研究 / Research

JST ERATO

JSTの戦略的創造研究推進事業(Core Research for Evolutionary Science and Technology:CREST)。
国が定める戦略目標の達成に向けて、独創的で国際的に高い水準の基礎研究を推進し、今後の科学技術イノベーションに大きく貢献する卓越した研究成果を創出することを目的としたチーム型研究です。

蓮尾メタ数理システムデザインプロジェクト

研究総括:アーキテクチャ科学研究系准教授 蓮尾一郎

hasuo_1.jpg今日、製造業において、高度な情報処理技術を用いた自動化とソフトウェア支援により、設計から生産までの製造工程の在り方を根本的に変える取り組みが進んでいます。

こうした背景を踏まえて、本プロジェクトでは従来のものづくり技術にソフトウェア科学の成果を導入し、仕様策定から設計、実装、保守に至る工業製品開発のさまざまな側面を支援するソフトウェア・ツールの構築を目指しています。

この研究拠点として、NIIは2017年11月、「システム設計数理国際研究センター」を設置しました。

形式手法をものづくりに生かす

具体的には、「形式手法」という、ソフトウェア科学における数学を基盤としたシステム設計の技法を取り込むことにより、自動車などの工業製品を例とする「物理情報システム」に対して、品質保証や効率化を担うソフトウェア支援の方法論を探究します。

物理情報システムに形式手法を適用するためには、これまでコンピュータでの計算を前提として「離散的要素」を扱ってきた形式手法に、物理系の連続ダイナミクスや確率・時間などの「連続的要素」を包含させ、拡張することが必要になります(図1)。

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図1:形式手法の拡張 ソフトウェアから物理情報システムへ

この理論的に困難な課題に対して、我々は独自のアプローチとして形式手法の拡張の過程そのものを数学的に解析し、高次(メタレベル)の理論を構築することで普遍的な知見を獲得して、形式手法の諸技法を一挙に拡張したいと考えています(図2)。

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図2:独自の方法論 メタ理論による移転

このメタレベルのアプローチは、「論理学」や「圏論」といったさまざまな抽象数学の技法を駆使するという、極めて理論的なものです。一方で、こうした理論研究の成果を産業界が実際に抱える課題に対して適用しようとする応用志向も、本プロジェクトの際立った特徴です。

製造現場のニーズへの適用

応用の具体的な方向性については、二つのアプローチで進めます。

一つ目は、国内外の企業と協働し、実際の製品設計プロセスに対して形式手法による支援を行います。これは設計プロセス全体を刷新しようというものではなく、例えば、あるテストにかかる時間を3日から半日程度に短縮するといった、具体的かつ実践的な試みです。それを可能にするのが理論的アプローチによる定式化であり、課題に対する柔軟な対応を実現します。理論的な成果を用いることで、産業界の具体的ニーズとのマッチングが容易になるのです。

応用の方向性の二つ目は、ソフトウェアを中心とした先駆的な製品設計プロセスにおいて、形式手法の果たすべき役割を追究することです。ここではカナダのウォータールー大学の自動運転システム開発プロジェクト「Autonomoose」のメンバーと協働し、彼らが開発する自動運転車をテストベッド(試験用のプラットフォーム)として、形式手法の産業応用について先駆的研究を行います。

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