情報制御システムの特質を生かしたソフトウェア開発支援システムに関する研究

摘要

電力系統の監視制御や、鉄道の運行管理などの社会インフラを支える計算機システムは、社会生活に直接係わるため高い品質が要求される。このようなシステムを構築するためには、要求仕様を確実に把握するとともに、誤りのないソフトウェアを構築することが不可欠である。本論文は、この社会インフラを支える計算機システムを実現するための“ソフトウェア開発支援システム”について報告する“システム開発型論文”である。（１）研究対象本研究の対象は、要求仕様を確実に把握することを可能とする仕様記述モデルの策定、仕様記述モデルに基づきソフトウェアを開発する構築支援システムの開発、およびこれらの技術および開発支援システムの実システムへの適用評価である。対象とする要求仕様は、社会インフラへの計算機システムの導入目的のひとつである運転員業務の自動化を実現するための「運転員が実施していた業務手順や判断ノウハウ」とした。また、構築支援システムは、仕様モデルに基づいた仕様定義および検証を行う開発ツールと、定義された要求仕様に基づき計算機上で動作させるためのミドルウェアである。（２）研究内容本研究を進める上で基本となるのはシステムの要求仕様を記述する形式である。本研究では次の3 つの記述形式を考案するとともに、この記述形式を基にしたソフトウェア開発支援システムを開発した。1 つ目は、要求仕様記述モデルを活用した記述形式である。これは、計算機システムの入出力インタフェースを厳密に規定し、このインタフェースの入力と出力をマッピングすることを機能として規定する方式である。具体的には1980 年前後に適用評価が進められたSADT やフローネット技法などの要求仕様を情報処理のインタフェースとして規定する記法である。2 つ目は、知識処理モデルを活用する方式である。具体的には、計算機システムとして実現するべき対象である操作員の業務手順や判断ノウハウをルールとして表記する知識処理技術を活用するものである。3 つ目は、前記の要求仕様記述モデルおよび知識処理モデルでの適用評価結果を受けて、新たな情報制御システム仕様モデルとして考案した記法により規定する方式である。我々は、1980 年代から、要求仕様記述モデルおよび知識処理技術を活用した構築支援システムを開発し、250 システム以上の情報制御システムへ適用を進めた。さらに2007年から、これらの適用経験から情報制御システム向けの仕様記述モデルを策定し、新たな開発支援システムを開発し適用評価をしている。これらの研究開発成果を以下に説明する。（ａ）要求仕様記述モデルをベースとした開発支援システムの開発と適用計算機システムの入出力インタフェースを厳密に記述する手法を情報制御システム向けの記述手法（大規模、リアルタイム、オンラインへの対応）としてフローネット技法を開発するとともに、開発支援システムCADRIS を開発し、実システムへの適用を実施した。記法については適用評価実験と実システムへの適用評価をおこなった。結果として本記法では、情報制御システムにおいてシステム化する運転員の業務やノウハウが陽に示されないという課題が明らかになった。しかし設計仕様の管理を支える支援システムは、構成管理機能などチームでのソフトウェア開発をサポートする上で不可欠であったため、1980 年後半以降多くの実システム開発（200 システム/年程度）へ継続的に適用している。（ｂ）知識処理モデルをベースとした開発支援システムの開発と適用（ａ）の記法で明らかになった課題を踏まえ、知識処理技術であるルールベース技術およびオブジェクト技術の適用を行った。ルールベース技術により運転員のノウハウを、オブジェクト技術で設備を定義するモデルを開発し、このモデルにより記述された知識を直接実行する開発支援システムを情報制御向け知識処理ツールEUREKAとして開発し適用を行った。この開発支援システムは1990 年前後を中心に250 システムへの適用を行った。しかし、これらの適用を通じて、ルール間の関係や推論時の競合解消方法による実行ルールのわかりにくさから試行錯誤の開発となることが新たな課題として明らかになった。（ｃ）情報制御システム仕様モデルをベースとした開発支援システムの開発と適用上記の適用経験をもとに制御システムの要求仕様記述に適した定義モデルを開発するとともに、構築支援システムSAMIC を開発した。運転員が持つ断片的なルール形式の知識に対して、全体が鳥瞰できる表形式を主体とする記法を提案するとともに、運転員が持つ業務やノウハウの表現形式として用いられる定性的形式と、設備とシステムの間でやり取りするデータとの対応付けを実現できる方法を開発した。この方式により2007 年より実際のシステム開発に適用を開始し、10 システムへの適用を行っており、継続して適用を推進している。これらの研究の結果、インタフェース規定技術で課題となった「業務やノウハウが陽に示されない」、および知識処理で課題となった「知識漏れや矛盾の発生や、動作が確定しない」を解決することができた。これにより、情報制御システムの開発において、要求仕様を形式的な記述仕様に基づいたシステム開発が可能となり、高い品質を持つシステムを、安定した開発で実現することが可能となった。