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年
氏名
キーワード
社会的背景
特徴
1926
ニコラ・テスラ
テレオートメーション
世界システム(無 線送電システム)提唱
地球全体が巨大 な脳
1948
ノベルト・ウィーナー
サイバネティックス
生理学、機械工学、 システム工学統一
学際的開放性
1961
チャールズ・スターク・ドレ イパー
アポロ誘導コンピュータ
アポロ宇宙計画 (慣性航法の父)
リアルタイム組 込みシステム
1988
マーク・ワイザー
ユビキタス・コン ピューティング
パロアルト研究所 技術主任
“日常のあらゆる物に埋 め込まれた見えないコン ピュータ”
1999
ケビン・アシュトン
モノのインターネット (IoT)
Auto-ID Centerエグ ゼクティブ・ディレクター
RFIDグローバル 標準策定
2006
ヘレン・ギル
サイバー・フィジカ ル・システム(CPS)
実世界と情報空間 を統合
分散型ハイブリッド システム
CPSとIoT 7. 7
1.オペレーションが計算機によって統 合、監視、および/または制御され ている物理的、生物学的、工学的 システム
2.コンポーネントは、全てのスケール で接続されている。
3.コンピューティングは、材料を含む 全ての物理コンポーネントに深く埋 め込まれている 。
4.コンピューティング・コアは、通常は リアルタイム応答を要求され 、殆ど の場合頻繁に分散される組み込み システムである。
Helen Gill, NSF, USA
1.一意に識別可能なも のがインターネットに 接続され、情報交換 することにより相互に 制御する仕組み
2.接続されているそれ ぞれの個体を識別す るIDが必要
サイバーフィジカルシステム(CPS)
モノのインターネット(IoT)
CPSとIoTの比較 9. CPSとIoTの複雑性の比較
物理世界
サイバーフィジカル
デジタル世界
CPS →
← IOT
“閉(Closed)” システム 制御可能またはシミュレーションで部分的予 測可能な範囲にフォーカス
“開(Open)” システム
べらぼうに多いので、制御やシステ ム挙動予測ができない
シミュレーション
オートメーション
ユニーク識別子
セマンティックス
モノ
インターネット
サービス指向
組込みシステム
製造過程
機械的振舞い
9
?
多数といっ ても10, 100, ・・から
多数のケタ がべらぼうに 多い 10000~ 10. CPS →
← IOT
“閉(Closed)” システム
制御可能またはシミュレーションで部分的予 測可能な範囲にフォーカス
“開(Open)” システム
べらぼうに多いので、制御やシステ ム挙動予測ができない
多数のケタが べらぼうに多 い 10000~
多数といって も10, 100, ・・・ から
10
タイムリーなコミュニケーションと情報 交換
関係者間のよく設計され制御された 相互作用
“静的” (変化は制御される)
時間遅れのコミュニケーション
未知の参加者間の相互作用
“動的”(連続的に変化する)
分散型インテリジェンス・システム要件の相違 13. •企業は、成功の中心となる作業実施のた め、ますます多くをパートナーに依存し、 自らはより深く専門化する。
–あらゆる産業分野に“Shrinking core- expanding periphery”の傾向
–典型例:自前の直接的内部部品採用を減少 させ(Shrinking core) 、アップストアを立上げ た( expanding periphery)アップル
•背景・・・
–インターネット/関連技術が、企業にとって従 来はコアと考えられていた仕事をも企業境 界外に移動させることを可能にした。
R. Gulati
Harvard Business School 教授
分析の手法:“メガ組織デザイン” 17. 17
低い成層度 非階層的な意思決定
高い成層度
階層的な意思決定
閉鎖的な組織境界
(クローズド・メンバーシッ プ)
クローズド・コミュニティ:
下請け企業、
技術的標準機関
拡張エンタープライズ:
サプライヤー・ネットワーク、
フランチャイズ・ネットワーク
開放的な組織境界
(オープン・メンバーシップ)
オープン・コミュニティ:
Wikipedia,
オープンソース
マネージド・エコシステム:
Android OS
メタ組織デザインの2軸による分類
組織境界の 透過性
低 い
高 い
意思決定の成層度
低い
高い
(A)
(B)
(C)
(D) 18. 縦軸:組織境界の透過性
変動パラメータの例:
•冗長性:メンバーが同様の関連資源や能力を保 有している度合い
–高い冗長性:環境変化に対するより高い柔軟性、イノ ベーションへのより多い機会、同様の問題に対する 並行処理 ・・・・・・→高い透過性
–低い冗長性:メンバー間の強い相互依存システム、 高レベルの共創・・・→低い透過性
•メンバーシップ排他性:焦点のメタ組織に対して 排他的に特別の貢献をし、他にはしない度合い
•メンバーシップ期間:ある組織が集団のメンバー を維持する時間 19. 横軸:意思決定の成層度
変動パラメータの例:
•高い成層度:ステータスベースまたはロール ベースの権限構造を可能にする。
–従来型の伝統的組織の利点をコピーできるが、 潜在的コストもコピーする。
•低い成層度:メンバーが同時に集団のプリン シパルとエージェントである“対等の共同体” が出現する。
–広範な参加が重要な場合には好ましいかもしれ ない。
成層化は集団をより小さいグループに細分することで調整の複雑さ を削減する効果がある。 20. 分析結果と評価
20
CPS
IoT
縦 軸
冗長性
低い
(相互依存システム)
高い
(環境への高い柔軟性)
メンバーシップ 排他性
大きい(閉鎖的)
小さい(開放的)
メンバーシップ 期間
長い
短い
横 軸
高い成層度
高いかもしれない
(リアルタイム性を意識し た高度に連携したシステ ムにおいて)
戦略的利活用を強調する 場合には管理を階層化する 案もありうる。
低い成層度
標準化や接続インタフェー スが確立し、それを基盤に 管理がフラット化する案も ありうる。
低いかもしれない
(多数設置センサーからの データ収集によるビッグ データ処理+管理はフラッ トのシステムにおいて)
基本形:タイプ(B)
基本形:タイプ(C) 21. 21
低い成層度
非階層的な意思決定
高い成層度
階層的な意思決定
閉鎖的な組織境界
(クローズド・メンバーシッ プ)
クローズド・コミュニティ:
下請け企業、
技術的標準機関
拡張エンタープライズ:
サプライヤー・ネットワーク、
フランチャイズ・ネットワーク
開放的な組織境界
(オープン・メンバーシップ)
オープン・コミュニティ:
Wikipedia,
オープンソース
マネージド・エコシステム:
Android OS
メタ組織内での変動の可能性
組織境界の 透過性
低 い
高 い
意思決定の成層度
低い
高い
(A)
(B)
(C)
(D)
:CPS:(B)部分的に(A)へ
:IoT:(C)部分的に(D)へ部分的に(B)へ 22. 22
イノベーション製品またはアプリケーション
サイバーフィジカルシステム
影響度
スマート製造/スマート生産
アジャイル製造業
サプライチェーン接続性
インテリジェント制御
プロセス自動化/アセンブリ自動 化
人間とロボットとの協働安全作業
グローバル競争力の強化
米国ベースのハイテク製造 業
効率性、俊敏性、信頼性
交通とモビリティ
自律的車両またはスマートビーク ル(地上、空中、海中、宇宙)
車両対車両/車両対インフラ通信
有線車両システムによる運転
プラグインとスマートカー
インタラクティブ管制システム
次世代航空輸送制御
事故防止/渋滞解消(致死ゼ ロ高速道路)
安全性と移動利便性の向上
エネルギー
電気システム
再生可能エネルギー供給
石油/ガス生産
スマート電力網
プラグイン車充電システム
スマート石油/ガス分配網
エネルギー供給の信頼性、 セキュリティ、多様性の向 上
エネルギー効率の向上
公共インフラ
橋/ダム
水道水/排水処理
アクティブ監視/制御システム
上下水道用スマートグリッド
早期警戒システム
より安心/安全で信頼性の高 いインフラ
水質と供給の保証
事故の警告と予防
ヘルスケア
医療機器
パーソナルケア機器
病気の診断と予防
無線ボディエリアネットワーク
支援医療システム
ウェアラブルセンサと埋め込み装 置
改善された生活の成果と質
費用対効果の高いヘルスケ ア
タイムリーな病気診断と予 防
建物と構築物
高性能住宅/商業ビル
正味ゼロエネルギービル
アプライアンス
建物全体の制御
スマートHVAC機器
ビルオートメーションシステム
ネットワーク化されたアプライア ンスシステム
建物の効率性、快適性、利 便性の向上
居住者の健康/安全改善
室内空気の制御
軍事
兵士使用機器
武器と武器プラットフォーム
電源装置
自律/スマート水中センサー
スマート(精密誘導)兵器
ウェアラブルコンピューティング /センシングユニフォーム
インテリジェント/無人車両
サプライチェーンと物流システム
戦闘機の有効性、セキュリ ティ、敏捷性の向上
人間操縦戦闘機のマイナス 補正とリモート戦争の高い 能力
緊急対応
ファーストレスポンダ機器
通信機器
消火設備
検出と監視システム
強靱性のある通信ネットワーク
統合緊急対応システム
緊急レスポンダーの有効性、 安全性、効率性、俊敏性向 上
自然災害他への対応の迅速 な能力
http://www.nist.gov/el/upload/12-Cyber-Physical-Systems020113_final.pdf
CPSのアプリケーション
Strategic R&D Opportunities for 21st Century Cyber-Physical Systemsより
参考例:米国NIST 23. 23
低い成層度
非階層的な意思決定
高い成層度
階層的な意思決定
閉鎖的な組織境界
(クローズド・メンバーシッ プ)
クローズド・コミュニティ:
人間とロボットとの協働安全作業
無線ボディエリアネットワーク
ビルオートメーション
拡張エンタープライズ:
インタラクティブ管制システム
次世代航空輸送制御
アクティブ監視/制御システム
地震管理(国/地球)
政府建物セキュリティ(国)
核の脅威管理(地球)
開放的な組織境界
(オープン・メンバーシッ プ)
オープン・コミュニティ:
電子歯ブラシ(個人)
冷蔵庫(家族)
空気汚染/騒音(市)
マネージド・エコシステム:
スマート電力網
プラグイン車充電システム
強靭性ある通信ネットワーク
ホームセキュリティ(ホーム)
交通量/水質管理(市)
オゾン/森林火災管理(国)
(A)
(B)
(C)
(D)
意思決定の成層度
低い
高い
組織境界の 透過性
低 い
高 い
メタ組織へのCPS/IoTアプリケーション・マッピング
イタリック体:CPSアプリケーションの例(NISTから) 普通体:IoTアプリケーションの例(インテルから) 26. 26
現行の出発点
前提条件(適性等)や課題
評価
保有技術
適応環境
突破力/統合力
主として 既存業種 を出発点 とした取 組み(ボト ムアップ)
通信業
LTE、4G
3社寡占高価
日本社会の問題、例えば医療 費・社会保障費高騰、国家財政 破綻、教育・保育・介護の制度 疲労、地域過疎化、インフラ老 朽化、生産人口減少などへの対 応策を描ききれない。
(既存の延長線上では適切な統 合が行われず、新規展開に限界 がある)
既存業種の 柵に捕らわ れ根本的問 題解決の手 段が構築さ れにくいの ではないか
小売業
セブンイレブン
生産性低い
製造業
レガシー強い
イノベーション弱
運輸業
SUICA、クロネコ
サービス拡大
エネルギー
原発ほか
脱原発ほか
インフラ
新幹線など
飽和・老朽化
医療
世界最高齢
高齢者増加
主として CPS概念 に基づく 統合ビ ジョンを出 発点とし た取組み (トップダ ウン)
Industry4.0
GNT企業
新産業創出
オープンイノベーションと新垂直統合
CPS概念に 触発されて 新たなビジョ ンに基ずく 企画を立て 易く、今日の 抜本的課題 への対処策 を描きやす いのではな いか
Power grid4.0
ミスマッチ
新エネルギー
未知と不確実性への挑戦
Metering4.0
低レベル
高レベル化
付加価値のつけ方/マーケティング
Health4.0
平均水準
財政と両立
競争相手が多い/横断的取組み
House4.0
情報家電力
既存資産活
利益の上げ方/標準化推進
Room4.0
平均水準
既存資産活
利益の上げ方/標準化推進
Mobility4.0
要素技術高
イノベーション弱
アプリケーション力の活用
Society4.0
環境対応大
少子高齢化
相互扶助の文化/グローバルCSR
Education4.0
初等教育高
ブレークスルー弱
高等教育劣化/構造固定化革新
日本独自の強みを発揮するための予備検討 30. 参考文献
•Helen Gill, “Cyber-Physical Systems: Beyond ES, SNs, SCADA”. SEI TCES Workshop, 2010.
•Cyber-Physical Systems - Driving force for innovation in mobility, health, energy and production, acatech POSITION PAPER, 2011.
•Sabina Jeschke,"Everything 4.0? –Drivers and Challenges of Cyber Physical Systems",www.ima-zlw-ifu.rwth-aachen.de
•Insup Lee, et. al., “Challenges and Research Directions in Medical Cyber-Physical Systems”, Invited Paper in Special Issue on Cyber- Physical Systems, Proceedings of the IEEE,vol.100, no.1, pp.75-90, 2012.
•Gulati R, Kletter D.“ Shrinking core-expanding periphery: the relational architecture of high performing organizations”, California Management Review 47(1): 77-104, 2004.
•Gulati, R., Puranam, P., & Tushman, M. L.," META-ORGANIZATION DESIGN: RETHINKING DESIGN IN INTER-ORGANIZATIONAL AND COMMUNITY CONTEXTS", Strategic Management Journal, 33(6),571-586, 2012.
30