and KOGA, T.

Fig. 11: Change of Management Difficulties by Task Allocation

Fig. 12 に示すように，本研究では，機能構造に基づに，モジュールの種類に応じて，モジュールを統括する

き，設計変数間の調整関係を定義する．各製品ファミリ

設計ユニットが存在し，設計ユニット間がコミュニケー案を調整関係のネットワークで表現し，これを分析する

ションを取り，意思決定をすることでモジュール間のイことで製品ファミリの評価をおこなう．設計変数間の調

ンタェイスを決めている」と仮定する．

整関係は，ともに機能尺度に影響関係を持つという共役

一方，設計組織は木構造により表現され，設計組織性から導かれると定義する．調整関係の重みの大きさは，の階層は調整作業の順序を規定していると理解できる．

設計変数間の調整をする際の仕事量を表すものであると組織構造が調整作業の順序を規定しているという理解か定義する．本研究では，調整関係をする際の調整作業量

ら，製品ファミリと組織構造の適合性を評価することには，設計変数が与える影響感度に依存すると仮定する．

よって，最適な組織編成を議論する．

設計変数間の調整関係は二種類に分類される．

- インタフェイスリンク：異なるモジュール間の調整関係であり，個々のモジュールの仕様決めや制約条件を決めるといったモジュール間の決めごとー般を指す- 摺り合わせリンク：モジュール内でおこなう調整関係であり，インタフェイスリンクの決定後に個々のモジュールの設計をする際に考慮する調整の関係

6.4 モデルを用いた各評価指標
１） 総調整数：製品モジュールの共有化による調整作業の低減量を示す指標であり，製品ファミリの調整関係のリンクの重みの総和を算出する．
２） 妥協率：異なる製品でモジュールを共有化すること
は，部品の過剰性能を許容する方向となり，製品毎に最適化が困難となり，妥協が発生する．そこで，
この妥協を定量化する妥協率を定義し，指標化する．
妥協率は，モジュールが共有化される製品同士にお6.3 設計組織のモデル
モジュールの分割構造は，分業の構造を規定していると解釈できる．そこで，「製品ファミリを設計する際

32

ける各機能の要求レベルの相違から算出される．
３） 調整時間：モジュール構造は分業構造を規定するた

横幹 第 10 巻 第 1 号

Design Management with Structural Analysis of the Product Systems

Fig. 12: Information Model for Product Family Design and Resource Management

め，設計開発のリードタイムに影響を及ぼす．製品

種類の製品ファミリを実現するモジュールの分割構造，

ファミリ案の調整ネットワークの構造から調整時間

共通構造，組織構造を検討する（Fig. 13 (A)）．

を算出することで，分業の効率性を評価する．
４） 調整阻害度：分業することにより調整作業は阻害される．設計の組織構造における業務ユニット間の業務距離から阻害される調整作業の量を算出する方法を定義し調整阻害度を算出する．

製品情報として製品要素は 9 要素，設計変数は 25 変数，機能尺度は 6 尺度からなる製品を設計対象とする（Fig. 13 (A)）．この製品から算出される製品ファミリの全案は 17,450 案となる．妥協率と総調整数を軸とした解空間には，Fig. 13 (B) に示すようなパレート面が存在する．調整作業を減らそうとすると妥協率が上がり，6.5 製品ファミリ案と設計組織構造案の導出方法

妥協率を小さく抑えようとすると総調整量が増加するト
レードオフ関係の存在が理解でき，総調整数と妥協率を製品ファミリ案は，製品のモジュール分割構造と共有

高いレベルでバランスする案を抽出する際に貴重な示唆

構造によって定義される．モジュール分割構造は，与えを与える．Fig. 13 (C) は，設計開発の実行体制を考慮しられた製品の構成要素のネットワークを対象にグラフたファミリ案の相違を示している．分業を重視したファ

分割アルゴリズムを用いて算出される．算出されたモミリ案は Plan I，摺り合わせを重視した案は Plan II で

ジュール構造に対して共有化パターンを検討することにある．調整時間と調整阻害度の相違がグラフから理解でよって，可能性がある全ての製品ファミリ案を導出する．

き，ファミリ案の特徴と，組織構造の組合せを議論する
意味を理解できる．

6.6 プロトタイプシステムの実装と検証例
6.2 節の例題と同様に，ソーラーボートに製品ファミリ戦略を展開することを想定して，設計要求が異なる三Fig. 14 に設計の組織編成の導出結果を示す．パレート付近の組織構造案（Structure Type 1-3）においては，赤Oukan Vol.10, No.1

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AOYAMA, K., OIZUMI, K., and KOGA, T.

(A) Definition Problem: Solar Boat

(B) Calculated Product Family Plans
Fig. 13: Example of Product Family Design (Solar Boat)

枠で囲んだ組織構造が共通である．これは，モジュール

る理由によると考えられる．また，この二つのモジュー

I { ストラット，主翼，舵 } を担当する設計組織（Unit 1）とモジュール II { 主船体，副船体 } を担当する設計組織（Unit 2）が同一階層に存在することを意味する．これは，この二つのモジュールの間には大きな調整関係があルは同じ共有構造であるので，設計の組織構造案 1 のよ34

うに，この二つのモジュールを他のモジュールと切り離して調整作業をできるようにすると各モジュールを独立して設計できるようになる．これによって，設計の組織

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Design Management with Structural Analysis of the Product Systems(C) Checking Total Coordination and Demand Compromise
Fig. 13: Example of Product Family Design (Solar Boat)

構造案 1 は大幅に設計時間を短縮していることがわか関係から必要とされる情報を抽出する手法を整理し，体る．調整作業における分業と調整のしやすさを同時に考系化することはシステム設計の手法として重要となる．

慮したバランスのとれた設計組織編成案を生成すること

アナログ時代の情報獲得には限界が存在したが，デジタができた．

ル時代，クラウド時代では情報獲得の敷居は低くなり，

本研究では，製品に対して，モジュール分割構造を決

多種多様な情報をまとめて取り扱うことも可能となってめ共有構造を決める問題として捉えたが，実際には共有いる． 情報の相関関係から組織の集合知を収集し，有化の構造は様々なレベル（モジュール，サブモジュール，

効活用する事は組織力の観点で重要である．システムを部品などのレベル）であると考えられ，段階的な共有構

俯瞰して捉え，問題解決を進める方向に役立てば幸いで造を検討できる支援環境の構築が望まれる．

ある．

7. おわりに
参考文献

本稿では，製品の設計開発を対象に，製品，設計組織のシステムをネットワーク／マトリクスで表現し，その分析による問題解決に関するアプローチを紹介した．
その中での，特に，様々な情報の相関関係（影響，依存等）の情報を有効活用することの重要性を確認できた．
詳細な情報が未確定な状況である上流工程においても，情報間の関係情報を有効活用し，その関係の背後にある多様な情報を抽出し，意思決定のマネジメントに活用されることが期待される．
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青山 和浩
1963 年 10 月 18 日生．1989 年東京大学大学院工学研究科修士課程船舶海洋工学専攻修了．2008 年東京大学工学系研究科教授（システム創成学専攻），現在に至る．システム工学，設計工学，生産システム工学，
溶接工学，船舶工学などの研究に従事．工学博士．日
本船舶海洋工学会功労員，日本機械学会フェロー，人工知能学会，情報処理学会，溶接学会などの会員．

大泉 和也
1984 年 3 月 4 日生．2013 年東京大学大学院工学研
究科博士課程システム創成学専攻修了．東京大学工学系研究科特任研究員（システム創成学専攻），現在に至る．システム工学，設計工学などの研究に従事．
工学博士．日本機械学会，設計工学会などの会員．

古賀毅
1973 年 5 月 28 日生．2005 年東京大学大学院工学研究科博士課程環境海洋工学専攻修了．2011 年山口大学大学院理工学研究科准教授（機械工学専攻, シス
テム設計工学系専攻），現在に至る．システム工学，
設計工学，生産システム工学などの研究に従事．工学
博士．日本機械学会，設計工学会などの会員．

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