研究プロジェクト
System of Systems（複数の独立したシステムが連携して創発的な目的を果たす仕組み）を、自律的に意思決定する主体が相互作用する社会技術システムとして捉え、その全体挙動と総合信頼性（英語では dependability）を設計する新しい工学の確立を目指しています。
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本研究では、System of Systems（SoS）を単なるシステムの集合ではなく、自律的に意思決定する主体が相互作用する社会的システムとして捉えます。対象となるのは、個々の要素の正しさだけでは説明しきれない、全体としての振る舞いが重要になる大規模な社会技術システムです。
目指しているのは、そのような SoS の全体挙動を設計できる新しい工学の確立です。構造や接続関係だけでなく、主体どうしの相互作用、利害、意思決定まで含めて扱い、望ましいシステム全体の振る舞いを説明・設計・検証するための方法論を構築します。
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自動運転交通、スマートグリッド、スマートシティ、データ連携基盤など、現代のシステムは複数の主体が独立に意思決定する分散型システムとなっています。このような環境では、各主体が合理的に行動していても、その相互作用の結果として全体に望ましくない現象が生じることがあります。
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従来のシステム工学や SoSE は、アーキテクチャ設計、通信・制御、ソフトウェア設計といった観点で大きな成果を上げてきました。一方で、実社会の SoS で本質的になる「主体がどう行動するか」という問題は、十分には扱われていません。
そのため、構造としては正しく設計され、個々の要素が仕様通りに構築されていても、実運用では期待したように機能しないという問題が残ります。SoS を実社会で機能させるには、構造設計だけでなく、主体の意思決定と相互作用を設計対象に含める必要があります。
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本研究では、「制御する」のではなく、「望ましい行動が自然に選ばれるように設計する」という考え方を採用します。具体的には、ルールや契約、インセンティブを設計し、各主体が自律的に行動しても、全体として望ましい状態に収束するような仕組みを構築します。
これは、外部から全体を一括制御する発想ではなく、主体の意思決定と相互作用を前提に、結果として望ましい均衡が現れる条件を設計するという立場です。SoS を社会技術システムとして扱うことで、構造設計に加えて、行動設計や制度設計まで含めた方法論へ広げることを目指します。
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このテーマは MaaS のレジリエンス研究から始まりました。エンタープライズアーキテクチャモデリングに基づく MaaS のレジリエンス分析・設計（Reliability Engineering & System Safety, 2023）、FRAM を半定量化したデジタルヘルスケアサービスの信頼性分析（Computer Systems Science and Engineering, 2023）に続き、マルチエージェント強化学習によるレジリエンスエンジニアリング手法（IEEE Transactions on Network and Service Management, 2026）へと発展しています。
SoS 全体の保証については、ステークホルダーの合意形成に基づくレジリエンス保証（IEEE Access, 2025）、ArchiMate による評価手法（Systems, 2025）、Stackelberg 進化ゲームによる動的レジリエンス分析（ICSRS 2025・SoSE 2026）と、モデリングからゲーム理論へ手法を広げてきました。ガバナンスを設計変数として扱う実証研究（SoSE 2026）は、制度設計まで含めたこのテーマの方向性を示す成果です。
産学官の活動とも連動しています。自動運転の保証技術を扱う SEAMS・TIGARS プロジェクトや IEC 62853 に関わる標準化活動に参加し、自動運転の総合信頼性に関する解説（自動車技術会 会誌, 2024）などを通じて、研究成果を社会の議論につなげてきました。
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交通・エネルギー・物流のように多くの組織が関わるサービスは、どこか1つの組織の判断だけでは全体を良くできません。この研究が進むと、ルールやインセンティブの設計を通じて参加者が自然に協調し、災害や障害が起きてもサービス全体が止まりにくい社会システムを作れるようになります。
「誰かが全体を制御する」のではなく、「全体が望ましい方向に向かう条件を設計する」。この発想の転換が、複雑になりすぎた社会システムを扱う新しい道具になると考えています。
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今後は、SoS を均衡として設計するという考え方をさらに具体化し、実社会で活用可能な設計・検証基盤の確立を目指します。Contract Architecture Description Language（CADL）によるルール・契約の形式化、自律主体を前提とした動的適応の設計、システム全体としての総合信頼性の評価、さらにデジタルツインを用いた実証を通じて、社会技術システムとしての SoS を扱う方法論へ発展させていきます。
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上に挙げた基盤づくりと並行して、次のようなテーマに取り組みます。学生の研究テーマも、この方向性のなかから相談して決めていきます。
初めて学ぶ人へ
専門の論文より先に、日本語で書かれた次の解説から入るのがおすすめです。
松原豊, 自動車技術会 会誌, 2024年1月号 特集イノベーションガバナンス.
関連リンク
関連業績
2026
A Multi-Agent Reinforcement Learning Based Resilience Engineering Method for Mobility-as-a-ServiceZhengshu Zhou, Weijie Yu, Tingting Zhao, Qian Long, Yutaka Matsubara, Hiroaki Takada
IEEE Transactions on Network and Service Management, Vol.23, pp.2135-2148
複数のAIエージェントが試行錯誤で学ぶ「マルチエージェント強化学習」を使い、MaaS（交通手段を統合したサービス）のレジリエンス（障害からの回復力）を高める手法を提案した論文です。各エージェントが運行の組み替え方を学び、ネットワークの一部が止まってもサービス全体を回復させます。事故や災害の際にも交通サービスを維持するための備えに役立ちます。
2026
A System-of-Systems Resilience Analysis Framework Based on Stackelberg Evolution GameHuanjun Zhang, Yutaka Matsubara
21st International Conference on System of Systems Engineering (SoSE 2026), Kongsberg, Norway, Jun.-Jul. 2026
リーダーと追随者の駆け引きを表すゲーム理論（シュタッケルベルクゲーム）を使い、複数システムが連携するSoSの回復力を分析する枠組みを提案した論文です。先に動くリーダーとそれに応じる追随者の相互作用を分析することで、各システムの思惑が全体の回復にどう影響するかを読み解けます。障害時のSoSの振る舞いを設計段階で予測するのに役立ちます。
2026
Governance as a Structural Design Variable: An Empirical Study of Performance-Autonomy Value Spaces in Systems of SystemsChihiro Shimoyama, Yutaka Matsubara
21st International Conference on System of Systems Engineering (SoSE 2026), Kongsberg, Norway, Jun.-Jul. 2026
SoS（独立した複数システムの連合）で、統治の仕方（ガバナンス）を設計変数と捉え、全体性能と各システムの自律性のトレードオフを実証的に調べた論文です。中央の統制を強めると全体の性能は上がりやすい一方で、各システムの自由度は下がります。その関係を実験的に描き出し、ガバナンスのあり方を意識的に選ぶための材料を提供します。
2025
ArchiMate-Based System of Systems Resilience Evaluation ApproachHuanjun Zhang, Yutaka Matsubara
Systems, Vol.13, Issue 5
複数の独立したシステムが連携する「システムオブシステムズ（SoS）」の回復力を、標準的なモデリング言語ArchiMateで記述して評価する手法を提案した論文です。各システムとその依存関係をモデルとして描くことで、障害がどう波及しどの程度回復できるかを見積もれます。関係者が共通の図の上で回復力を議論できるようになる点が利点です。
2025
Consensus Based Resilience Assurance for System of SystemsHuanjun Zhang, Yutaka Matsubara
IEEE Access, Vol.13, pp.20203-20217
SoS（複数組織のシステムが連携する仕組み）では関係者の利害が異なります。本論文は、どこまでの回復力を目指すかを関係者が合意しながら保証していくプロセスを提案しています。単独の組織がSoS全体を支配できない以上、目標は押し付けではなく合意で決める必要があり、その合意形成を体系的な手順として示した点が特徴です。
2025
A Decision Support Scheme for Safe and Efficient Transportation of Hazardous MaterialsZhengshu Zhou, Yutaka Matsubara, Hiroaki Takada
IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Vol.26, Issue 1, pp.309-322
危険物輸送のルートや計画を、安全性と効率の両面から評価して意思決定を支援する手法を提案した論文です。複数の案をリスクとコストの観点で比較し、その結果を意思決定者にわかりやすく示します。事故の影響が大きい危険物輸送で、現実的で納得感のある計画づくりに役立ちます。
2025
A Dynamic Resilience Research for Acknowledged System-of-systems Based on a Stackelberg Evolutionary GameHuanjun Zhang, Yutaka Matsubara
The 9th International Conference on System Reliability and Safety (ICSRS 2025), Italy, Nov 2025
中央の調整役はいるものの各システムが独立性を保つ「承認型SoS」を対象に、シュタッケルベルク進化ゲームで時間とともに変化する回復力を分析した論文です。調整役と各システムが障害の後に戦略を変えていく様子をゲームとして表し、回復力の時間変化を捉えます。ある時点だけを見る静的な評価を補う視点を提供します。
2025
Improving Airport Baggage Handling System Efficiency with Simulation-Based DesignChenda Siv, Yutaka Matsubara, Hiroaki Takada
2nd IEOM World Congress on Industrial Engineering and Operations Management, Canada, Oct 2025
空港の手荷物搬送システムをシミュレーションでモデル化し、設計を変えながら効率を改善する方法を検討した論文です。搬送ラインや仕分けの動きを計算機上で再現し、設備の構成や運用ルールを変えた場合の効果を比較します。実際の大規模設備を止めずに改善案を試せるのが利点です。
2025
Co-evolution Guidebook (HMCES Guidebook)Daichi Mizuguchi, Akihisa Morikawa, Yutaka Matsubara, Kiyoshi Fujiwara
HMCES Project
2025
共進化ガイドブック水口大知, 森川聡久, 松原豊, 藤原清司
HMCES Project
2025
Enhancing Human-Robot Collaboration through Existing Guidelines: A Case Study ApproachYutaka Matsubara, Akihisa Morikawa, Daichi Mizuguchi, Kiyoshi Fujiwara
HMCES Project
2024
自動運転の総合信頼性─ドイツPEGASUSプロジェクトとレベル4自動運転サービスを例に考える松原豊
自動車技術会 会誌, 2024年1月号 特集イノベーションガバナンス
自動運転の安全性をどう総合的に保証するかを解説した記事です。ドイツのPEGASUSプロジェクトやレベル4自動運転サービスを例に、技術面だけでなく制度や運用の面からも信頼性を考えます。自動運転を社会で安心して使うために何が必要かを、幅広い視点でつかめる内容です。
2024
AI2X Co-evolution Guidebook and Case Study for Human-centered AI FrameworkAkihisa Morikawa, Yutaka Matsubara, Daichi Mizuguchi, Kiyoshi Fujiwara
SAFECOMP 2024 Position Paper, Florence, Sep 2024
AIと人・社会が共に発展していく「AI2X共進化」プロジェクトで作成したガイドブックと適用事例を紹介した論文です。人間を中心に据えながらAIを導入する際の考え方をガイドブックにまとめ、適用事例でその使い方を示しています。SAFECOMP 2023で発表したプロジェクト紹介の続報にあたります。
2024
Reaching Consensus on System-of-systems Resilience Assurance: A Case of Mobility as a ServiceHuanjun Zhang, Yutaka Matsubara, Hiroaki Takada
SASSUR 2024 at SAFECOMP 2024, LNCS Vol.14989, pp.200-212, Florence, Sep 2024
MaaSを事例に、SoSの回復力の保証について立場の異なる関係者が合意に至るためのプロセスを提案した論文です。各関係者の前提や要求を明示し、段階を踏んですり合わせて合意された保証の論拠にまとめます。技術だけでなく組織間の合意形成に焦点を当てている点が特徴です。
2023
Resilience Analysis and Design for Mobility-as-a-Service Based on Enterprise Architecture ModelingZhengshu Zhou, Yutaka Matsubara, Hiroaki Takada
Reliability Engineering & System Safety, Vol.229
MaaS（複数の交通手段を1つにまとめたサービス）を組織やITを含む全体構造としてモデル化し、障害に強いサービスを分析・設計する手法を提案した論文です。ITだけでなく組織や業務の流れまで含めて全体を描くため、どこが弱点になるかを構造的に見つけられます。障害が起きてもサービスを止めにくいMaaSの設計に役立ちます。
2023
Developing Reliable Digital Healthcare Service Using Semi-Quantitative Functional Resonance AnalysisZhengshu Zhou, Yutaka Matsubara, Hiroaki Takada
Computer Systems Science and Engineering, Vol.45, No.1, pp.35-50
業務のばらつきがどう連鎖して問題になるかを分析するFRAMという手法を半定量化し、デジタルヘルスケアサービスの信頼性向上に応用した論文です。各業務のばらつきの大きさをおおまかな数値で表すことで、小さなずれが重なって障害につながる箇所を特定できます。人・機器・ソフトウェアが関わり合うサービスの信頼性向上に役立ちます。
2023
A Quantitative Approach for System of Systems’ Resilience Analyzing Based on ArchiMateHuanjun Zhang, Yutaka Matsubara, Hiroaki Takada
DECSoS 2023 at SAFECOMP 2023, LNCS Vol.14489, pp.47-60, Toulouse, Sep 2023
アーキテクチャ記述言語ArchiMateでSoSをモデル化し、その回復力を定量的に分析する手法を提案した論文です。モデルの要素に数値指標を与えることで、どこを強化すれば回復力が最も高まるかを比較できます。限られた対策費用を効果的に使う判断に役立ちます。
2023
Toward Human-centered AI Framework: An Introduction to AI2X Co-evolution ProjectYutaka Matsubara, Akihisa Morikawa, Daichi Mizuguchi, Kiyoshi Fujiwara
SAFECOMP 2023 Position Paper, Toulouse, Sep 2023
人間中心のAI活用の枠組みを探る「AI2X共進化」プロジェクトの構想と取り組みを紹介したポジションペーパーです。AIと、それを使う人や社会の側が互いに適応していく必要があるという問題意識を示し、研究課題を整理しています。AIの安全な社会実装に向けた出発点となる論文です。
2023
SoSレジリエンスモデルのステークホルダーコンセンサスに向けた分析方法Huanjun Zhang, 松原豊, 高田広章
DSW 2023, University of Tsukuba
2021
MaaS信頼性向上のためのレジリエンスエンジニアリング手法周正書, 松原豊, 高田広章
第57回 組込みシステム研究発表会
最優秀論文発表賞受賞。
2021
最優秀論文発表賞「MaaSの高信頼化を目的としたレジリエンスエンジニアリング手法」周正書, 松原豊, 高田広章
日本ソフトウェア科学会 第19回ディペンダブルシステムワークショップ（DSW 2021）
2020
自動車分野のCASE革命とサイバーセキュリティ松原豊, 倉地亮, 高田広章
情報処理 2020年4月号特集 新たなモビリティ時代のサイバーセキュリティ, Vol.61, No.4, pp.338-343, Mar 2020
コネクテッド化や自動運転などのCASEと呼ばれる変化により、自動車に求められるサイバーセキュリティ対策がどう変わるかを解説した記事です。車が外部ネットワークとつながりソフトウェア更新も遠隔で行われるようになると攻撃の入り口が増えるため、開発から運用までを通した防御が必要になります。自動車分野になじみのない読者にも全体像がわかるようにまとめています。
2020
Towards Identifying and Closing Gaps in Assurance of Autonomous Road Vehicles: Technical Notes Part 2Robin Bloomfield, Gareth Fletcher, Heidy Khlaaf, Philippa Ryan, Shuji Kinoshita, Yoshiki Kinoshita, Makoto Takeyama, Yutaka Matsubara, Peter Popov, Kazuki Imai, Yoshinori Tsutake
TIGARS Project
2020
Towards Identifying and Closing Gaps in Assurance of Autonomous Road Vehicles: Technical Notes Part 1Robin Bloomfield, Gareth Fletcher, Heidy Khlaaf, Philippa Ryan, Shuji Kinoshita, Yoshiki Kinoshita, Makoto Takeyama, Yutaka Matsubara, Peter Popov, Kazuki Imai, Yoshinori Tsutake
TIGARS Project
2019
Open System Dependabilityに基づくレジリエンス分析手法戸田佳成, 松原豊, 高田広章
情報処理学会 第50回 組込みシステム研究発表会
2018
つながる社会とクルマのセーフティ＆セキュリティの動向と展望松原豊, 倉地亮, 高田広章
自動車技術 2018年5月号 特集：コネクティビティ：つながる社会とクルマ, Vol.72, No.5, pp.87-93, May 2018
クルマが社会とつながる時代のセーフティ（安全）とセキュリティ（防御）について、最新動向と今後の展望を整理した解説記事です。車がネットワークにつながると、故障への備えと攻撃への備えを切り離して考えられなくなることを説明しています。関連する規格や研究の方向性も紹介しており、分野の全体像をつかめます。
2017
自動車分野のセーフティとセキュリティの動向と展望 -自律走行の実現に向けて-松原豊, 倉地亮, 高田広章
情報処理 2017年11月号特集 IoT時代のセーフティとセキュリティ -日本の産業競争力の強化に向けて-, Vol.58, No.11, Oct 2017
自律走行の実現に向けて、自動車のセーフティとセキュリティの技術動向を整理した解説記事です。故障に備える安全設計とサイバー攻撃への防御は互いに影響し合うため、両者を組み合わせて考える必要があることを説明しています。個別の技術を学ぶ前に全体像をつかむのに向いた内容です。
関連テーマ
機器1台の信頼
複数のアプリケーションが1つの計算機上で動くときでも、処理の遅れや干渉を抑え、安全に動かし続けるための方法を研究しています。
つながる機器の信頼
IoT 機器とブロックチェーン、スマートコントラクトを組み合わせて、機器の利用許可やデータ共有を分かりやすく管理する仕組みを研究しています。
横断テーマ
3つの研究テーマに共通する土台として、作ったシステムが本当に信頼できるかを確かめ、その根拠を説明するための技術を研究しています。並行プログラムのファジング、形式手法による検証、セキュリティ分析、保証ケースなどが対象です。