製造業でCAEソフト(Computer Aided Engineering Software)の利用が急速に拡大している。元来CAEソフトは設計解を得てからその妥当性を確認するために利用されることが多かった。しかし近年の開発期間短縮と開発コスト低減の要求の高まりに伴い、CAD/CAM(Computer Aided Manufacturing)と連携して設計活動の中でCAEソフトを利用することで効率を高める動きが出てきた。CAEソフト利用の利点はシミュレーションにより試作や実験を代替することと、設計初期の詳細検討により設計変更の数を減らすことである。その結果、大量の設計者がCAEソフトを使い始めた。このようなユーザが効率良く質の高い解析を行うためには、CAEソフトの使いやすさの追求が必須である。

　CAEソフトは従来、解析条件のオプションをどう組み合わせるか判断に迷う、マニュアルが膨大で必要な情報を探せない、ユーザインタフェースが貧弱等の理由で非常に使いにくいものとされてきた。そのためもあり、ユーザ層が研究開発色の強い設計部署の解析専門の技術者に限られていた。従来よりCAEソフト支援システムの研究・開発はエキスパートシステムを中心にいくつも行われたが、実用化されて広く製造業で使用されている例を見ない。高度な技術を使ってはいるが、ユーザへの適切な知識の提供、ユーザとの密な対話の側面が軽視されて結果的に使いづらいものとなっている。

　現在CAEソフトは3次元化へのシフトが急速に進んでいる。これはCAD/CAMの利用を含めた総合的なメリットを享受するためには全ての活動を3次元モデルをベースに行う必要があるからである。また、従来はいかに複雑な対象を小さな簡易モデルで上手にモデル化するかというところが解析者の腕の見せ所であったが、MPU、メモリ、外部記憶の急激なコスト低下を背景に、大規模なモデルで細部もあまり省略せずに強引に解析してしまうという方法が今後の主流となってきた。そのような状況を前提とした時、CAEソフトの使いやすさは以下にまとめることができる。

　・使い易い3次元形状モデリング機能を有する。

　・節点密度の制御が可能で確実な自動要素生成機能を有する。

　・正確な入力データを効率的に作成するためのナビゲート機能を有する。

　・ユーザフレンドリな対話的GUI(Graphical user interface)を有する。

　・適切な情報及び知識へのアクセス手段を提供する。

　一方、ソフトウェアエージェントという技術が近年注目を受けている。エージェントの概念はエージェントメタファ(暗喩)とも言われ、人間社会での代理人に相当する役割をソフトウェアに負わせるというものである。エージェントは従来のソフトウェアと対比して自律性、社会性、反応性、自発性という特徴を持つ。ソフトウェアエージェントには幾つか種類があるが、インタフェースエージェントは、知的な(intelligent)インタフェースにより、CAEソフトに欠けている適切な知識の提供やユーザとの密な対話を補うのに適している。

　本論文では、CAEソフトの使い易さを向上させるために、インタフェースエージェントという新しい概念を導入し、ユーザを支援させることを提案する。実際にPC上にプロトタイプシステムを構築し、その有効性をテストにより評価することを目的とする。

インタフェースエージェントの概要

　インタフェースエージェントはユーザに向かって最初に口を開くことができるシステムである。ユーザがCAEソフトに向かってなんと話しかけて良いか分からない時にエージェントが仲介役となってユーザとCAEソフトウェアとの間を取り持つ。その点でインタフェースエージェントは特に初心者ユーザの支援に適している。仲介の仕方はインストラクタという言葉で規定する。インストラクタであるエージェントは(1)ユーザより上位に位置し、(2)ユーザの行動をモニタし、(3)ユーザの意図や置かれた状況を推定し、(4)推定できない場合はユーザに尋ねる。(5)ユーザが困ってないときはユーザを放任し、(6)ユーザが困ったら知識を提供し、最小限のOJT(オンジョブトレーニング)を行う。このコンセプトに基づき、エージェントに以下の4種の機能を持たせた。

　・有限要素解析の概要を解析に先立ってユーザに紹介する機能(特に初心者へ)

　・ユーザにより与えられたどんな解析を行うがという解析ゴールをもとに、操作手順をプランニングする機能(特に初心者へ)

　・エラー発生時にユーザが取った対策を事例ベースに記録、保存し、類似のエラーが発生した際に検索して対策例としてユーザに示してユーザを導く機能

　・ユーザが困った状態を感知して、過去のユーザの操作履歴やその時の状況を元に、各知識の必要度を自動で採点し、高い順にリストにして示す機能

　エージェントシステムの構成を図1に示す。CAEシステムは3次元形状モデルの作成を行うソリッドモデラ、メッシュ及び境界条件を含むインプットデータを作成する自動メッシュジェネレータ、有限要素解析を行うソルバ及び結果を表示するポストプロセッサからなる。エージェントはユーザとCAEソフトに関する知識を元にユーザの支援を行う。エージェントは図2に示すように複数のサブエージェントに分解される。サブエージェントは互いに協力し合って全体としてエージェントの機能を果たす。

図表図1 エージェントシステム構成図 / 図2 サブエージェントの協力関係

　本システムのユーザビリティテストを4番目の機能を付加する前後で行った。最初は学部3年生26名を被験者とし、2回目は学部4年生から修士2年迄の学生(含む助手1名、助教授1名)計26名を被験者として行った。課題は与えられた形状・寸法の部品のソリッドモデルを作成し、境界条件等の解析条件を指定し、メッシュを作成し、線形弾性応力解析を実行して応力を確認し、安全余裕を算出することであった。テストの際に依頼したアンケートの結果を図3に1回目と2回目を対比して示す。

図3 ユーザビリティテストの結果

　製造業でコスト低減実現のため、設計者のCAEソフト(Computer Aided Engineering Software)に対する期待が急速に拡大している。CAEソフトは従来、解析条件のオプションをどう組み合わせるか判断に迷う、マニュアルが膨大で必要な情報を探せない、ユーザインタフェースが複雑などの理由で非常に使いにくいものとされてきており、ユーザ層が研究開発色の強い部署の解析専門家に限られていた。CAEソフト支援システムの研究・開発はエキスパートシステムを中心に多く行われたが、現在実用化されて広く使用されている例を見ない。設計者ユーザが効率良く質の高い解析を行うためには、CAEソフトの使いやすさの追求が必須である。

　本論文は、CAEソフトの使い易さを向上させるために、インタフェースエージェントという概念を導入し、知的な処理とユーザとの密な対話により支援することを提案し、実際にPC上にプロトタイプシステムを構築し、その有効性をテストにより評価したものであり、全部で9章から構成されている。

　第1章は序論であり本研究の背景、目的と概要について述べている。

　第2章では、まずCAEソフトの歴史的発展をたどり、使いやすさを実現するためにはCADとCAEの統合化、六面体メッシュの完全自動化、エンジニアリング知識のユーザへの提供が重要であることを指摘している。次にCAEソフト用支援システムの過去の研究について調査を行っているが汎用CAEソフト支援システムが満足するべき要求事項を全て満足しているものはないと結論している。

　第3章では、ソフトウェアエージェントの特徴とインタフェースエージェントの実例について述べて、インタフェースエージェントとユーザとの社会的関係を整理している。

　第4章では、CAEソフトウェアのユーザ支援の手段としてインタフェースエージェントを利用することを提案している。また、エージェントとユーザとの社会的関係はオンジョブトレーニングにおけるインストラクタであるべきだということを提案し、有するべき機能を挙げている。

　第5章では、有限要素解析の概要紹介機能と操作手順のプランニング及びガイド機能の詳細について述べている。システム使用開始時にユーザに解析の概略手順、解析操作の途中経過、及び解析結果の具体的画像を示し、解析に対する良好なメンタルモデルを構築させることが学習や作業の効率化、不安の防止に効果があるとしている。後者はまずプラン作成のためにどのような解析(what)をしたいかユーザに目標を問い、操作方法を順に並べたプラン(how)を作成し、プランをユーザの作業の進捗に合わせて示す。プランは目標と操作方法の知識であるアクションモデルを元に後ろ向き推論を用いて作成される。

　第6章では、エラー処理経験事例の再利用による支援機能の詳細について述べている。この機能は同種のエラーに対して一回目のみはユーザ自身が解決策を考える必要があるが、二度目からは覚えておいた解決策を他のユーザへも含め提供するというものである。トラブル解決策の例は事例ベース推論により収集している。

　第7章では、困ったユーザに知識を提示する支援の詳細について述べている。ユーザがスムーズに作業を進めているときには、黙って見ているが、一旦ユーザが困ったとき、必要な知識を的確なタイミングで提供するという思想に基づき、ユーザが困った状況に陥ったときに自発的に現れて適切な知識をユーザに提供する機能を持たせている。実際には支援の必要性の感知、ユーザの過去の操作履歴や現在の状況に基づいた知識項目の必要性のランク付けと提示を行っている。

　第8章では、システムの使いやすさの評価について述べている。全4回のテストを学生のテスタに実施してもらい、観察とアンケートにより評価を行っている。テストの結果有限要素解析の概要紹介機能と操作手順をガイドする機能の有効性は確認された。エラー処理経験事例の再利用による支援機能は詳細情報を見るユーザが少ないという問題に遭遇したが、その解決策を提案し、効果が確認される例が見られた。困ったときに知識を提示する機能については全8項目でやや良いという評価を受けている。このシステムを利用して初心者が初回の使用で完全に独力で解析できる見通しが得られた。

　第9章は結論であり、本研究の成果を要約している。

　以上を要約すると本論文は、現在のCAEソフトをより使いやすいものにすることを目指して、インタフェースエージェントをCAEソフトに組み込んでユーザ支援を行うという概念を提案し、PC上にプロトタイプシステムを開発し、具体的にユーザビリティテストを通して、本概念の有効性を明らかにした研究成果をまとめたものであり、計算力学およびCAEの発展に寄与するところが大きい。よって本論文は博士(工学)の学位請求論文として合格と認められる。