人間システム統合

ヒューマンシステムインテグレーション（HSI）は、人間と現代の技術システムとのインターフェースに焦点を当てた、システムの開発と維持に対する学際的な管理および技術アプローチです。 ^{[1] [2]}  HSIの目的は、システムのライフサイクル全体にわたるシステムエンジニアリングとライフサイクルロジスティクス管理活動を通じて、システム設計の人間、ハードウェア、ソフトウェアの要素に同等の重要性を与えることです。HSIの最終目標は、システム全体のパフォーマンスを最適化し、総所有コストを最小限に抑えることです。^[3] HSIの分野では、トレーニング、マンパワー（人数）、人員（人の資格）、ヒューマンファクターエンジニアリング、安全性、労働衛生、生存性、居住性など、複数の人間中心の研究領域の作業を統合しています。^[4]

HSI は、HSI ドメイン全体、およびシステム エンジニアリングとロジスティクス サポート プロセス全体の包括的な統合に重点を置いた総合的なシステム アプローチです。^{[2] [3]} HSI のドメインは相互に関連しています。統合に重点を置くことでドメイン間のトレードオフが可能になり、人材の活用率の向上、トレーニング コストの削減、メンテナンス時間の短縮、ユーザー受け入れの向上、ライフサイクル全体のコストの削減、再設計や改修の必要性の低減につながります。^[3] トレードオフの例としては、人材の削減や特定のメンテナンス タスクに必要なスキルの向上によって生じる可能性のあるトレーニング コストの増加が挙げられます。^[3] HSI は、新しい機能や変更された機能の必要性が特定された取得プロセスの早い段階で開始すると最も効果的です。HSI の適用はシステムのライフサイクル全体にわたって継続し、システムの進化に合わせて HSI プロセスを統合する必要があります。^{[3] [4] [5]}

HSIはシステムエンジニアリングプロジェクトの重要な部分です。^{[2] [6]}

米海軍は、1977年に軍のマンパワー対ハードウェア（HARDMAN）方法論を開始し、軍のマンパワー、人員、訓練の問題に対処しました。^[7] 1980年に、全米科学、工学、医学アカデミーはヒューマンファクターズ委員会を設立し、後に人間システム統合委員会に改名されました。^[8]米国における現代のヒューマンシステム統合の概念は、1986年に米陸軍のマンパワーと人員統合（MANPRINT）プログラムとして始まりました。^[9]  産業工学と実験心理学の学術分野とのつながりを持つMANPRINTは、マンパワー、人員、訓練の領域と人間工学を統合した分野に組み込みました。^[10] MANPRINTは、軍事システムの開発中の兵士のニーズと能力に焦点を当て、人間工学、マンパワー、人員、訓練、健康被害、システム安全の6つの領域で人間中心の焦点を枠組みにしました。^{[ 11]} 海軍の一部門である米海兵隊は、HSIの目的を達成するためにHARDMANプログラムとMANPRINTプログラムの両方の側面を実施し、1994年に海兵隊命令5000.22で正式なHSIポリシーを発行しました。 [12]米空軍は1982年に「IMPACTS」としてHSIプログラムを開始しました。^[10]現代のHSIプログラムは、HSIプログラムの開発の過程で、HARDMAN、MANPRINT、IMPACTSなどの初期の頭字語を廃止しました。^{[13] [14]}たとえば、空軍は現在、空軍人間システム統合局（AFHSIO）を通じてHSIを管理しています。 米国沿岸警備隊は、人事局の戦略および人事能力部門（CG-1B）で2000年にHSIプログラムを実装しました。^[15]米国国土安全保障省は2007年に科学技術局の下でHSIプログラムを開始し、運輸保安局（TSA）は2018年にDHS S&Tの傘下で集中的なHSIの取り組みを開始しました。^[15]連邦鉄道局（国家運輸安全委員会の傘下）とNASAエイムズ研究センターもHSIに取り組んでいます。英国、カナダ、^[16]オーストラリア、ニュージーランドでも同様にヒューマンファクターに根ざしたHSIプログラムがあり、陸軍のMANPRINTプログラムをモデルにしています。^{[10]欧州ではHSIは}ヒューマンファクターズインテグレーションとして知られています。

人的資源、職員、訓練および安全プロセスを正式化する国防総省の調達方針は1988年に始まりました。^[12] 明確な焦点領域としてのHSIは、2003年に発行された国防調達システムの運用（DODINST 5000.02）で初めて取り上げられました。^[17] 2008年に更新されたこの方針は、MANPRINTプログラムの6つの領域を7つに拡張し、システム安全性を安全性と労働衛生として再び焦点を当て、居住性と生存性をリストに追加しました。^[18]  2010年に、米国科学アカデミーの人間システム統合委員会は、行動・社会科学および教育部門の下にある委員会に移行しました。人間システム統合委員会（BOHSI）は、HSIの研究と応用に関するコンセンサス研究、報告書、議事録を発行しています。^[8] 2013年のDODINST 5000.02の更新では、生存性領域に部隊防護が追加されました。^[19]   2020年にDODINST 5000.02のタイトルと内容は「適応型調達フレームワークの運用」に変更され、要求される能力の固有の特性に応じて、各調達経路に合わせたHSI活動を記述するようになりました。^[20]

2002年に初めて出版された防衛調達ガイドブック^[21]では、人員計画とHSIに1章を割いている。各領域に焦点を当てた議論に加えて、DAGはHSIをシステム全体の観点から捉え、システムの人的構成要素を他の構成要素やサブシステムと同様にシステム全体の不可欠な要素と見なすことを強調している。DAGは、プログラム的な統合製品・プロセス開発、戦略計画、リスク管理のあらゆる側面でHSIを表現することの重要性を強調している。^[3]

人間システム統合のための標準実践（SAE 6906）は2019年に発行され、HSIに関連する調達活動の標準的な実践を定義しています。この標準は、システム設計から廃棄、および関連するすべての活動を通じてHSIを適用するために業界に提供されています。この標準には、HSIとドメインの概要、ドメインの関係とトレードオフ、システム開発プロセスの要件、および多数の技術標準リファレンスが含まれています^[22]

ASTM F1337-10 船舶および海洋システム、機器、施設に対する人間システム統合プログラム要件の標準実践

DI-HFAC 81743 人間システム統合プログラム計画

INCOSE システムエンジニアリングハンドブックは、学生や実務家がシステムエンジニアリングの分野を理解するための信頼できる参考資料を提供します。^[6]システムの人間的部分は、要件開発からアーキテクチャ設計プロセス、検証、妥当性確認、運用まで、システムエンジニアリング活動の最初から最後まで関連しています。^[6] HSI はシステムエンジニアリングプロセスに不可欠であり、システムのライフサイクル全体にわたるプログラム、技術、設計、および意思決定のレビューで、すべてのプログラムレベルの統合開発製品チームで対処する必要があります。^[1]このガイドブックは、HSI の SE プロセスへの統合に焦点を当てており、システムの要素としての人間の重要な役割を直感的に理解するだけでは、HSI 関連のコストとパフォーマンスの目標を達成するには不十分であると述べています。HSI は、人間中心のドメインスペシャリストとインテグレーターを追加することでエンジニアを支援します。これらの専門家とインテグレーターは、各人間中心のドメインに基づいた体系的な方法論を使用して、使いやすさ、安全性と健康、保守性、トレーニング可能性などの人間の考慮事項が考慮されるようにします^[6]

HSIのトレード研究と分析は、システムエンジニアリングでは実現できない洞察につながることが多いHSIの重要な方法です。^[6] INCOSEシステムエンジニアリングガイドブックでは、HSIをシステムエンジニアリングプロセスに効果的に組み込むためのいくつかの手順が推奨されています^[6]

• HSIを早期かつ効果的に開始する
• HSIの問題を特定し、分析を計画する
• HSI要件を文書化する
• 契約開発のソース選択においてHSIを考慮に入れる
• 統合技術プロセスの実行（HSIドメイン統合を含む）
• 積極的なトレードオフを実施する
• HSI評価を実施する

HSIは数多くのSE活動と関わり合っている: ^{[1] [6]}

• HSIドメインの専門家は、HSIの目標を達成するために互いに協力します。
• 請負業者と顧客にはそれぞれHSIリードインテグレーターとドメインエキスパートがおり、それぞれの役割が相手方と連携している。
• HSIドメインの専門家は、統合製品チーム、設計チーム、物流管理チーム、その他のシステムエンジニアリングおよびプログラム管理コラボレーションなどのプログラム管理の役割に参加できます。
• HSI は信頼性、可用性、保守性に関するアクティビティと連携します。
• HSIはテストと評価を成功させるために重要であり、テストと評価活動のすべての段階に統合される必要があります。
• HSI はロジスティクスおよびサポート活動と連携します。

システムのライフサイクル全体にわたるコストとパフォーマンスの計画と管理は、ライフサイクルロジスティクスと統合製品サポートを通じて行われます。^[23]これらの活動により、システムが維持目標を満たし、ユーザーの維持目標を満たすことが保証されます。^[24]製品サポート管理は、ライフサイクル管理、技術管理、インフラストラクチャ管理の3つの重点分野をカバーしています。トレーニング、マンパワー、人員のHSIドメインはインフラストラクチャ管理に属し、ロジスティクス/製品サポートの12の要素の1つです。^[25] ロジスティクス/製品サポートの12の要素の1つである設計インターフェイスは、技術管理のサブカテゴリであり、ヒューマンファクター、人員、居住性、トレーニング、安全、労働衛生など、HSIの複数のドメインが含まれます。^[26]

設計インターフェース（HSI を含む）は、定量的なシステム設計特性と機能的に統合された製品サポート要素を統合したものです。このロジスティクス要素では、システム設計パラメータが製品サポート リソース要件を決定します。製品サポート要件は、システムが可用性の目標を達成し、設計コストとサポート コストのバランスをとるように導き出されます。設計インターフェースは、他のすべてのロジスティクス/製品サポート要素に影響を与える主要なアクティビティです。^[23]信頼性と保守性は、人員、人材、トレーニングに関連する設計インターフェースの側面です。保守性とは、障害発生後に機器またはシステムを完全な機能に復旧できる容易さと速度の尺度であり、設計、人員の可用性とスキル レベル、保守手順、トレーニング、テスト機器によって決まります。保守性が低いと、システムのライフサイクル全体で人員、人材、トレーニングのコストが増加する可能性があります。^[23] 人間工学とユーザビリティは、運用環境での信頼性と保守性に関するシステム サポートの要件開発、定義、設計開発、評価において重要な役割を果たします。安全性と労働衛生は製品サポートの重要な側面です。怪我、偶発的な機器の損傷、慢性的な怪我、長期的な健康問題はサポート性、信頼性、可用性を低下させます^[23]

ヒューマンファクターズエンジニアリング（HFE）は、知覚、認知、感覚、物理的特性などの分野における人間の能力と限界が要件と設計に組み込まれていることを保証するエンジニアリング分野です。^[3] 効果的なHFEは、システム設計が人間のユーザー集団の能力を最大限に活用し、それを超過しないことを保証します。^[3] HFEは、人的資源とトレーニングの要件の範囲を減らし、システムがユーザーによって居住可能で安全かつ生存可能な方法で操作、保守、サポートされることを保証します。^[3] HFEは、次のような人間とシステムのインターフェイスの設計に関係しています。 ^[3]

• 機能インターフェース: 機能、タスク、および人間または自動化への機能の割り当て
• 情報インターフェース：環境とシステムの理解と認識をサポートする情報と情報の特性
• 環境インターフェース：自然環境と人工環境、環境制御、施設設計
• 協力インターフェース: チームのパフォーマンス、協力、コラボレーションのための規定
• 組織インターフェース：職務設計、管理構造、行動に影響を与えるポリシーと規制
• 認知インターフェース: 意思決定ルール、意思決定支援システム、状況認識とメンタルモデルのプロビジョニング。
• 物理インターフェース: コントロール、ディスプレイ、ワークステーション、作業現場、アクセス、ラベルとマーキング、構造、階段と梯子、手すり、メンテナンス設備などのハードウェアとソフトウェアの要素。

技術基準と要件:

ASTM F1166-07 海洋システム、機器、施設の人間工学設計に関する標準規格

HFES-200 ソフトウェア ユーザー インターフェイスの人間工学

MIL-STD 46855 軍事システム、機器、施設に対する人間工学要件

MIL-STD 1472 人間工学のための国防総省設計基準規格

FAA ヒューマンファクター設計基準 (HFDS) HF-STD-001B

HFEデータ情報の説明:

人間工学プログラム計画 (HEPP) DI-HFAC-81742

人間工学システム分析レポート (HESAR) DI-HFAC-80745

人間工学設計アプローチ文書 (HEDAD-M) DI-HFAC-80747

人間工学設計アプローチ文書 (HEDAD-O) DI-HFAC-80746

人間工学テスト計画 (HETP) DI-HFAC-80743

人間工学テストレポート (HETR) DI-HFAC-80744

マンパワーは、システムを運用、保守、サポートする人員（「スペース」と呼ばれることもある）の適切な組み合わせを評価し、定義することに重点を置いています。マンパワー要件はタスク分析に基づいており、作業負荷、疲労、身体的および感覚的過負荷、環境条件（暑さ/寒さ）、および視界の低下を考慮する必要があります。マンパワー要件は、システムにとって最もコストの要因となるものであり、ライフサイクル コスト全体の最大 70% を占めることがあります。^[3]要件は、低速の運用テンポ、平時のシナリオから継続的な持続運用まで、あらゆる運用に基づいており、急増する運用能力を考慮する必要があります。マンパワー分析プロセスでは、労働集約的な「ハイ ドライバー タスク」を調査し、自動化または設計の使いやすさの向上によってマンパワー要件を削減するためのエンジニアリング設計変更の対象とする必要があります。トップダウンの機能分析は、マンパワー コストを制御するためにどの機能を削除、統合、または簡素化できるかを判断するための基礎となります。^[3]

国防総省の人員政策は国防総省指令1100.4「人員管理のガイドライン」に基づいている。

人事ドメインは、システムに必要なオペレータ、保守担当者、サポートスタッフのユーザー集団の人的パフォーマンス特性（認知、感覚、身体能力、知識、経験、能力）に関係します。^[4] コスト効率の高いエンジニアリング設計により、人員要件が最小限に抑えられ、ユーザー集団との一貫性が保たれます。新しい、または高度な人員要件を必要とするシステムでは、トレーニングなどの他のドメインでコストが増加します。^[3]システムに対して特定されたユーザーグループは、「ターゲットオーディエンス」と呼ばれることがあります。ターゲットオーディエンスは、より大きな組織構造内に位置しているため、新しいシステムに影響を与える、または新しいシステムから影響を受ける可能性のある採用、保持、および人事ポリシーを考慮する必要があります。HSI と人事ドメインがポリシーに影響を与える場合もあれば、ポリシーが HSI に影響を与える場合もあります。たとえば、新しいシステムを採用しながら組織の労働力を維持するために、システムで追加の採用が必要になる場合があります。HSI に影響を与えるポリシーの例としては、ユーザー集団の多様性の増加が挙げられます。これにより、システムの人体測定要件が変わり、HFE ドメインの要件に影響を与える可能性があります。^[3]

人員および人事基準には以下が含まれます。

人材と人員に関する標準実践 SAE1010

トレーニングの領域は、対象者に、システムの運用、保守、サポートに必要な知識、スキル、能力を習得、獲得、または強化する機会を与えることに関係しています。^{[3] [26]}対象者は個人またはグループです。システムエンジニアリング/取得環境でのトレーニングは、設計中のシステムに固有のパフォーマンスレベルを満たすことを目的とした、職務に関連した知識、スキル、能力に重点を置いています。^[23]オペレーター、保守担当者、サポート担当者がそれぞれのタスクを実行できるようにトレーニングすることは、システム全体のコンポーネントであり、システムの意図された機能を実現する一環です。^[3]これには、トレーニングの概念と戦略と、技術マニュアルと手順、対話型の電子技術マニュアル、職務遂行支援、コンピュータベースの対話型コースウェア、シミュレーター、実際の機器（実際の機器に組み込まれたトレーニング機能を含む）などのロジスティクスサポートの要素との統合が含まれます。^[23]トレーニングは構成管理の重要な側面です。システムへのあらゆる変更のトレーニングの影響を評価することが重要です。^[23]訓練の目的は、ライフサイクルコストを削減しながら、準備の整った、十分に訓練された人員を育成し、維持し、準備態勢の良好な結果に貢献することです。^[3]費用対効果の高い訓練を開発するための業界標準の方法は、指導システムの設計です。

トレーニング基準には以下が含まれます。

アメリカ合衆国：

トレーニング データ製品およびサービスの取得に関するガイダンス (パート 1/5) MIL-HDBK 29612/1

指導システム開発/トレーニングと教育へのシステムアプローチ（パート 2/5）MIL-HDBK 29612/2

英国

JSP 882 訓練と教育に関する防衛の指示とガイダンス

環境、安全、労働衛生の分野では、急性または慢性の病気、障害、死亡、または傷害など、人間の健康と身体的健康に対するリスクを最小限に抑えるシステム設計特性を決定することに重点を置いています。^[4]物理システム設計では、システム安全性はシステムエンジニアと緊密に連携して、システムの危険性を特定、文書化、設計から排除、または軽減し、それらの危険性による残留リスクを軽減します。^[5]考慮する必要がある3つの領域は次のとおりです。^[3]

• 環境、つまりシステム内外の自然および人為的条件とシステムの運用状況
• 歩行面、高所作業、極度の圧力、閉鎖空間、危険なエネルギー放出の制御、火災や爆発など、事故の可能性を最小限に抑えるシステム設計における安全要因^[3]
• 労働衛生: 騒音、化学物質、大気の危険（閉鎖空間など）、振動、放射線、反復運動による傷害などの危険による傷害、急性または慢性の病気、または障害のリスクを最小限に抑えたり、長期的な職務遂行能力を低下させたりするためのシステム設計機能。

健康被害分析は、システムのライフサイクル中に定期的に実行してリスクを特定し、リスク管理プロセスを開始する必要があります。^[3]国防総省のプログラムでは、プログラム管理者は、プログラムのESOHリスクの全体的な評価であるプログラム環境・安全・労働衛生評価（PESHE）を準備し、HHAプログラム監視の進捗状況を文書化する必要があります。^[4]

システム安全性はリスク管理プロセスに基づいていますが、安全性リスク管理には独自のプロセスと手順があります。たとえば、特定された危険は、異なる設計を選択するか、危険を排除するように設計を変更することにより、可能な限りシステムから設計上排除する必要があります。設計変更が実行できない場合は、危険を中断して事故を防ぐために、設計された機能またはデバイスを追加する必要があります。警告 (デバイス、標識、信号) は次善の緩和策ですが、事故防止にはあまり役立たないと考えられています。最後の手段は、危険から人々を守る個人用保護具と、トレーニング (危険から身を守り、事故を防ぐための知識、スキル、能力) です。危険に対処するために導入された設計介入への HFE レビューと関与は、システム安全性と HFE ドメインの専門家との重要なつながりです。設計介入は人材と人員に影響を与える可能性があり、トレーニング介入を維持するために、危険に対するトレーニング緩和策を継続的なオペレーターおよび保守員のトレーニングに組み込む必要があります。

システムの安全基準には以下が含まれます。

アメリカ合衆国：

MIL-STD 882 システム安全性

英国:

健康、安全、環境保護のための防衛政策 (DSA 01.1)

生存性とは、同胞同士の衝突のリスク、攻撃の検出と確率を低減し、敵対的な環境下での乗組員の任務継続と急性または慢性の病気、重傷、障害または死亡の回避を可能にする設計上の特徴である。^{[3] [4]} 生存性の要素には、事故や攻撃に対する脆弱性の低減（例えば、検出に対する保護）と、システムを操作および保守する人員の潜在的な負傷または傷害の最小化が含まれる。生存性には、化学、生物、放射性および核（CBRN）の脅威からの保護も含まれる。また、乗組員室の完全性を維持する要件、システム破壊時の迅速な脱出、および不測の事態管理、脱出、生存および救助のための緊急システムも含まれるべきである。^[3]

生存可能性は、多くの場合、以下のトピックに分類されます。^[3]

• 兄弟殺しを減らす
• 検出可能性を低減
• 攻撃の可能性を減らす
• 攻撃を受けた場合の被害を最小限に抑える
• 怪我を最小限に抑える
• 精神的および肉体的疲労を最小限に抑える
• 極限環境を生き抜く

居住性とは、人員の士気、安全、健康、快適性、生活の質を維持し、最適化するために、物理的環境（居住エリア、個人衛生施設、作業エリア、居住エリア、および人員支援エリア）に人間中心設計を適用することです。^[4] 照明、空間、換気と衛生、騒音と温度制御、宗教、医療、および食事サービスの利用可能性、寝床、入浴、個人衛生などの設計面はすべて居住性の側面であり、人員の効率性とミッション達成に直接貢献します。^[3]

居住性基準には以下が含まれます:

居住性のための色彩調整マニュアル DI-MISC 81123

設計基準制限騒音基準 MIL-STD 1474

Boehm-Davis, D., Durso, FT, & Lee, JD (2015). APA 人間システム統合ハンドブック. ワシントン DC: アメリカ心理学会.

Booher, HR (1990)。『マンプリント：システム統合へのアプローチ』。ニューヨーク、NY：ラインホールド。

Hardman, NS (2009).人間システム統合をエンジニアリングするための実証的方法論。

Pew, RW, & Mavor, AS (2007)。システム開発プロセスにおける人間とシステムの統合：新たな視点。ワシントン：全米アカデミー出版。

Rouse, WB (2010)。人間システム統合の経済学：人々の訓練と教育、安全と健康、仕事の生産性への投資の評価。ホーボーケン、ニュージャージー：ワイリー。

システム取得プロセスにおける人間システム統合陸軍規則 (AR) 602-2

アメリカ空軍ヒューマンシステム統合ハンドブック

NASA 人間システム統合実践ガイド

防衛イノベーションマーケットプレイス ヒューマンシステムコミュニティ

IEEE 人間システム統合技術委員会

NDIA ヒューマンシステム部門