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    モデルベースシステムズエンジニアリング（MBSE）とは？

    モデルベースシステムズエンジニアリング（MBSE）では、システム機能、構造、動作の定義と分析に、デジタルモデル（文書や非公式なダイアグラムではなく）を使用します。 概念設計段階から開発、そしてその後のライフサイクルの各段階を通じて、システム要件、設計、分析、検証、妥当性確認の各活動をサポートします。 MBSEの手法は、現代のシステムの複雑化に対応するために不可欠です。

    MBSEは、従来のドキュメント中心のアプローチからモデル中心のアプローチへの移行を推進する重要な役割を果たします。このアプローチでは、視覚的な相互接続モデルを使用して、システムエンジニアと利害関係者間で情報を交換します。この方法論により、チームは開発プロセス全体でトレーサビリティを維持しながら、さまざまな設計オプションやシナリオを迅速に評価できる完全なデジタルシステム表現を作成することができます。

    グローバルなMBSE市場は、2023年には約25億ドルの規模になると予測されており、2032年には78億ドルに達すると見込まれています。これは、現代のシステム開発におけるその重要性の認識が高まっていることを反映しています。この成長は、特に自動車、航空宇宙、防衛などの業界で顕著であり、メーカーはMBSEを活用して、製品開発の合理化と市場投入までの時間の短縮だけでなく、継続的な製品機能の更新と改善も実現しています。

    モデルベースシステムエンジニアリングの利点

    MBSEは、複雑なシステムをライフサイクル全体を通じて管理するための、構造化された視覚的かつ統合的なアプローチであるため、非常に効果的です。これは、SysMLのようなシステムモデリング言語を使用しているためです。SysMLは、ハードウェア、ソフトウェア、情報、プロセス、人員、施設などを含む複雑なシステムの仕様、分析、設計、検証を行うために設計された標準化された汎用モデリング言語です。MBSEには、以下の利点があります。

    • 設計意図の集中定義、設計チームや組織内の他の利害関係者が正確かつ一貫性のある参照を可能にするインタラクティブなモデル
    • 複雑性の効率的な表現、インタラクティブなダイアグラムやその他のユーザーフレンドリーなシステム動作の表現
    • 設計時間の短縮、システムエンジニアが手作業で行う場合と比較して、分析を大幅に短縮
    • 最新のPLMプラットフォームが管理するデジタルモデルとライフサイクルプロセスを整合させることで、変更管理、リビジョン管理、アクセス制御、その他のPLMライフサイクルサービスが可能になります
    • 統合されたシミュレーションデータと調和のとれたシステム構成により、設計のパフォーマンスと品質が向上します
    • 仮想プロトタイピングと分析により設計上の問題を早期に発見し、コストのかかる後期段階での変更を削減します
    • サイロの排除とオープンなコミュニケーションチャネルの構築により、コラボレーションが強化されます
    • 問題の早期発見と積極的な緩和戦略により、リスク管理が改善されます
    • 要件とシステムコンポーネントの直接的なリンクによる要件管理の改善

    モデルベースシステムエンジニアリングの主なコンポーネント

    MBSEの手法は、システム全体の仮想定義を作成し、製品開発全体を通じて学際的な統合を促進するために連携する複数の主要コンポーネントで構成されています。

    システムモデル

    システムモデルはMBSEの基盤となり、システムのコンポーネント、動作、関係、相互作用を捉えた正式な構造化表現を提供します。このデジタル設計図により、チームは以下を行うことができます。

    • 包括的なシステム表現の作成
    • 設計の代替案を分析
    • システム性能を検証
    • 共同開発をサポート
    • 設計の一貫性を維持

    モデリング言語

    正式なモデリング言語は、システムモデルの作成と進化のために標準化された構文と意味論を提供します。最も広く使用されている言語には、以下のようなものがあります。

    SysML（Systems Modeling Language

    UMLをベースに、システムエンジニアリングのニーズに合わせて特に拡張されたSysMLは、標準化された表記法を提供し、エンジニアリングチーム全体で一貫したコミュニケーションと理解を可能にしながら、包括的なシステム表現をサポートします。

    ドメイン固有言語（DSL

    要件管理機能により、チームは開発ライフサイクル全体を通じてシステム要件を捕捉、追跡、管理することができます。主な機能には以下が含まれます。

    • 要件とシステムモデル要素の直接リンク
    • 上位レベルのニーズから詳細設計へのトレーサビリティ
    • 要件に対するリアルタイムの検証
    • 変更の影響分析
    • 要件検証の追跡

    シミュレーションおよび分析（SAM

    MBSEはシミュレーションモデルを組み込んでおり、エンジニアは物理的な実装前に、システム性能の分析、設計の最適化、および「もし～ならば」のシナリオの検討を行うことができます。

    • 動作シミュレーション：システムがさまざまな入力、状態、または相互作用にどのように反応するかをテストします。
    • パラメータ解析：主要なパラメータ（重量、コスト、エネルギー消費など）およびそれらの関係をモデル化することで、システム性能を評価します。
    • ツール統合：MBSEはMATLAB/Simulinkなどのさまざまなシミュレーションツールと統合し、高度な解析を実行します。

    この包括的なシミュレーション環境により、チームは物理的な実装に移行する前に設計を徹底的に検証することができます。

    ライフサイクル管理

    ライフサイクル管理コンポーネントは、MBSE環境全体を一元的に管理します。これにより、以下のことが可能になります。

    • バージョン管理および構成管理
    • 変更追跡およびガバナンス
    • 複数ユーザーによる共同作業
    • モデルリポジトリ管理
    • PLMシステムとの統合

    これらのコンポーネントを組み合わせることで、構想から廃棄までの包括的なシステムエンジニアリングをサポートする統合環境が構築されます。これらのコンポーネントによって確立されたデジタルスレッドにより、システム開発のあらゆる側面で一貫性とトレーサビリティが確保されます。

    MBSEワークフロー

    典型的なMBSEプロセスには、以下のステップが含まれます。

    ステップ1：要件の確立

    まず、エンジニアリングチームが、ユーザー、ビジネスリーダー、規制当局など、すべての利害関係者のニーズに基づいて要件を策定します。一部のチームでは、すべての要件を捕捉し管理するためにソフトウェアを活用しています。

    ステップ 2：システムの設計

    次に、チームは確立された要件を満たすシステムの設計を開始します。MBSEを使用して、システム内の各コンポーネントの視覚的なモデルを作成します。また、システムの各部分を元の要件にマッピングできる機能も含まれています。

    次に、チームはさまざまな条件下でシステムがどのように動作するかをモデル化し、実際の使用事例に対するシステムの反応を理解できるようにします。

    ステップ 3：リスクの分析

    次に、エンジニアがシステムのリスク分析を実施します。技術的なパフォーマンス、コスト、安全性などを含みます。これらのリスクに対して予防措置を講じ、最終的な製品に最小限のリスクしか残らないようにします。

    ステップ 4: モデルの検証

    次に、エンジニアリングチームがモデルをチェックします。一連のテストを実施し、正確性、信頼性、要件への適合性を検証します。

    ステップ 5: システムの構築

    モデルの検証後、チームは要件と基準を満たしていることを確認しながらシステムの製造を開始します。

    ステップ 6: システムのメンテナンス

    MBSEは、チームが製品を製造する間も、引き続き中心的な情報源として機能します。現実世界のフィードバック、現場での問題、その他の貴重な情報を追跡し、チームに共同作業スペースを提供することで、システムの継続的な改善を可能にします。

    モデルベースシステムズエンジニアリングのユースケース

    複数の業界がMBSEを活用してシステム開発と生産を一元化しています。MBSEをビジネス成功に役立てている製品集約型ビジネスの例をいくつか紹介します。

    • 航空宇宙および防衛産業では、詳細な仕様とニッチなユースケースを持つ複雑なシステムを開発しています。これらのチームはMBSEを使用して、さまざまな現実のシナリオでシステムがどのように動作するかを正確に把握しています。
    • 自動車産業では、MBSEを活用して、物理的およびソフトウェアのコンポーネントの両方を含む、複雑な現代の自動車の詳細なモデルを作成しています。
    • エンジニアリング、調達、建設（EPC）業界は、MBSEを活用して複雑な資産の生産全体にわたってトレーサビリティを維持しています。
    • 物理的なインフラストラクチャと高度なソフトウェアを組み合わせたハイテク業界は、MBSEを活用して革新的な製品をリリースし、急速な変化に対応しています。
    • 産業製造企業は、MBSEを活用して、手作業のプロセスや異種ツールを使用した場合に必要なコストや時間のわずか数分の1で複雑な製品を構築しています。
    • 医療業界は、MBSEを活用して、リコールを最小限に抑えた安全でコンプライアンスに準拠した機器を開発しています。

    モデルベースシステムエンジニアリングの課題

    MBSE を導入する組織は、克服するために慎重な検討と戦略的計画を必要とするいくつかの重大な課題に直面しています。

    主な導入上の課題

    • 文化的な抵抗と変更管理：従来のドキュメントベースの手法に慣れたチームは、モデルベースのアプローチへの移行に抵抗することが多い。このような抵抗を克服するには、包括的なトレーニングプログラム、メリットの明確なコミュニケーション、および学際的なコラボレーションを促進し、既存のサイロを打破するための持続的なリーダーシップのサポートが必要である。
    • 技術統合の問題：さまざまなMBSEツールを統合し、異なるプラットフォーム間の互換性を確保することは困難な場合があります。企業は、技術スタックを慎重に計画し、ツール統合とデータ交換のための明確な基準を確立する必要があります。
    • リソースへの投資：企業は、初期のソフトウェアおよびインフラコスト以外にも、相当なリソースを投入する必要があります。これには、包括的なトレーニングプログラムへの投資、熟練した人材の確保、システムの維持、および企業全体にわたる適切なツールのカスタマイズと統合を確保しながらのプロセスの最適化が含まれます。

    その他の考慮事項

    • データ管理の複雑性：複数のチームや拠点にわたって一貫性とバージョン管理を維持しながら、相互接続された大量のモデルデータを管理すること。
    • 標準の採用：MBSE標準の進化する状況に対応し、組織特有のニーズに柔軟性を維持しながら、コンプライアンスを確保すること。
    • パフォーマンスの拡張性：特に大規模なエンジニアリングプロジェクトにおいて、モデルのサイズや複雑さが増大しても、システムのパフォーマンスと応答性を確保すること。

    これらの課題は重大ですが、適切な計画、利害関係者の関与、MBSEの実践を徐々に採用し最適化できる段階的な導入アプローチによって、効果的に管理することができます。

    MBSEの導入

    組織内でMBSEを確立するには、適切なテクノロジーとプロセスが必要です。多くのチームはそれをサポートする機能を戦略的に展開するためにアジャイルなアプローチを取ります。こうすることで、徐々にツールをリリースし、チームメンバーに新しい機能の使い方を適切にトレーニングし、MBSEシステムがどのように機能するかを時間をかけてテストすることができます。他のソフトウェア開発プロジェクトと同様に、チームは主要業績評価指標を測定し、導入されたテクノロジーとプロセスが目標を達成していることを確認する必要があります。

    Aras Innovator®のようなテクノロジーは、MBSEプロセスの集中管理を確立するための素晴らしい出発点となります。 チームが独自の製品やビジネスゴールに合わせてMBSEのカスタムアプローチを実装するのを助けるいくつかの機能を提供しています。 ライフサイクルのあらゆる段階から製品データとモデルを集中管理することで、利害関係者がリアルタイムで利用できるPLM管理のデジタルスレッドが作成されます。

    Aras Innovatorは、チームが独自の製品やビジネス目標に合わせてMBSEをカスタマイズするのを支援するいくつかの機能を提供しています。例えば、Aras DevOpsはすべてのAras SaaSのお客様に提供されており、チームはAras Innovatorインスタンスをカスタマイズすることができます。また、あらゆる資産や資産システムに対して、ユーザーフレンドリーなモデルを構築するための高度なデジタルツインも提供しています。

    MBSEに関するよくある質問

    モデルベースシステムズエンジニアリングに関するよくある質問への回答を以下に示します。業界でよくある混乱を解消する一助となるでしょう。

    アジャイルとMBSEの違いは何ですか？

    MBSEはデジタルモデルを使用してシステム機能を定義し分析する手法であるのに対し、アジャイルはプロジェクト管理と開発における反復的なアプローチです。この2つは効果的に併用することができます。アジャイルMBSEは、アジャイルの柔軟性と反復的な性質をMBSEのモデルベースのアプローチと組み合わせたものです。最近の導入事例では、MBSEとアジャイルを併用することで、従来のドキュメントベースのアプローチと比較して工数を最大71%削減できることが示されています。

    MBSEはフレームワークですか？

    MBSEはフレームワークではなく、モデルを使用してシステムの構想から開発、廃止までのライフサイクル全体をサポートする手法です。MBSEは、デジタルモデリングとシミュレーションを使用してシステムを設計する、ドキュメント中心からモデル中心のエンジニアリングへのパラダイムシフトを表しています。MBSEはさまざまなフレームワーク内で機能し、さまざまな規模や複雑さのプロジェクトに適応させることができます。

    PLMとMBSEの違いは何ですか？

    プロダクト・ライフサイクル・マネジメント（PLM）とMBSEは、異なる要件から発展し、異なる目的を果たすものです。PLMは、製造された製品のライフサイクル全体にわたるすべての情報の管理に重点を置いています。一方、MBSEは、システム機能を定義し分析するためのモデルの作成と使用に重点を置いています。

    PLMシステムはドキュメントとメタデータを扱うのに対し、MBSEは意味を持つセマンティックモデルを提供し、システム動作とアーキテクチャに重点を置いています。最新の導入では、包括的な製品開発環境を構築するために、両方のアプローチを統合することがよくあります。

    MBSEツールの選択方法

    MBSEツールの選択は、まず貴社の具体的な要件とユースケースを定義することから始めるべきです。主な考慮事項には、ツールがサポートするモデリング言語（SysMLやUMLなど）、ユーザーインターフェースの直感性、コラボレーション機能、既存システムとの統合機能などがあります。

    「システムモデリング言語（例えばSysMLとそのダイアグラム）の使用が、他の人々によるモデルの使用法を考慮していない場合、不必要に複雑なシステムモデルが作成されることになります」と、Arasの戦略研究シニアディレクターであるパヴェウ・Z・チャンスキ氏は警告しています。「その結果、MBSEの主な目的である、エンジニアリング領域を横断した学際的なコラボレーションを可能にすることで、システムの複雑性をより良く管理し、リスクを最小限に抑えるという目的が達成できなくなります」と、同氏は付け加えています。

    また、選定されたMBSEツールは、その拡張性、大規模モデルでのパフォーマンス、ベンダーサポートのレベル、利用可能なトレーニングの観点から評価されるべきです。

    MBSEを適切に適用するにはどうすればよいでしょうか？

    MBSEを成功させるには、明確な目的と段階的な導入計画から始まる戦略的なアプローチが必要です。組織は、単なる教訓的な演習ではなく、真の価値を生み出すパイロットプロジェクトから始めるべきです。関与するすべてのエンジニアに包括的なトレーニングを提供し、導入プロセスに十分な予算と時間を確保し、新しいMBSEプロセスの適切な文書化を行うことが不可欠です。

    実装においては、システム開発における単一の情報源を維持しながら、異なる分野のエンジニアが効果的に作業できる協調的な環境の構築に重点を置くべきです。

    エンジニアリングにおけるMBSEとは？

    MBSEとは、システムのライフサイクル全体を通じて、システム要件、設計、分析、検証、妥当性確認の各活動をサポートするためにモデリングを正式に適用することです。これは、デジタルモデリングとシミュレーションを使用してシステムを設計する、ドキュメント中心からモデル中心のエンジニアリングへの移行を意味します。

    この方法論により、利害関係者間のコミュニケーションが改善され、早期にエラーを発見することでエラーが削減され、複雑なシステムの管理がより効率的に行えるようになります。MBSEは、構想から廃棄までのシステム開発の全側面において、一貫性と追跡可能性を確保するデジタルスレッドを構築します。