システムアーキテクチャ情報の統合化数理表現に基づくシステム最適化の自然原理の解明

• 研究課題/領域番号: 22K03876
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18030:設計工学関連
• 研究機関: 大阪公立大学
• 研究代表者: 森永 英二 大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 准教授 (80432508)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2024年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: システムアーキテクチャ / 数値表現 / システム最適化 / システム設計 / 数理表現・数値表現

研究開始時の研究の概要

工業製品などの人工物システムは、複数の段階を経て設計される。後半の段階では、形や大きさなど、数値で表現できる情報を決定するため、数式や数値計算に基づいて最適化と決定が行われる。他方、機能や動作などの、システムのアーキテクチャを決める、前半の段階では、言葉で表現される情報の決定が中心となり、経験や知識に基づいて適正化と決定が行われる。
本研究では、アーキテクチャの情報を数値や数式で表現する手法を構築して、システムのアーキテクチャと性能の数値的関係について考察を行う。これによって、システムの最適化全般を司る自然原理・法則の有無や内容について明らかにする。

研究実績の概要

工業製品をはじめとする人工物システムの設計過程は、複数の段階に分けることができる。レイアウトや形状、寸法などを決める下流側の段階では、数値表現可能な情報の処理が主体となることから、数理的アプローチに基づく最適化・意思決定が行われる。他方、アーキテクチャを決定する上流側の段階では、自然言語情報、概念情報の取扱いが中心となることから、経験・知識のデータベースを活用した設計支援が検討されてきている。本研究は、システムアーキテクチャ情報の数値・数理的統合化表現手法を構築し、上流側から下流側までの包括的最適化に関する数値的傾向・数理的法則・自然原理についての考察を行って、その存在の有無や内容について明らかにすることを目的としている。

令和５年度は、自然言語を用いた概念の表現と、それらの組合せ・階層関係のグラフ表現とで表されるシステムアーキテクチャの情報を、定量的かつ統合的に表現する手法と、それに基づいてシステムの良否を評価する手法についての検討を継続し、高度化を行った。システムモデリング言語（SysML）の９種類の図のうち、システムへの要求を整理し、木構造で細分化した要求図において、自然言語で表現された要求の情報を、BERTによって数値ベクトルで表現するとともに、図の構造的特徴を捉えた高精度な良否評価を行う手法を与えた。また、同じシステムに対して作成した要求図であっても、その作成結果によって評価結果が異なるため、この手法による適切な評価の実施を可能とする、要求図の作成指針を与えた。加えて、システムの振舞いを表すアクティビティ図において、自然言語で表現された、接続関係にあるアクティビティ・アクションの間に、順接関係を表す接続詞が出現する確率を、数値表現に基づいて求めることで、接続関係の合理性を評価する手法を与えた。ケーススタディーによって、それぞれ、一定の有効性を確認した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

システムの要件、振舞い、構造、制約を表す、SysMLの各図に対して、数値的・定量的に表現する手法、システムの良否の評価手法、システムアーキテクチャレベルでの最適化の考察を完了する予定であった。しかし、一部の図についての検討ができておらず、やや遅れが生じている。

今後の研究の推進方策

システムの要件・振舞いだけでなく、構造、制約を表すためのSysMLの図に対しても、数値的・定量的に表現して、良否を評価する手法を検討し、システムアーキテクチャの最適化原理・支配法則についての分析を進める。