多様なネットワーク世界到来による産業革新への適応

多様なネットワーク世界到来に よる産業革新への適応 高橋 浩

はじめに 人、モノあらゆるものが接続される世界が到 来しようとしている。 影響は知的分野を含む幅広い分野に及ぶ。 企業経営や社会的課題への影響はどうなる のだろうか？ 各国・各企業の産業蓄積、適応課題により、 取組みに相違が出るのではないだろうか？ 2

目次 • CPSとIoT • 分析の手法：“メガ組織デザイン” • 分析結果と評価 • まとめと今後の課題 3

CPSとIoT 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 地球全体が巨大 線送電ｼｽﾃﾑ）提唱 な脳 1948 ﾉﾍﾞﾙﾄ･ｳｨｰﾅｰ サイバネティックス 生理学、機械工学、 学際的開放性 システム工学統一 ｱﾎﾟﾛ誘導ｺﾝﾋﾟｭｰﾀ 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ｴｸﾞ ｾﾞｸﾃｨﾌﾞ･ﾃﾞｨﾚｸﾀｰ 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 分散型ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ ｼｽﾃﾑ 1961 ﾁｬｰﾙｽﾞ･ｽﾀｰｸ・ﾄﾞﾚ ｲﾊﾟｰ 4

IoT定義の拡散 • ケビン・アシュトンの元々の定義 – センサをあらゆる場所に配置することで、物理的 なモノの世界とインターネットを結合できる • RFIDタグを付したモノがセンサとコンピュータを介して インターネットに接続される世界 • コンピュータ機能を内蔵した機器がインター ネットに接続される世界へ • モバイル機器（ウェアラブル機器）を含め、 ネットワークにつながるモノは何でも含めた世 界へ 5

参考例：インテル 6

CPSとIoTの比較 サイバーフィジカルシステム（CPS) 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。 モノのインターネット（IoT） 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 Helen Gill, NSF, USA 7

CPSのIoTとは異なる特性 全ての物理コンポーネントにサイバー能力 多重・超巨大スケールでのネットワーク接続 多重で時間的空間的スケールでの複雑性 動的再編成/再構成あり 高度のオートメーション、制御ループが全て のスケールで閉じていなければならない。 型にはまらない計算と物理基質 操作の信頼性があり、幾つかのケースで認 証が必要 8

CPSとIoTの複雑性の比較 物理世界 サイバーフィジカル 製造過程 デジタル世界 組込みシステム インターネット 機械的振舞い サービス指向 シミュレーション 多数といっ ても10, 100, ・・から セマンティックス オートメーション ユニーク識別子 “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 CPS → ？ モノ 多数のケタ がべらぼうに 多い 10000 ～ “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 ← IOT 9

分散型インテリジェンス・システム要件の相違 タイムリーなコミュニケーションと情報 交換 時間遅れのコミュニケーション 関係者間のよく設計され制御された 相互作用 未知の参加者間の相互作用 “静的” （変化は制御される） “動的”（連続的に変化する） 多数といって も10, 100, ・・・ から “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 CPS → 多数のケタが べらぼうに多 い 10000～ “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 ← IOT 10

特に注目されるCPSの“時間”の概念 サイバーフィジカルシステムにおける時間の意味 物理世界 サイバーフィジカル デジタル世界 物理的な変化 シミュレーション時間 リアルタイム性 物理的な変更がリアルタイムに発生 計算 リアルタイム計算 不特定な計算時間 計算は（通常は）予測不可能な時 間量を必要とする 時間の異なる特性 CPSは新しい分散時間モデルを必要とする … ハードウェアに（新たな命令セット・アーキテクチャが） … ソフトウェアに（組込みシステム用だけではないものが） 11

IoT（CPSを包含）システム構想時の課題 適応対象によって採用技術が変化 技術活用形態を目的依存にする必要性 対象システムに沿った最適パターンの選択が 必要 IT活用効果は“IT投資”と“組織変革”の最適 組合せが必須 最適条件は各国、各企業の産業蓄積、IT活用 度、研究動向、ナショナルイノベーション特性 などに依存 技術選択 、組織構造の組合せ分析が必要！ 12

分析の手法：“メガ組織デザイン” • 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 coreexpanding 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

メタ組織とは何か? • 定義：エージェント（企業や個人）が法的に自 律的で、雇用関係とリンクしていない組織 • メタ組織は、雇用関係に基づいた権威によっ ては拘束されないが、目標によって特徴づけ られ、企業または個人のネットワークから構 成される。

メタ組織拡大のメカニズム • 急速に変化し競争の激しい環境では、顧客 はより多くの情報と選択肢を保有 • その結果、顧客ニーズへの俊敏な対応圧力 が増大 • 内部コストはしばしば、外部取引コストを超え ると結論するように企業を誘導 • 自前事業単位よりも、より迅速で応答性の良 い外部パートナーを探索の傾向が拡大 • 各種の「メタ組織」パターンを発生！

メタ組織デザイン時の指針：２次元構造 • メタ組織は正式な権威に対応する何らかの 代替品を必要とする。 • 変動パターンは次の２次元を考慮することで 理解できる。 メタ組織境界がオープンかクローズかの度 合い 内部成層（Stratification:層別化）の度合い

メタ組織デザインの2軸による分類 意思決定の成層度 低い 低い成層度 非階層的な意思決定 組 織 境 界 の 透 過 性 低 い 高 い 閉鎖的な組織境界 （ｸﾛｰｽﾞﾄﾞ･ﾒﾝﾊﾞｰｼｯ ﾌﾟ） 開放的な組織境界 （ｵｰﾌﾟﾝ･ﾒﾝﾊﾞｰｼｯﾌﾟ） (A) ｸﾛｰｽﾞﾄﾞ・ｺﾐｭﾆﾃｨ： 下請け企業、 技術的標準機関 (C) ｵｰﾌﾟﾝ・ｺﾐｭﾆﾃｨ： Wikipedia, ｵｰﾌﾟﾝｿｰｽ 高い 高い成層度 階層的な意思決定 (B) 拡張ｴﾝﾀｰﾌﾟﾗｲｽﾞ： ｻﾌﾟﾗｲﾔｰ･ﾈｯﾄﾜｰｸ、 ﾌﾗﾝﾁｬｲｽﾞ･ﾈｯﾄﾜｰｸ (D) ﾏﾈｰｼﾞﾄﾞ・ｴｺｼｽﾃﾑ： Android OS 17

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

横軸：意思決定の成層度 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。 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。

分析結果と評価 冗長性 縦 メンバーシップ 軸 排他性 メンバーシップ 期間 高い成層度 横 軸 低い成層度 CPS IoT 低い （相互依存システム） 高い （環境への高い柔軟性） 大きい（閉鎖的） 小さい（開放的） 長い 短い 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。 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） 20

メタ組織内での変動の可能性 意思決定の成層度 低い 低い成層度 非階層的な意思決定 組 織 境 界 の 透 過 性 低 い 高 い 閉鎖的な組織境界 （ｸﾛｰｽﾞﾄﾞ･ﾒﾝﾊﾞｰｼｯ ﾌﾟ） 開放的な組織境界 （ｵｰﾌﾟﾝ･ﾒﾝﾊﾞｰｼｯﾌﾟ） (A) ｸﾛｰｽﾞﾄﾞ・ｺﾐｭﾆﾃｨ： 下請け企業、 技術的標準機関 (C) ｵｰﾌﾟﾝ・ｺﾐｭﾆﾃｨ： Wikipedia, ｵｰﾌﾟﾝｿｰｽ 高い 高い成層度 階層的な意思決定 (B) 拡張ｴﾝﾀｰﾌﾟﾗｲｽﾞ： ｻﾌﾟﾗｲﾔｰ･ﾈｯﾄﾜｰｸ、 ﾌﾗﾝﾁｬｲｽﾞ･ﾈｯﾄﾜｰｸ (D) ﾏﾈｰｼﾞﾄﾞ・ｴｺｼｽﾃﾑ： Android OS ：CPS：(B)部分的に(A)へ ：IoT：(C)部分的に(D)へ部分的に(B)へ 21

参考例：米国NIST CPSのアプリケーション スマート製造/スマート生産   交通とモビリティ   エネルギー 公共インフラ      Strategic R&D Opportunities for 21st Century Cyber-Physical Systemsより ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ製品またはｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ サイバーフィジカルシステム アジャイル製造業  インテリジェント制御 サプライチェーン接続性  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 有線車両システムによる運転 自律的車両またはスマートビーク  ル（地上、空中、海中、宇宙）  プラグインとスマートカー 車両対車両/車両対インフラ通信  インタラクティブ管制システム  次世代航空輸送制御 電気システム  スマート電力網 再生可能エネルギー供給  プラグイン車充電システム 石油/ガス生産  スマート石油/ガス分配網 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             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  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         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      ファーストレスポンダ機器 通信機器 消火設備 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 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 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 軍事 緊急対応             http://www.nist.gov/el/upload/12-Cyber-Physical-Systems020113_final.pdf 影響度 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 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 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 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 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 22 な能力

• http://www.

メタ組織へのCPS/IoTｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝ・ﾏｯﾋﾟﾝｸﾞ 意思決定の成層度 低い 高い 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 (A) 組 織 境 界 の 透 過 性 閉鎖的な組織境界 （ｸﾛｰｽﾞﾄﾞ･ﾒﾝﾊﾞｰｼｯ ﾌﾟ） (B) 拡張ｴﾝﾀｰﾌﾟﾗｲｽﾞ： ｲﾝﾀﾗｸﾃｨﾌﾞ管制ｼｽﾃﾑ ｸﾛｰｽﾞﾄﾞ・ｺﾐｭﾆﾃｨ： 次世代航空輸送制御 人間とﾛﾎﾞｯﾄとの協働安全作業 ｱｸﾃｨﾌﾞ監視/制御ｼｽﾃﾑ 無線ﾎﾞﾃﾞｨｴﾘｱﾈｯﾄﾜｰｸ 地震管理（国/地球） ﾋﾞﾙｵｰﾄﾒｰｼｮﾝ 政府建物ｾｷｭﾘﾃｨ（国） 核の脅威管理（地球） 低 い (C) 開放的な組織境界 高 い （ｵｰﾌﾟﾝ･ﾒﾝﾊﾞｰｼｯ ﾌﾟ） ｵｰﾌﾟﾝ・ｺﾐｭﾆﾃｨ： 電子歯ﾌﾞﾗｼ（個人） 冷蔵庫（家族） 空気汚染/騒音（市） (D) ﾏﾈｰｼﾞﾄﾞ・ｴｺｼｽﾃﾑ： ｽﾏｰﾄ電力網 ﾌﾟﾗｸﾞ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） ｵｿﾞﾝ/森林火災管理（国） 23 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）

評価 類似ビジョンでも、規模、信頼性などの要件で 選択パターンに相違が発生する。 スタート時期とその後で組織パターンに変動 も想定される。 各企業各国の産業蓄積/研究方向、ナショナ ルイノベーション特性により向き不向きが存在 社会的課題の緊急性などにより、得意/必要 性の高い分野からの先行取組みが必要 日本はクローズ型垂直モデルへの拘り/嗜好 を踏まえると、取組み分野精査が必要 24

まとめと今後の課題 • CPS,IoTは新規動向ではあるが、最近のIT技 術、ITインフラの延長線上に発生している取 組み • かなりの投資と長期的努力、適切な目標設 定による集中的取組みが必要 – 例：ドイツのIndustry4.0、米国GEのIndustry Internet、GoogleのAra他 • 日本独自の強みを生かした強力な取組みが 必要 – 技術面のみでなく、先行課題への取組みなど、多 様な側面からの検討が必要 25

日本独自の強みを発揮するための予備検討 現行の出発点 保有技術 主として 既存業種 を出発点 とした取 組み（ボト ムアップ） 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） 適応環境 前提条件（適性等）や課題 突破力/統合力 通信業 LTE、4G 3社寡占高価 小売業 ｾﾌﾞﾝｲﾚﾌﾞﾝ 生産性低い 製造業 ﾚｶﾞｼｰ強い ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ弱 運輸業 SUICA、ｸﾛﾈｺ ｻｰﾋﾞｽ拡大 ｴﾈﾙｷﾞｰ 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 Industry4.0 GNT企業 新産業創出 ｵｰﾌﾟﾝｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝと新垂直統合 Power grid4.0 ミスマッチ 新ｴﾈﾙｷﾞｰ 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/ﾏｰｹﾃｨﾝｸﾞ 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 ｲﾉﾍﾞｰｼｮﾝ弱 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/ｸﾞﾛｰﾊﾞﾙCSR Education4.0 初等教育高 ﾌﾞﾚｰｸｽﾙｰ弱 高等教育劣化/構造固定化革新 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） 評価 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 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 26

組織変革に必要な課題 • 何時、どのような条件で、特定種類のメタ組 織が出現するかを想定した取組みが重要 • 下記などの取組み明確化が望ましい ① 組織デザイナーは如何に部門を特定する か、如何に仕事を分割し、仕事を割り当て るか？ ② 日本で根強い“購買交渉力権威”が、専門 知識・カリスマ性主導権威を上回って、メタ 組織内の分業パターンをこれからも主導で きるのか？ ③ 権威の性質が、システム統合メカニズムの 選択にどのような影響を与えるか？

CPS 、IoTなどによるこれからの産業革新 • 情報だけのサイバー世界、道具や機械だけの物 理世界に閉じこもるのでなく、両者が相互に連携 /作用し、そこにITが浸透し高レベルの統合が実 現する世界が広がって行く。 • このような世界の最も広い適応対象は（多様な 課題を持つ）現実の社会・経済そのものである。 • このような視点から将来を把握し、着実に布石を どれだけ打てるかが、国や企業のこれからの成 長に決定的影響を与える。 28

まとめと今後の課題 摺合せ型製造業に強みを発揮してきた日本 は、CPSが自然な発展型であるように見える。 一方、CPSは高度なIT活用とセットなので、全 体的にIT活用に出遅れて来た壁が立ちふさ がる。 他方、IoTは取組み易さはあるかもしれない が、巧みな組織変革が伴わないと、ビジネス 的成功の可能性はかなり低い懸念がある。 摺合せの延長線上のシステム化も可能な CPS的取組みは、組織変革も含めて、今後充 分に挑戦する価値があると考えられる。

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 CyberPhysical 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