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プロトタイプとは、概念やプロセスをテストするために作られた製品の初期サンプル、モデル、またはリリースです。[ 1 ]これは、意味論、設計、電子機器、ソフトウェア プログラミングなど、さまざまな文脈で使用される用語です。プロトタイプは一般的に、システム アナリストやユーザーによる精度を高めるために新しい設計を評価するために使用されます。[ 2 ] [ 3 ]プロトタイピングは、理論的なシステムではなく、実際に動作するシステムの仕様を提供するのに役立ちます。[ 4 ]物理的なプロトタイピングには長い歴史があり、現在では紙のプロトタイピングや仮想プロトタイピングがそれを広く補完しています。一部の設計ワークフロー モデルでは、プロトタイプの作成 (プロセスは具体化と呼ばれることもあります) は、アイデアの形式化と評価の間のステップです。 [ 5 ]
プロトタイプは、 「 prototypical 」という派生語の使用例のように、何かの典型的な例を意味することもあります。[ 6 ]これは、受け入れられた規範とみなされる対象、行動、概念を識別するのに役立つ用語であり、ステレオタイプやアーキタイプなどの用語と類似しています。
「プロトタイプ」という言葉は、ギリシャ語のπρωτότυπον prototypon、「原始的な形」、πρωτότυπος prototypos、「元の、原始的な」の中性形に由来し、πρῶτος protos、「最初の」と τύπος typos、「印象」（元々は打撃によって残された痕跡という意味で、その後、金型で打たれたスタンプ（「タイプライター」に注意）によって、暗示的に傷跡や印、類推によって形、つまり彫像、（比喩的に）様式、類似性、模倣のモデルまたは例示例（「典型的な」に注意）を意味する。[ 1 ] [ 7 ] [ 8 ]
プロトタイプは、意図された設計のさまざまな側面を探求します。[ 9 ]
一般的に、プロトタイプの作成は最終製品の作成とはいくつかの根本的な点で異なります。
エンジニアやプロトタイプ専門家は、これらの違いがプロトタイプの本来の役割に与える影響を最小限に抑えるよう努めます。例えば、視覚的なプロトタイプで最終製品と同じ材料を使用できない場合、最終製品の材料の特性をできるだけ忠実に再現できる材料で代用しようとします。
エンジニアやプロトタイプ専門家は、プロトタイプが意図した設計の特性を正確にシミュレートできるかどうか、その限界を理解しようと努める。
試作品は、最終的な製品設計からある程度の妥協を強いられるものです。これは、設計者の技量や選択、そして試作品に内在する避けられない限界によるものです。材料、製造工程、設計の忠実度の違いにより、製品設計が優れていても、試作品が期待通りの性能を発揮しない可能性があります。逆に、試作品は期待通りの性能を発揮しても、製品設計や最終的な製品が失敗に終わる可能性もあります。
一般的に、材料や工程の非効率性により、個々のプロトタイプのコストは最終的な生産コストよりも大幅に高くなることが予想されます。プロトタイプは、最適化と改良によってコストを削減する目的で設計を修正するためにも使用されます。[ 17 ]
プロトタイプテストを用いることで、設計が意図したとおりに機能しないリスクを軽減することは可能ですが、プロトタイプによってすべてのリスクを排除することは一般的にできません。
完全な設計を構築するには、多くの場合、費用がかさみ、時間もかかります。特に、完全な設計を構築し、問題点とその解決策を見つけ出し、再び完全な設計を構築するという作業を何度も繰り返す場合はなおさらです。そこで、代替手段として、完全な設計の一部のみを実装した初期プロトタイプには、ラピッドプロトタイピングまたはラピッドアプリケーション開発の手法が用いられます。これにより、設計者と製造者は、問題が発生しやすい部分を迅速かつ低コストでテストし、問題を解決してから、完全な設計を構築することができます。
技術研究において、技術デモンストレーターとは、新しい技術や将来の製品の概念実証およびデモンストレーションモデルとして機能するプロトタイプであり、その実現可能性を証明し、考えられる用途を示すものである。
大規模な開発プロジェクトでは、テストベッドは、新しい技術、コンポーネント、科学理論、計算ツールの厳密な実験とテストのためのプラットフォームおよびプロトタイプ開発環境です。[ 18 ]
近年のコンピュータモデリングの進歩により、物理的なプロトタイプの作成（宣伝目的で大幅に縮小したスケールで作成する場合を除く）を不要にし、最終製品のあらゆる側面をコンピュータモデルとしてモデリングすることが現実的になりつつあります。このような発展の一例として、ボーイング787ドリームライナーが挙げられます。この機体では、最初の実物大の実物が量産ラインで作成されました。コンピュータモデリングは現在、自動車設計において、形状（車両のスタイリングと空力性能）と機能の両面で広く活用されています。特に、車両の衝突安全性の向上や、燃費向上のための軽量化に役立っています。
プロトタイプという言葉の最も一般的な用法は、非軍事用機械（自動車、家庭用電化製品、家電製品など）の機能的な、ただし実験的なバージョンであり、設計者が量産によって製造したいと考えているものを指す。これに対し、モックアップは機械の外観を模したもので、多くの場合、耐久性のない物質で作られている。
電子機器設計者は、通常「DIP」パッケージを使用して、ブレッドボード、ストリップボード、またはユニバーサル基板から最初のプロトタイプを作成することが多い。
しかし、PCBの製造価格が低下し、多くの部品がDIPパッケージではなく、 PCBへの実装に最適化されたSMTパッケージでのみ入手可能になったため、最初の機能プロトタイプは、量産用PCBとほぼ同じ「プロトタイプPCB 」上に構築されることがますます多くなっています。
軍用機械や航空機の製造業者は「実験的」や「実用試験」という用語を好む。[ 19 ]
電子工学において、プロトタイピングとは、理論的な設計に基づいて実際の回路を構築し、それが機能することを確認し、機能しない場合はデバッグのための物理的なプラットフォームを提供することを意味します。プロトタイプは、ワイヤラッピングやブレッドボード、ストリップボード、ユニバーサル基板などの技術を使用して構築されることが多く、その結果、電気的には設計と同一ですが、物理的には最終製品と同一ではない回路ができます。[ 20 ]
Fritzingのようなオープンソースツールは、電子プロトタイプ（特にブレッドボードベースのもの）を文書化し、物理的な生産へと移行するために存在します。Arduinoのようなプロトタイピングプラットフォームは、マイクロコントローラのプログラミングと操作の作業を簡素化します。[ 21 ]開発者は、プロトタイピングプラットフォームを使用して発明をそのまま展開することも、マイクロコントローラチップと製品に関連する回路のみに置き換えることもできます。
技術者はこれらの技術を用いてプロトタイプを迅速に作成（および追加や修正）できますが、量産においては、カスタムプリント基板を大量生産する方が、これらのプロトタイプ基板を作成するよりもはるかに速く、通常は安価です。短納期でプリント基板を製造・組立する企業の増加により、ラピッドプロトタイピングの概念を電子回路設計に適用することが可能になりました。現在では、最小の受動部品や最大のファインピッチパッケージであっても、基板の製造、組立、さらにはテストまでをわずか数日で完了させることができます。
プロトタイプソフトウェアは、最初に実行されるバージョンであることを意味するアルファグレードと呼ばれることが多い。多くの場合、実装される機能はごくわずかで、アルファの主な目的は、機能を追加できる機能的なベースコードを用意することである。アルファグレードソフトウェアに必要な機能のほとんどが統合されると、ソフトウェア全体をテストし、開発中に予期せぬ状況で正しく応答するようにプログラムを調整するためのベータソフトウェアとなる。[ 22 ]
多くの場合、エンドユーザーは初期段階でアプリケーションの目的、詳細な入力、処理、または出力要件の完全なセットを提供できない可能性があります。ユーザー評価の後、ユーザーからのフィードバックに基づいて別のプロトタイプが構築され、再びサイクルが顧客評価に戻ります。サイクルは、ユーザーの話を聞くことから始まり、モックアップを構築または修正し、ユーザーにモックアップをテストさせ、そして戻ります。現在、アプリケーションの開発前にアプリケーションを迅速にシミュレートするのに役立つアプリケーションシミュレーションソフトウェアと呼ばれる新しい世代のツールがあります。 [ 23 ]
エクストリームプログラミングは、反復設計を使用して、初期プロトタイプに一度に1つの機能を徐々に追加します。[ 24 ]
多くのプログラミング言語では、関数プロトタイプはサブルーチンまたは関数の宣言であり（ソフトウェアプロトタイピングと混同してはならない）、この用語はC / C++に特有のものであり、この概念を表す他の用語としてはシグネチャ、型、インターフェースがある。プロトタイプベースのプログラミング（オブジェクト指向プログラミングの一形態）では、プロトタイプと呼ばれる既存のオブジェクトを複製することによって新しいオブジェクトが生成される。[ 25 ]
この用語は、 Prototype JavaScript Frameworkを指す場合もあります。
さらに、この用語はプロトタイプ設計パターンを指す場合もある。
組織や企業における継続的な学習アプローチでは、ソフトウェアモデルを通じたビジネスプロトタイプやプロセスプロトタイプの概念も活用される場合がある。
プロトタイプ性の概念は、ウェブサイトが期待される規範からどれだけ逸脱しているかを説明するために使用され、そのサイトのデザインに対するユーザーの好みを低下させます。[ 26 ]
データプロトタイプは、機能プロトタイプまたは作業プロトタイプの一種です。[ 27 ]その作成の正当性は通常、データ移行、データ統合、またはアプリケーション実装プロジェクトであり、入力として使用される原材料は、プロジェクトの開始時に存在するすべての関連データのインスタンスです。
データプロトタイピングの目的は、以下のものを生成することです。
これを実現するために、データアーキテクトはグラフィカルインターフェースを使用して、生データを使用して変換ルールとクレンジングルールを対話的に開発および実行します。結果として得られたデータは評価され、ルールが洗練されます。データアーキテクトによる画面上のデータの視覚的なチェック以外にも、通常の評価および検証アプローチは、データプロファイリングソフトウェア[ 28 ]を使用し、結果として得られたデータを対象アプリケーションのテストバージョンに挿入して使用を試すことです。
人間が操作するソフトウェアやデジタルツールを開発する際、プロトタイプは設計上の疑問を提起し、それに答えるために使用される成果物です。プロトタイプは、設計上の問題を検討し、解決策を評価する手段を提供します。[ 29 ]
ヒューマンコンピュータインタラクション（HCI）の実践者は、いくつかの異なるタイプのプロトタイプを使用することができます。
建築において、プロトタイピングとは、建築模型の製作（縮尺模型の一形態として）または美的あるいは材料の実験の一部として行われることを指し、オーストラリアのフォーティ・ウォール・ハウス・オープンソース材料プロトタイピングセンターなどがその例である。[ 33 ] [ 34 ]
建築家は、構造的、美的、技術的にアイデアを検証するためにプロトタイプを作成します。プロトタイプが機能するかどうかは主な焦点ではありません。建築プロトタイプの作成は、建築家が洞察を得るための啓示的なプロセスです。[ 35 ]
計量学の科学と実践において、プロトタイプとは、ある物理量の測定基準として用いられる人工物であり、その物理量のすべての測定の基礎となるものです。この標準物は、人工物と呼ばれることもあります。国際単位系（SI ）では、 2019年5月20日以降、プロトタイプ標準は存在しません。それ以前は、最後に使用されていたプロトタイプは、フランスのセーヴル（パリ郊外）にある国際度量衡局（Bureau International des Poids et Mesures ）に保管されていた、定義上正確に1キログラムの質量を持つ白金イリジウム製の円筒形固体キログラム原器でした。この原器の複製は、多くの国に製造・配布され、各国のキログラム標準として用いられ、定期的にパリの原器と比較されます。現在、キログラムは、プランク定数hが正確に1000という値に規定されるように再定義されています。6.626 070 15 × 10 −34 ジュール秒 (J⋅s)
1960年までは、メートルは、2つの目盛りが付いた白金イリジウム製の原器（定義上、目盛りの間隔は1メートル）によって定義されていました。これは国際メートル原器と呼ばれ、1983年にメートルは、自由空間において光が1/299,792,458秒間に進む距離として再定義されました（これにより、光速は毎秒299,792,458メートルと定義されました）。
病理学から分類学まで、多くの科学分野では、プロトタイプとは、そのカテゴリー全体の良い例となる病気や種などを指します。生物学では、プロトタイプとは、種やその他のグループの祖先または原始的な形態、つまり原型です。[ 36 ]例えば、セネガルビキールは、その属であるポリプテルス属のプロトタイプとみなされています。
スケールモデル、特に鉄道、航空機、船舶、軍事模型の製作者は、慣習的にプロトタイプを実物大という意味で使用します[ 37 ]。例えば、「この模型の長さは実物大とは異なります」のように。