製品アーキテクチャーとは？種類、メリット、PLM との関係まで詳しく解説

今回は、製品アーキテクチャーの基本的な定義や重要な理由、メリットについて詳しく解説します。
記事の最後で PLM のお客様導入事例もご紹介しておりますので、ご興味ある方はぜひ最後までご覧ください。
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製品アーキテクチャーとは

製品アーキテクチャーとは、製品を構成する機能要素を体系的に構造化・統合し、相互に連携させる仕組みです。日本語に翻訳すると「構造」や「構成」となり、製品の「設計図」や「青写真」と表現することもできます。つまり、製品の基本的な設計思想（製品の構造や機能に対する考え方をまとめたもの）を指します。そのため製品アーキテクチャーは、設計や製造、販売、サービスといった各工程において、製品の根幹を支える重要な役割を果たします。

製品アーキテクチャーが重要な理由

製品アーキテクチャーは、製品バリエーションや構成変更を効果的に管理できることから、あらゆる製品開発戦略において欠かせない要素です。製品の各要素に対して「機能を形にマッピングする」ことで、製品の改善や再設計、カスタマイズ、パーソナライズ、複製などを可能な限り効率的に行えるようになります。製品が複雑化し、製品ラインのバリエーションが増えるほど製品アーキテクチャーの重要性は高まります。
たとえば、複数の製品ラインを持つある自動車メーカーでは、十数の工場や数百のモデル、数千のオプションといった要素が複雑に絡み合っています。こうした状況において適切な製品アーキテクチャーを導入すれば、社内の製品や拠点、プロジェクト間の連携をスムーズにし、組織全体としての効率化と品質向上につながります。
さらにアーキテクチャーに関する意思決定の多くは、研究開発の段階で行われます。そのため製品アーキテクチャーは、研究開発部門と深く関係しており、イノベーションを支える重要な役割も担っています。

製品アーキテクチャーにはいくつかのアプローチがあり、対象となる製品や市場、業界の特性に応じて使い分ける必要があります。代表的なものとしては、モジュラー型（またはモジュール型）、インテグラル型、構成型、プラットフォーム型、標準型などが挙げられます。状況に応じて、これらを組み合わせたハイブリッドアーキテクチャーが採用されることもあります。
ここでは、主要なアーキテクチャーであるモジュラー型とインテグラル型を比較してみましょう。

モジュラー型製品アーキテクチャーは、部品（モジュール）と機能がシンプルに連携される考え方です。コンピューターや自動車、電子機器などの製品には、一般的にモジュラー型製品アーキテクチャーが適しています。これらの製品はバリエーションやカスタマイズのニーズが多く、時間の経過に伴い部品のアップグレードが必要になることもあります。
製品の複雑さは運用効率の妨げになるとされており、モジュラー型製品アーキテクチャーはそうした影響を最小限に抑えることができます。このアーキテクチャーでは、部品と機能の関係性が明確に定義され機能的に独立し、かつ交換可能なコンポーネントやモジュールによって製品が構成されるため、構成要素（コンポーネント）同士の相互依存度は低くなります。

インテグラル型製品アーキテクチャーでは、製品全体を統合された単一のエンティティ（構成体）として捉えます。構成要素（コンポーネント）同士の相互依存度が高く、緊密に統合されているのが特徴です。つまり、各コンポーネントが連動しながら機能する仕組みになっています。
インテグラル型製品アーキテクチャーは、高いパフォーマンスが求められる製品に適していますが、構成の柔軟性が低く、修理やアップグレードが難しいという側面もあります。戦闘機や衛星、武器システムなどの航空宇宙・防衛関連製品や、高性能スポーツ用品などに適したアーキテクチャーです。

製造する製品に最適な製品アーキテクチャー戦略を明確にし、磨き上げることで、ビジネス上のさまざまなメリットを得られます。

市場投入までの期間を短縮

設計のサイクルタイム（設計開始から完了までにかかる時間）を最小限に抑えることで、不具合や設計ミスの発生を減らし開発全体のプロセスを効率化できます。結果、意図した通りに機能する高品質な製品を短期間で市場に投入することが可能になります。

製品開発の効率化

前述の通り、製品アーキテクチャーによって費用対効果は異なります。対象となる製品に最適なアーキテクチャーが適切に定義されていれば、その製品カテゴリーにおける開発効率は大幅に向上します。

カスタマイズに適した製品アーキテクチャーを採用すれば、機能の追加や改良を効率的に行えるため、修理やサービスにかかる時間とコストを抑えることができます。

長寿命で持続可能な製品の実現

将来的なメンテナンスやアップグレードを見越して製品アーキテクチャーを最適化することで、発売開始後の製品ライフサイクルを効率的かつ最大限に延ばすことが可能になります。

コンカレント設計への対応

適切な製品アーキテクチャーを採用すれば、各チームが干渉することなくそれぞれの担当領域を同時に開発できるコンカレント設計環境を実現します。

製品の品質向上

製品アーキテクチャーは、基本的に製品の品質に大きな影響を与えますが、その効果は採用する手法によって異なります。以下のようなことが、主なメリットとして挙げられます。

• 故障箇所を切り分けやすく修理の精度が向上する
• 各コンポーネントに対して独立したテストプロトコルを迅速かつ頻繁に実施できる
• 関連する製品全体で一貫した品質を維持できる

製品アーキテクチャーの作成方法

効果的な製品アーキテクチャーを構築するには、一般的に 4 つの手順を踏む必要があります。

1.製品のダイアグラムを作成

製品アーキテクチャーのダイアグラム（配置図）を作成することは、最初に行うべき重要なステップです。そのために、さまざまなツールやテンプレートが用意されています。ただしダイアグラム作成ツールよりも重要なのは、製品の特徴や機能を正確に把握し、それを明確に表現することです。

2.ダイアグラムの各要素をグループ化

機能や要素の中に共通するグループ（サブセット）が存在することが分かります。これらは、共通する機能や相互作用の度合いに応じて、「クラスター」としてグループ化します。

3. 要素を体系的に整理したレイアウトを作成

グループ化されたダイアグラムをもとに、要素の関係性を視覚的に表すレイアウトを作成します。これが、製品の性能や求められる特性との対応関係（マッピング）を構築するための基盤となります。

4. 要素間のさまざまな関係を特定

要素を体系的に整理したレイアウトに基づき、各要素間の関連性や依存関係を明らかにします。併せて、プロセスの流れと各機能も明記します。
この手順が完了したら、選定した製品アーキテクチャー戦略が実行可能な計画として成立しているかどうかを、主要な関係者全員と共有し、確認します。

PLM における製品アーキテクチャーの役割と重要性

Windchill をはじめとする PLM（製品ライフサイクル管理）ツールとの連携が、製品アーキテクチャー活用の鍵であると理解しておくことが重要です。PLM ツール内の統合機能やワークフロー、データ構造は、アーキテクチャーアプローチで実現したい設計や管理のニーズに合うよう、慎重に調整する必要があります。

PLM と製品アーキテクチャーの連携が不十分な場合、不具合の発生やチーム間の連携に支障が生じ、製品ライフサイクルの合理化が進まず、システム全体のパフォーマンスが低下する可能性があります。その結果、問題解決が遅れ、企業のリソースが浪費され、管理業務が複雑化するおそれもあります。
こうした事態では、本来得られるはずだった運用面での成果を逃し、機会損失によりコストが大きく膨らむことになりかねません。

一方で、製品の開発や製造プロセスに製品アーキテクチャーを効果的に組み込んだ環境では、設計者やエンジニア、開発チームをはじめとする関係者が、シームレスかつ生産的に連携できる体制が整います。
これにより、業務効率の向上やコストの削減、リードタイムの短縮、そして迅速な市場投入など、ビジネス上のメリットを多く得ることができます。
製品の多様化や高性能化が進む中で、製品アーキテクチャー戦略を PLM に統合しさまざまな課題に柔軟に対応していくことは、時間やコスト、エネルギーといった投資回収や競争優位性を維持・向上する鍵となります。

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 以下に PLM を活用して製品ライフサイクル全体を最適化した企業の導入事例を紹介しますので、こちらもぜひご覧ください。

【導入事例】

• UD trucks社 | 3D CAD と PLM で設計開発の QCD を向上
• オムロン ヘルスケア社｜PLM で設計現場に意識改革を！ その力を未来の製品へ
• 日本電産 (Nidec Corporation)社｜PLM により市場投入までの期間が 48% 減少
  
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