Systems Engineering and Analysis（システム工学と解析）

引用

Blanchard, B. S., & Fabrycky, W. J. (2010). Systems Engineering and Analysis (5th ed.). Pearson.

章の要約

著者たちが「30周年記念版」と呼ぶ第5版は、5つの部に19章、さらに8つの付録からなる第6部を収め、800ページ近くに及ぶ。序文は本書の2つの関心を述べている。一つは人工システムのエンジニアリングで、ニーズの特定から廃棄に至るまで、システムを生み出す過程をたどる。もう一つはシステム分析、すなわちすでに存在するシステムの改善である。分析のモデルと手法はシステムズエンジニアリングの過程に組み込まれており、この過程が本書全体を貫くテーマとなっている。各章は「まとめと発展（Summary and Extensions）」の節と問題集で終わる。序文によれば、図は300点以上、演習問題は約450題、参考文献は200点を超える。

第I部 第1–2章：システム科学とエンジニアリング／システムを生み出す

第1章はシステムとその要素を定義・分類し、システムズエンジニアリングを科学、システム科学、技術のなかに位置づけ、「システム時代への移行」で締めくくる。第2章は、エンジニアリングされたシステム、システムのライフサイクル・エンジニアリング、システムズエンジニアリングのプロセス、設計上の考慮事項、統合・分析・評価、そして組織におけるシステムズエンジニアリングの実施方法を紹介する。

第II部 第3–6章：概念システム設計／基本システム設計／詳細設計と開発／システムの試験・評価・妥当性確認

設計過程を段階的にたどる。4章のうち最も長い第3章は、問題の定義とニーズの特定、先行的なシステム計画とアーキテクチャ設計、実現可能性分析、運用要求、保守・支援の構想、技術的性能尺度、機能分析と配分、トレードオフ、システム仕様、概念設計審査を扱う。第4章はこれらを仕様、設計基準、設計ツール、トレードオフ研究とともにサブシステムへと展開する。第5章は詳細設計を扱い、システム要素の統合、設計データ、工学モデル、試作、設計審査、設計変更を論じる。第6章は、システムの試験・評価の種類、計画と準備、データ収集とフィードバックを扱う。

第III部 第7–9章：意思決定における代替案とモデル／経済評価のためのモデル／設計と運用における最適化

ここから分析の道具立てが始まる。第7章は意思決定評価の理論、多基準、意思決定評価の表示、リスクと不確実性の下での意思決定を扱う。第8章はコンパクトな工学経済学で、利子公式、等価性、単一および複数の代替案の評価、損益分岐分析（リスクの下でのものを含む）を扱う。第9章は古典的最適化（制約なし・制約あり）、多基準の最適化、線形計画法を扱う。

第III部 第10–11章：待ち行列理論と分析／管理の概念と手法

第10章は待ち行列システム、待ち行列のモンテカルロ分析、単一窓口・複数窓口・非指数サービス・有限母集団のモデルを示す。第11章は管理の概念を扱い、統計的工程管理と管理図、最適方策管理、CPM と PERT によるプロジェクト管理、総合的品質管理を論じる。

第IV部 第12–14章：信頼性のための設計／保全性のための設計／ユーザビリティのための設計（人間工学）

第IV部は、序文が運用の成功と利用者の満足にとって最も重要だとする設計特性に向かう。各章は、定義、尺度、ライフサイクルにおけるその特性、分析手法、試験・評価または実証という、ほぼ同じ型に従う。第13章では稼働率と有効性の尺度が、第14章では要員と訓練の要件が加わる。

第IV部 第15–17章：ロジスティクスと支援性のための設計／生産性・廃棄性・持続可能性のための設計／経済性のための設計（ライフサイクル・コスティング）

第15章は、システム・オブ・システムズ環境や支援性分析を含め、ロジスティクスとシステム支援を扱う。第16章は生産性、廃棄性、持続可能性を、その尺度とライフサイクルの価値・コスト図とともに紹介する。本書で最も長い第17章はライフサイクル・コスティングを扱い、ライフサイクルを通じたコスト、一般的なコスト算定プロセス、資金フローのモデル化と経済的最適化、この手法の応用と利点を論じる。

第V部 第18–19章：システムズエンジニアリングの計画と組織／プログラムの管理・統制・評価

短いマネジメントの部である。第18章はプログラム計画、システムズエンジニアリング・マネジメント計画（SEMP）、システムズエンジニアリングのための組織を扱う。第19章は組織の目標、外部委託と供給者の選定、プログラムのリーダーシップ、評価とフィードバック、リスク管理を扱う。

第VI部：付録A–H

例を伴う機能フロー・ブロック図、設計審査と管理審査のチェックリスト、確率論とモンテカルロ分析、統計表、利子係数表、有限待ち行列表、主題別に整理された参考文献、ウェブサイトの一覧。

主要概念

第I–II部：ライフサイクルと設計過程

• システムを生み出す：ニーズの特定から、要求、機能分析と配分、設計の統合と評価、妥当性確認、運用と支援を経て、廃棄に至る一連の流れ。
• ライフサイクル・エンジニアリング：設計の初めから、支援や退役を含むシステムの全生涯を考慮すること。
• 機能分析と配分：システムがなすべきことを記述し、それらの機能をサブシステムや構成要素に割り当てること。
• 技術的性能尺度：設計が要求を満たしているかを追跡するための定量的な目標。
• 設計審査：概念・基本・詳細の各段階で行う公式の審査。

第III部：システム分析

• 意思決定評価：多基準で、またリスクと不確実性の下で代替案を比較すること。
• 経済的等価性：異なる時点で生じる費用と便益を比較すること。
• 最適化と待ち行列のモデル：設計と運用の意思決定のための数理モデル。
• 統計的工程管理とプロジェクト管理：管理図、CPM、PERT。

第IV–V部：運用上の実現可能性のための設計とマネジメント

• 信頼性、保全性、稼働率：システムがどれだけ確実に動作し、どれだけ容易に回復できるかの尺度。
• 支援性とロジスティクス：システムとその支援を一体として設計すること。
• ライフサイクル・コスティング：所有に伴う総コストを見積もり、経済性に関する設計判断を下すこと。
• システムズエンジニアリング・マネジメント計画（SEMP）：プログラムにおけるシステムズエンジニアリングの作業を組織する計画。

批判的分析

長所

• ライフサイクル全体を見通す。 構成はニーズから廃棄までシステムをたどり、第IV部は信頼性、保全性、人間工学、支援性、生産性、廃棄性、持続可能性、ライフサイクル・コストのそれぞれに独立した章をあてている。
• 定量的な深さ。 第III部と第17章は、意思決定分析、工学経済学、最適化、待ち行列、管理図、ライフサイクル・コストのモデルといった数理モデルを、それを使うために必要な確率表、利子表、待ち行列表とともに提供する。
• 豊富な演習。 約450題の演習問題、一貫した「まとめと発展」の節、システムズエンジニアリングの過程に対応づけて整理された200点を超える参考文献により、独習にも授業設計にも使える。
• 著者たちの長い経験。 序文によれば、多くの例は数十年にわたる著者たちの産業界と研究での経験から作られており、本書はオペレーションズ・リサーチ、工学経済学、ロジスティクスに関する著者たちの他の教科書にも基づいている。

短所

• 部分的に古い。 2010年刊行の本書の目次には、モデルベース・システムズエンジニアリングや SysML への言及がない。モデル化の道具は機能フロー・ブロック図と解析的なモデルである。設計ツールの節は現在の実務で補う必要がある。
• 重く長い。 800ページ近い分量と大きな数理的要素のため、1つの授業で扱える量を超えている。著者たちのオペレーションズ・リサーチや工学経済学の別著に基づく第III部の分析の章は、それだけで相当な分量の課程になる。
• マネジメントの扱いが短い。 リスク管理を含むシステムズエンジニアリングのマネジメントは巻末の2章に収められているにすぎず、主にプログラム管理に関心のある読者は別の資料が必要になる。
• 事例は例示的。 序文は事例の応用を、実際のプログラムの記録された歴史ではなく、現実の応用の仮想的または抽象化された例と説明している。

コースにおける位置づけ

このシステムズエンジニアリングのコースで、Blanchard と Fabrycky はライフサイクルと分析の骨格を提供する。Kossiakoff らの Systems Engineering Principles and Practice は同じライフサイクルを扱うが、インターフェース、リスク、トレードオフを管理するシステムズエンジニアの役割をより強調している。授業では一方を主教科書に、もう一方を別の視点として使うことができる。Jon Holt の Systems Engineering Demystified は SysML によるモデルベース・システムズエンジニアリングを中心とした初学者向けの入門書で、Blanchard と Fabrycky の目次が扱っていないモデルベースのアプローチを補う。

Buede と Miller の The Engineering Design of Systems は要求と機能・物理アーキテクチャをモデルベースで扱い、Crawley、Cameron、Selva の System Architecture はアーキテクチャに関する初期の意思決定を扱う大学院向けの教科書である。どちらも Blanchard の第3章にあたる概念設計の段階をより深く掘り下げる。Dym らの Engineering Design: A Project-Based Introduction は工学設計の方法論の最初の授業向けの本で、本書の前に読むことができる。

本書の使い方

出版社は本書を学部上級生と大学院1・2年生向けとしており、序文は実務の専門家にも語りかけている。読者には確率・統計の基礎（付録Cに要点の復習がある）と、最適化の章のための微積分への慣れが必要である。第8章は、本書で用いる工学経済学を自ら教えている。

1学期で使う場合の実践的な計画：

• 中核： 第1–6章、すなわちライフサイクルと設計過程。機能分析は付録Aとあわせて取り組む。
• 必要に応じた分析： 意思決定に関する第7章と経済評価に関する第8章は広く役に立つ。第9–11章（最適化、待ち行列、管理）は、オペレーションズ・リサーチの授業で学ぶ場合は省略できる。
• 運用上の実現可能性のための設計： 授業の焦点に合わせて第IV部から2、3章を選び、第8章を土台とするライフサイクル・コスティングの第17章を含める。
• マネジメント： 第18–19章。できれば簡単な SEMP を作成するチーム課題とあわせて取り組む。

プロジェクトの設計を検討する際には付録Bのチェックリストを、さらに読むべき文献を探すには各章末の「まとめと発展」の節を使うとよい。手法を現在の水準に合わせるため、モデルベース・システムズエンジニアリングについての資料と組み合わせて読むこと。