Transcript システムアプローチでは
2章 システムの問題定義と概念化 2章 システムの問題定義と概念化 1 2章 システムの問題定義と概念化 問題の設定 4501021 大野治宣 2 2章 システムの問題定義と概念化 2.1A 問題と問題定義 問題定義 システム工学は問題解決を目指す。 ↓ 解くべき問題の明確化。 •何をどう定義すればいいのか？ •問題とはなにか？ 3 2章 システムの問題定義と概念化 問題の概念 図１,問題のモデル化 状態の集合をS，状態を遷移させる作用素をA(S×A→S) とすると，これに初期状態sｉ，目標状態sg(si，sg∈Ｓ)を 加えた４つの要素からなる組＜S，A，si，sg＞を問題と呼ぶ。 4 2章 システムの問題定義と概念化 問題定義で明確化するべき要素 システム工学の問題定義では，以下の項目を 明確化する必要がある。 ①目的・目標 ②制約 ③評価基準 ④現状 5 2章 システムの問題定義と概念化 ①目的・目標 目標状態を定性的または定量的に 表現したもである。 定性的：性質や成分に注目すること 定量的：量や数値に注目すること 問題状況の中から目的を顕在化させることは難しい。 長期的な視野に立って目標や目的を設定するときは， 立てた目標・目的が達成される将来での状況を予測 するべきである。 6 2章 システムの問題定義と概念化 ②制約 作用素の集合Aや状態の集合Sの枠で 問題定義中では完全に把握する必要は無く， システムの概念化の中で明らかにするだけ でよい。 問題解決において許容できない，または 考慮する必要が無い状態・作用素・作用素 の系列は，明確にする。 7 2章 システムの問題定義と概念化 ③評価基準 複数ある作用素の系列(「代替案」と呼ぶ) 同士の価値や優劣を判定するための尺度となる。 現状と理想との差を測る尺度となる。 8 2章 システムの問題定義と概念化 ④現状 初期状態siについてで，自明な時もあれば，調 査分析を行わなければならないときもある。 利用可能な問題解決の作用素の調査も含まれる。 9 2章 システムの問題定義と概念化 問題の認識 問題を認知には個性が発揮される。 １つの問題状況でも無数に問題定義が 可能である。 問題解決の最中に新しい情報が 追加されてゆく。 問題に対する認識の変化から， 目的自体も変化する 10 2章 システムの問題定義と概念化 グループでの問題定義 メンバーは個人の問題について取り組 んで，全体の問題定義がなされにくい。 ①～④の項目を最初から完全に定義で きるとは限らない。 11 2章 システムの問題定義と概念化 まとめ 実際にはシステムアプローチを何回も 繰り返す中で徐々に問題定義が明確に なってゆくことが多い。 システムアプローチでは，問題の再定義を 可能とする立場を忘れてはいけない。 12 2章 システムの問題定義と概念化 2.1B 問題の分類 システム工学では対象とする問題が 多種多様であるために，全ての問題を 同等に取り扱うことは出来ない。 13 2章 システムの問題定義と概念化 ①「やさしい問題」・「むずかしい問 題」 むずかしい問題について考える。 ⇒手間が大変 時間量計算(計算に要する時間)や領域計算(計算 に要するメモリ)が膨大である。 例) 行列の加算・乗算：多項式オーダー 彩色可能性問題(列挙法)：指数オーダー 図２，発散の速さ 14 2章 システムの問題定義と概念化 ②－１ 良定義と悪定義 問題状況は境界を設定しにくい開いた 世界であることが多いため人の認知のに 応じて問題の意味合いが異なってくる。 問題状況を把握すれば初期状態・目標状態を 明確に規定できるものを良定義問題と呼び， 明確に規定できないものを悪定義問題と呼ぶ。 「問題定義が明確でない」＝悪定義問題 15 2章 システムの問題定義と概念化 ②－２ 良構造と悪構造 問題解決の手順をアルゴリズムとして明示 (プログラムやマニュアル化)できる問題を良 構造問題と呼ぶ。 アルゴリズム化しにくい問題やアルゴリズム に出来ない問題を悪構造問題という。 「問題解決の手順が明確でない」＝悪構造問題 16 2章 システムの問題定義と概念化 ③分析型と合成型 表１，分析型と合成型の比較 表１に示したように分類される。 分析型は探求型・保全型，合成型は開発型と呼ばれること もある。 17 2章 システムの問題定義と概念化 ④その他の分類 問題の発生による分類 (天降り型，自発型，事故発生型， 本末転倒型) 因果関係による分類 (順問題，逆問題) 数学の概念からきた分類 (良設定問題，不良設定問題) 18 2章 システムの問題定義と概念化 2.1C 問題解決モード 4400097 藤岡和生 19 2章 システムの問題定義と概念化 目的 システムズアプローチでは, 問題の目的の達成の仕方に ついて厳格なレベルがある。 2.1.Cでは,問題解決のレベル (問題解決モード)の 問題の分類を考える。 20 2章 システムの問題定義と概念化 (1)最適/満足/可能解の探索 代替案の評価基準をfとする。 制約を満たし問題の目的Sgを達成する ことができる代替案の探索には, 次の３つの問題解決モードがある。 21 2章 システムの問題定義と概念化 ３つの問題解決モード 最適解(optimal solution)探索モード 最高のf値をもつ代替案を求める。 満足解(satisfying solution)探索モード あるレベルf*以上のf値をもつ代替案を求める。 可能解(feasible solution)探索モード f値を考慮せずに代替案を求める。 22 2章 システムの問題定義と概念化 23 2章 システムの問題定義と概念化 例2.2では・・・ 目的Sg: 整数1から100までの和を求める プログラムをつくること 評価基準f: 行数が少ないほど良い評価 評価基準f*: ４行までなら満足する 24 2章 システムの問題定義と概念化 A-C案の問題解決モード A案の場合 １行⇒最高のf値をもつ ⇒最適解探索モード B案の場合 4行⇒あるレベルf*以上のf値をもつ ⇒満足解探索モード C案の場合 10行⇒f値を考えていない ⇒可能解探索モード 25 2章 システムの問題定義と概念化 最適解探索モードの注意 評価者の数や評価属性の数が 単一の場合と複数の場合とでは, その取り組み方が異なってくる。 このことに注意せねばならない。 26 2章 システムの問題定義と概念化 (2)システム/構造/要素の探索 問題解決の代替案は, ソフトウェアの場合もあれば, ハードウェアの場合もある。 それらをシステムと認識すれば, 要素と相互関係(構造)の観点から, 次の３つの問題解決モードが存在する。 27 2章 システムの問題定義と概念化 ３つの問題解決モード システム探索モード: 制約を満たし目的を達成するシステムの 構造と要素を求める。 構造探索モード: 組み込む要素は所与であるとして, 構造を求める。 要素探索モード: 構造は所与であるとして, 組み込む要素を求める。 28 2章 システムの問題定義と概念化 29 2章 システムの問題定義と概念化 海外ツアーのスケジューリングでは・・・ 旅行スケジュールをシステムと考える。 日数は構造, 都市名は要素となる。 ?1-?3までの企画の分類は 次のようになる。 30 2章 システムの問題定義と概念化 ?1-?3の問題解決モード ?1 ヨーロッパ・ツアーの場合 日数と都市名が未決定 ⇒構造と要素を求める。 ⇒システム探索モード ?2 パリ・ローマ・ロンドン・ツアーの場合 都市名は所与だが,日数が未決定 ⇒構造を求める。⇒構造探索モード ?3 10日間ヨーロッパ・ツアーの場合 日数は所与だが,都市名が未決定 ⇒要素を求める。⇒要素探索モード 31 2章 システムの問題定義と概念化 その他の問題解決モード 問題解決を放棄してしまう「回避」, 目的や制約を変え問題を無くす「解消」 なども問題解決モードと考えられる。 32 2章 システムの問題定義と概念化 まとめ 問題解決モードはシステムズアプローチの サイクルを支配する重要なファクターであり, 早い段階でそれを規定しておかなければならない。 問題定義では, 問題解決モードも明確にしておく。 33 2章 システムの問題定義と概念化 2.2 システムの概念化 A. 創造 4401028 金川 貴一 4401052 竹田 宣広 34 2章 システムの問題定義と概念化 システムの概念化 問題解決するための中心的なアイディアや 基本構造を打ち出す。 ↓ 問題解決に直接結びつく最も重要なステップ ① 問題構造の把握 ② 代替案の作成 「システムの概念化」＝「代替案の作成」 35 2章 システムの問題定義と概念化 創造について 創造： ①紙が宇宙や人間,動物の祖先を作り出すこと ②新しいものを自分で考え作り出すこと 模倣： 今までにあることや既に出来上がった物を そのまま踏襲し創意工夫を示さないこと 三省堂「新明解国語辞典 第五版」より 36 2章 システムの問題定義と概念化 37 2章 システムの問題定義と概念化 システムの認識を明白化する ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 対象の全体の認識 対象の部分の認識 対象の要素間および全体との 相互関係の認識 対象の階層構造の認識 対象の境界を通しての物のやりとりの認識 対象および要素のもつ機能の認識 38 2章 システムの問題定義と概念化 創造の判断 モチーフという絵の要素は既存のものであっても, 要素間の相互関係は新しい ↓ 創造であるか否かの判断に, システムの認識を用いることができる。 39 2章 システムの問題定義と概念化 数学では ある少数の定義や公理から多数の定理が 導き出される 既存の知識の組み合わせの妙自体がすばらしい 創造である！ 「創造とは既存の知識や要素の新しい組み 合わせである。」 40 2章 システムの問題定義と概念化 2.2B 問題構造の把握 (1)スキーマ,(2)要素の認識 4401028 金川 貴一 4401052 竹田 宣広 41 2章 システムの問題定義と概念化 (1)スキーマ 問題構造の把握は認知科学用語での 「スキーマ」と呼ばれる概念と関係がある。 「スキーマ」とは・・ 構造化された知識の単位のことであり, 個々の具体的事例を一般化したものである。 私たちは状況に応じて各種スキーマを活性化 させさまざまな認知活動を行っている。 42 2章 システムの問題定義と概念化 (2)要素の認識 ｢問題構造の把握」のためシステムを 構成する要素を抽出する。 一般的な概念を含め,問題解決に 関係する要ををコンセプトと呼ぶ。 43 2章 システムの問題定義と概念化 コンセプトの抽出 コンセプトの抽出には,問題解決を行う 人間が持っている内的知識に頼る方法と, それ以外の外的支援を利用する方法がある。 内的支援→KJ法 外的支援→「道具」,｢他人」 44 2章 システムの問題定義と概念化 KJ法とは 問題に関係あると思われるコンセプトを列挙。 それらをいくつかの集合にまとめる。 類似したコンセプトからなる集合は, 一般化された１つのコンセプトを表すことになる。 各集合をさらに少数個の集合にまとめていくと より一般化されたコンセプトが得られる。 内省を通してスキーマを意識化させ 明示する技法である。 45 2章 システムの問題定義と概念化 ブレインストーミングとは コンセプトをグループで抽出していく。 作業中は決して批判をしない。 KJ法やブレインストーミングがうまく機能した場合, メンバー全体の内的知識がメンバー個人の 内的知識に還元される 46 2章 システムの問題定義と概念化 2.2C 代替案の生成 4401024 小倉 将 4401053 田島 紀幸 47 2章 システムの問題定義と概念化 代替案の生成 入出力や機能の認識は問題構造の把握に つながる それらの認識は代替案の生成に強く関連 してくる →入出力および機能の認識を手がかりに， 合成型問題の代替案を生成していくこと を考える 48 2章 システムの問題定義と概念化 (1)機能の認識による概念化 機能の認識はシステムの概念化の中で重要 設計は代表的な合成型問題 →設計の中で，機能がどのように 取り扱われるか 49 2章 システムの問題定義と概念化 ①一般設計学での機能 一般設計学とは・・・ 設計を理論的に取り扱う学問 一般設計学では，設計の対象となるハードウェア， ソフトウェアなどのモノを「実体」と呼ぶ 人間は1つの実態に対し， 頭の中で1つの「実態コンセプト」を対応させる 50 2章 システムの問題定義と概念化 機能空間から属性空間への写像 機能に関する設計目標が与えられた場合， 設計は機能空間から属性空間への写像 (関連付け)と理解することができる。 携帯用点火器具についての例を図2.19として示す 51 2章 システムの問題定義と概念化 機能から属性への写像が わかっている場合 類似設計の経験や知識があるなら， あとは属性および属性値の値を工夫して， 実体を実現していく。 しかし，実現された実体に， 目的とした機能が実際にあるとは限らない。 →実現された実体を分析してみる必要がある。 52 2章 システムの問題定義と概念化 まったく新しい実体を 設計する場合 機能から属性への写像は未知である →見通しの悪い設計問題では， 属性空間上の点(設計代替案)を 数多く生成していき，それらが目的機能を もつかを検査する生成検査法(generate and test)がとられたりする 53 2章 システムの問題定義と概念化 ②価値分析 価値分析とは・・・ 機能から属性への写像を得る方法のひとつ もともと製品の再設計のための技法を 体系化したもの 54 2章 システムの問題定義と概念化 再設計/設計のプロセス 価値分析が適用される再設計/設計の プロセスは，図2.20のように表される 55 2章 システムの問題定義と概念化 設計の考えかた 再設計のプロセスの図(図2.21)より， 設計とは開発/設計/製造に対する 仕様書の作成であると見ることができる 56 2章 システムの問題定義と概念化 仕様書とは・・・ 材料，製品，工具，設備などについて， 要求する特定の形状，構造，寸法，成分，能力， 精度，製造方法および試験方法などの規定を 文書化，図面化したもの(JIS Z 8101) 57 2章 システムの問題定義と概念化 古典的な大量生産方式 図2.20のプロセスの構造が そのまま組織の構造に対応しており， 分業化が効率化の原点 しかし・・・ 58 2章 システムの問題定義と概念化 多品種少量生産方式に 始まる新たな生産方式 分業化ではなくできるだけ少人数の組織が， 情報を共有しながら一体となって， 図2.20の作業に取り組む → このための方法論として， コンカレントエンジニアリング(CE)や リエンジニアリング(reengineering)が 提唱されている 59 2章 システムの問題定義と概念化 問題定義で必要なこと 問題定義の中では，目的や代替案の 評価基準を定める必要がある 設計問題では， 目的＝「達成すべき機能」と考えればよい 60 2章 システムの問題定義と概念化 価値指数 価値分析の特徴・・・機能中心の考え方 →設計テーマや設計代替案に対する評価基準として 次の価値指数を用いる 価値指数＝機能の価値/必要コスト 価値指数の小さいテーマや代替案が再設計の対象であり， 最低のコストで必要な機能を確実に達成できるように努力 していくことになる 61 2章 システムの問題定義と概念化 コスト 開発，設計，製造，流通，使用コストだけでなく， 廃棄再生コストをも含んだライフサイクルコスト (life cycle cost)を考えたい 62 2章 システムの問題定義と概念化 基本機能 設計の目的となる達成すべき機能 →斬新な設計/再設計を行うには 基本機能を見直し，それをできる限り 一般化することが必要 63 2章 システムの問題定義と概念化 機能的固着 たとえば，「マッチが欲しい」と思うよりも， 「火を出すモノが欲しい」と考えるほうが 目的の達成に結びつきやすい →機能的固着(functional fixedness) 創造性を阻む要因である 64 2章 システムの問題定義と概念化 機能定義 基本機能をはじめ，個々の機能を 定義することを考える 『それは何をするものか？』という問いに 答える機能定義 → １つの機能を１つの動詞と１つの名詞とで 表現するもの 65 2章 システムの問題定義と概念化 5W1Hの条件 機能定義を完全なものとするには， 5W1Hの条件 When Where Who,What Why How much,How How to いつ どこで，どんな環境で 誰が，何が(機能の動詞の主体) 何のために(その機能の目的) many どの程度(性能記述) どのようにして(機能を実現する手段) を明らかにしておくべき 66 2章 システムの問題定義と概念化 目的－手段の段階構造 5W1Hの条件のWhyとHow toの関係に 着目すると，目的－手段の段階構造に結びつく 目的－手段の段階構造を得るには， トップダウン的な方法と ボトムアップ的な方法がある 67 2章 システムの問題定義と概念化 目的－手段の段階構造を得る方法 トップダウン的な方法 基本機能からはじめて，必要となる２次機能， さらには末端機能を展開していく ボトムアップ的な方法 目的あるいは機能を思いつくまま羅列し， それらの関係を整理していく 68 2章 システムの問題定義と概念化 機能系統図 目的－手段の階層構造を表す図を 機能系統図(functional diagram)と呼ぶ 69 2章 システムの問題定義と概念化 機能系統図 機能系統図が得られたなら， 図2.21のように末端機能に それを実現しうると思われる 実体を対応させていく (システムの概念化) 70 2章 システムの問題定義と概念化 機能展開の注意点 部分的な機能の単純和として基本機能が 成立する場合，基本機能と部分的な機能との 間に大きな隔たりはなく機能展開がうまくいく しかし・・・ 71 2章 システムの問題定義と概念化 機能展開の困難な場合 →機能展開が困難なケース 単純な機能の統合が予想も機能を 生み出すことがある 機能をうまく展開できず，しかも経験， データ不足の場合，機能と実態との 対応付けは難しい →このとき，『ほかに同じ機能のモノはないか？』 と考えることは有効 72 2章 システムの問題定義と概念化 たとえば・・・ 文字判別などのパターン認識(pattern recognition)を行う機会をつくろうと考えた場合， 学習についての機能展開は容易ではない → このとき，パターン認識を行っている 脳をモデル化しようと考えることは自然である 73