プロトタイプ
プロトタイプ(prototype)は、原型。一番最初の、形にしたもの。それを土台にしてさまざまなパターンを生み出してゆくための、最初のもの。試作品。
prototypeの接頭辞「proto- プロト」の意味は「最初の」である。
日本語では試作品ともいう「試しに作る品」という意味になるように造語された用語である。ただしこの言葉を使う人が皆、これを言う前に毎回それをはっきり意識しているかどうかは定かではない。。機械分野や航空機分野では「試作機」「試験機」「実験機」などとも言う。車の業界では「試作車」とも。分野によっては「仮組み」と呼ぶこともある。「仮に組んでみるもの」だからである。
まずはプロトタイプを1個作ってみることで、ようやく新しい技術や新しい機構の検証や試験を行うことができ、大量生産に入ってしまう前に問題点の洗い出しができ、それを判断材料にして改良したものをまた1個、あるいは改良の方向性の違う試作品を数種類ほど作り、それをまた検証や試験してみてまた改良したものをつくり...ということを何回か繰り返し、もし納得できるレベルに到達すれば、ようやく試作段階が終了したと見なすことができ、完成品の設計図を描き、それをもとに必要な部品を大量発注し、工場のラインでの大量生産(「本生産」)の段階に入ってゆく。納得が行くレベルに到達しなければ、プロトタイプのままで終わるということになる。そうなったものを《試作止まり》という。開発をしている側の人間から見ると、《試作止まり》になるもののほうが数が多く、実際に製品化されるのは一部である。野球で打席に立ってバットを振っても、出塁できるのは通常は2〜3割程度にすぎず、残りの7〜8割は結果が出ずベンチに戻る、というのと同じことが、開発の世界でも通常は起きている。消費者の側は、製品化されて自分が眼にすることになったものばかりに気を奪われ、そういったもののプロトタイプの情報ばかりを見ているので、プロトタイプはきっと量産化すると勘違いしているきらいがあるが、そうではなく、たいていのプロトタイプは、何度か作っても期待ほど使い勝手が良くなかったり、期待の性能値が出せなかったり、仕様を詰めて生産コストなどを計算してみたら採算が採れないと判明するなどして、製品化されずに終わる。形にしたことでそのようなことが分かり、無謀な大量生産をせずに済み、破綻を免れることができるということも、プロトタイプを作る目的のひとつである。
工業分野で何か新しい技術を活用した部品や製品を作ったりする際、頭の中にあるイメージだけをもとに完璧な設計を行う事は難しく、その図面通りにいきなり生産ラインに乗せて大量生産を行うということはできない。いきなりの大量生産したとして、生産ラインの端から次々と出てきたものを見て、その段階で、ほぼ間違いなく品質が不完全な品(不良品)だと気づくことになる。(「かも知れない」ではない、ほぼ間違いなく、である)、大量の不良品を作る結果を生み、不良品は販売することもできず、うっかり販売すれば自社製品の信用はガタ落ちとなりその後は自社製品の売上は低迷する。またうっかり販売してしまった不良品は自社負担で(送料なども負担するなどして)回収しなければならなくなり大赤字であるし、また不良在庫の山を作り出し結局廃棄物として処分するのに莫大な費用がかかる。小規模な会社やスタートアップ企業なら不良品の大量生産を1〜2回するだけで倒産する。大企業も数回やらかすと信用がガタ落ちとなり、販売が低迷し、没落してゆく。もちろん、滅びたければ、どんなガラクタでも大量生産はできる。通常は試しに1個ないしは数個、手作業でよいので、とりあえずアイディアや図面の一部分、あるいはアイディアを簡素化したものでよいから、とりあえず実体化(物体化)したものを作ってみて、まずはそれに手で触れてみたりそれを動かしてみたりして、それが心で思い描いていた通りに動くのか(期待した性能値をはじき出すのか)、あるいは逆に実物として触ってみると使い勝手が悪いものなのか(期待した性能値が出ないのか)、まずは実物化したもので確かめてみる、ということを行う。そのようにして、最初に作るものがプロトタイプである。
なお、大量生産するものでなくても試作の段階のものは「プロトタイプ」という。たとえば競技に参加する場合、本番で使うことになる実機は1台だけの場合でも、その完成度の高い、本番用の1台(あるいは予備機も含めた2〜3台)にたどり着くための原型としてまず作るものは「プロトタイプ」である。
またプロトタイプの「プロト」の意味は「最初の」だが、これは相対的、比喩的に言っており、2番めの試作品や3番目の試作品もプロトタイプと言う。(本生産に入る前に、検証のために作っているものであれば「プロトタイプ」という。)
プロトタイプを活用することでより良い製品を生み出す手法や開発の効率を高める手法はプロトタイピングという。
エレクトロニクス製品も、まずはプロトタイプを作る。
電子回路に関しては、試作基板(ブレッドボード)で回路を実際に試しに組んでみる。いきなりプリント基板を大量発注するということは行わない。近年ではソフトウェアの回路シミュレータがあるので、ものによっては、まずはソフトウェアで電子回路のシミュレーションを行って、大丈夫そうなら次にプロトタイプをブレッドボードなどで組んでみて、それでも大丈夫そうならプリント基板を発注するという手順を踏む場合もある。
なお電子回路においては、プロトタイプ品と量産品で性能に違いが出てしまうことがある。これは部品の数や違い・プリント基板のパターン引き回しの違い・空中配線部品を使ったかどうかなど、様々な要因で起きる。特に高周波回路ではわずかな違いが原因で性能に差が出てしまう。
コンピュータのハードウェア製造する場合も、まずはプロトタイプを作る。特に大量生産する計画があるならば、まずはプロトタイプをつくる。
コンピュータのソフトウェアに関しても、プロトタイプは活用される。
C言語には関数プロトタイプ宣言というものがあるが、これは関数・サブルーチンの引数と返り値の値を宣言するものである。外部とのやりとりを示す「宣言」に対し、中身を示すものを「定義」と言う。
プロトタイプベースのオブジェクト指向プログラミングでは、プロトタイプは「クローンとしての新しいオブジェクト」を作ることができるオブジェクト、のことである。逆にそのクローンの側から見ると、自分がクローンとして作り出される元となったオブジェクトがプロトタイプである。
プロトタイプ・プログラムを日本語では「試作プログラムなどと呼ぶ。日本においては、プロトタイプの段階から次の段階へ進み、人々に見せてもよい段階に入ったものは「デモ版」「デモ・プログラム」「ベータ版」、まれに「アルファ版」(ベータ版の更に手前)などと呼ばれる。
Adobe_Directorなどのツールを使うと、通常の開発環境より迅速にメニュー画面などのプロトタイプの作成が出来る。また、実際の開発環境との互換性が全く無いため確実にプロトタイプを破棄できる利点がある。
自動車業界ではプロトタイプは、基本的には性能の確認、新たな装備・機能の試験、社内での各専門家からの意見聴取などの目的で作られる。
プロトタイプは、基本的にあくまで開発のためのものであり、社内のためのものであり、基本的には外部には見せないものである。他社との競争に勝つために開発段階の技術は、基本的に、他社に漏れないようにする。
秘匿のしかたについて言うと、
サスペンション、エンジン、トランスミッションなどの見えづらい部分について新しい技術を導入する場合、現行型を改造してプロトタイプとする場合もある(その場合、外観ではプロトタイプとは知られない)。フレームや雨避けに関するプロトタイプだと、見る人が見れば現行車種と異なることが分かり、プロトタイプとバレてしまう。秘匿するために、スタイリング決定後に公道で試験を行うプロトタイプは、人々に知られないように、覆面や偽装を施すこともある。例外はある。人間は他人(他社)の秘密を知りたがるという心理的性質を利用して、まるで釣りの疑似餌のように、人々の関心を釣るために使うのである。マーケティングやブランディング手法のひとつである。プリンス・R380やトヨタ・2000GTの速度記録試験車、果てはソニーが次世代のカーエレクトロニクス・カーデバイスの検証用として試作されたセダン型電気自動車・VISION-Sなどは、宣伝目的で、意図的にメディアに露出された。
エアロダイナミックス(空気力学)の試験のためのプロトタイプは風洞実験ができればよいので、外形だけができていればよく、走行できないものでもよい。縮尺模型など実物大ではない場合もある。
公道走行で検証・試験を行うためのプロトタイプは、日本では「試作車」(輸入車の場合は「型式不明車」)として登録をする必要があり、自動車検査証の交付を受けた状態、もしくは臨時運行許可番号票や回送運行許可番号票を取り付けた状態で公道走行試験を行う。
モータースポーツでは、国際自動車連盟(FIA)などの用語でいう「プロトタイプ」は、この用語を拡大解釈ぎみの使い方をしており、「(まだ)市販段階に至っていない車」といった程度の意味であり、レギュレーションを定めることで競技カテゴリが作られており、競技用のプロトタイプ車が作られていて、プロトタイプと言っても競技車としては完成度がそれなりに高い車が参加する。
新しい鉄道車両を開発する場合も、プロトタイプを作る。
まずはコンセプト図や図面を描いてみるが、空気力学上の性能を確かめるためにはまずは外形だけを形にしたプロトタイプをつくり、風洞実験で具体的な性能の数値を把握する。
線路上で走らせるプロトタイプもあり、「試作車」などと呼ばれる。
プロトタイプ車を用いた試験や試験運行でデータを集め、改良したほうがよい点が見つかれば、仕様を修正したものを量産車の仕様とする。
プロトタイプは、通常、廃棄されるというわけではなく、試験段階で改良すべき点が見つかれば、そこだけ改良を施し、量産化が実現し同型の車両が増えた後も、そのまま実際の営業運転に利用されることが多い。量産車と同一に改造される例も多いが、許容範囲であれば、多少異なっていてもそのまま使用される事例も珍しくない。
鉄道車両のプロトタイプの形式は、やや特殊である(モハ90系→101系、EF90→EF66、901系→209系)。また番台区分が異なっていたり(209系950番台→E231系900番台)、外観や組成・編成などが量産車と異なる場合(300系新幹線J1編成、E3系新幹線S8編成→R1編成、207系F1編成など)がある。
また、試験した結果 量産が見送られた場合には、プロトタイプは「1形式1両のみ」(や「数両のみ」など)の車両となってしまうことがある(前者では207系や713系、後者ではJR東日本クハ415-1901や、日本貨物鉄道(JR貨物)のEF500およびED500が該当する)。さらに一連の試験を終了した車両や量産が見送られた車両については、共通運用が組めない使い勝手の悪さなどから車齢が10年を満たないうちに、廃車となる場合もある(後者ではE331系など)。また、営業運転はおろか試験を行う事なく廃車された車両も存在する(キハ285系がその例)。JR東海のN700系やN700S系の先行試作車(9000番台)のように、量産車登場後は営業運転に投入されず、そのまま試験用の編成とされる例もある。
北米の模型・プラモデルの世界では、プロトタイプとは模型を作る際に原型とした実物のこと。(たとえば鉄道模型のプロトタイプは実物の鉄道車両であり、自動車模型のプロトタイプは実物の自動車であり、模型航空機のプロトタイプは実物の航空機であり、兵器模型のプロトタイプは実物の兵器である)
例えば、アサーン社がEMD GP38形ディーゼル機関車の模型を作る際、実物の機関車のことを「プロトタイプ」と呼ぶ。
また、北米の鉄道模型マニアの間では模型を製作する際に参考とする実物の鉄道車両・鉄道施設のことをプロトタイプと呼ぶ。さらに、鉄道ジオラマやレイアウト、シーナリー(鉄道模型における地形や景観の模型化)を製作する人々にとっては、ジオラマ化・シーナリー化するものは全て、たとえば駅舎、周囲の建物、道路、街並み、自然の景観なども、この世の実物は全てプロトタイプである。
北米の模型の世界で特に好まれたプロトタイプは次のものである。
自動車(1957年型シボレーは多くの模型が製造された)
兵器(たとえばM4シャーマン戦車。他にも装甲車・戦艦・戦闘機など)
貨物自動車、トレーラートラック
宇宙船(アポロやサターンV、ISSなど)
なお、SF作品に登場し、本当は実物が存在しないもの(例えば、スター・ウォーズのXウイング、スタートレックのU.S.S.エンタープライズ号など)をプロトタイプと呼んでよいかどうかは議論があるところである。
なお、人間や生き物の形をしたフィギュア(特にアクションフィギュア)を製作する際には、その人間や生き物をプロトタイプとは呼ばない。彫刻や絵画の場合と同様にモデルと呼ぶ。
日本の模型の世界では、プロトタイプというと、模型の中でも試作段階の模型である。個人が作る模型なら、試しに作っている段階の模型である。個人なので作られる数は少ないが、譲渡されたり販売されることはある。模型を製造する企業にとっては、社内で試作している段階の模型である。また量産段階に入っていないものでもあり、試しに少量だけ作り販売(あるいは限定配布)することがあり、そうすることでまず人々の反応を確かめ仕様を改良して量産する場合もあれば、結局、量産しない場合もある。
『機動戦士ガンダム』では主人公のアムロ・レイが偶然の行きがかりから、モビルスーツのプロトタイプ(試作機、原型機)に搭乗して操縦したことをきっかけに物語が繰り広げられた。以後、主人公がプロトタイプ機に乗るという設定を模倣する作品がいくつもつくられた。
2008年公開の映画『アイアンマン』(第一作)では、トニー・スタークがテロリストに捕まった際に生命維持のために小型アークリアクターを手作りする(これが後の小型アークリアクターの原型となった)。そしてテロリストの巣窟から脱出するために、ありあわせの金属部品やボンベを組合せて作ったツギハギの金属製スーツは、後のアイアンマンスーツのプロトタイプとなった(そしてそれは「マークI」と呼ばれるようになった)。トニーは無事生還してからもマリブの豪邸の地下の研究室でスーツの試作を続け、掌や足裏部分に推力発生装置を加え、未塗装で銀色のプロトタイプ「マークII」を作ったが、はしゃいで高高度に上昇したところ低温で凍結・機能停止、落下し「マークII」ごと死にかける。「マークII」の低温凍結問題を解消し両掌から「リパルサーレイ」を撃つ機能を足し赤色と金色に塗装したものが「マークIII」で、この「マークIII」で悪と派手に闘い、その後の記者会見で正体を明かしトニーはアイアンマンとして世に広く知られるようになった...という設定のフィクションである。続編『アイアンマン2』以降もアイアンマンスーツのプロトタイプが続々と登場する。