フロントローディングとは？実施方法から最前線まで解説

工業製品の開発の理想は、製品企画から構想設計、詳細設計がスケジュール通りに進め、試作品を検証したら不具合なく一発動作させることです。しかし、実際には開発・設計の作業は試行錯誤の連続なのが当たり前。特に開発対象が大規模かつ複雑なシステムで、なおかつ安全性や信頼性の要求レベルの高い製品ともなればなおさらです。こうした開発難易度の高い製品の代表例が自動車であると言えます。

自動車設計者は、時間に追われながらの製品の作り込みという難しい課題と戦っています。製品企画で思い描いた機能・性能・意匠を実現し、さらには型式認証を取得可能な高い安全性・信頼性・品質の製品を期日通りに実現することは簡単ではありません。

大規模で複雑なシステムを、できる限り短期間かつ高品質に開発するための基本戦略として製造業を営む多くの企業が採用している開発コンセプトが「フロントローディング」です（図1）。前倒しできる作業や意思決定などを、なるべく開発の初期段階で済ませておき、システム全体で顕在化する可能性のある不具合や課題を早期に洗い出して解決しておく開発手法のことを指します。「（開発工程の）フロント」に重点的に、「ローディング（負荷をかける）」ことから、このように呼ばれます。

フロントローディングを実践し、開発工程の初期段階にシステムを作り込めるようにして、さらにその効果を最大限まで引き出すためには、以下のような大きく3つのポイントを抑えた開発体制を整備しておく必要があります。

1つ目のポイントは、多角的な見地から設計を検証できる体制を整備することです。製品企画のような初期段階の開発工程での意思決定は、後の工程のさまざまな部分に大きな影響を及ぼす可能性があります。その時点で設計者が良かれと思って盛り込んだ工夫が、後々に思ってもみなかったような不具合を引き起こしてしまう可能性があるのです。このため、開発の上流ほど、多角的始点から設計の妥当性を検証できるようにしておく必要があります。

2つ目のポイントは、担当する開発工程の段階や部分が異なる担当者や生産技術の担当者が集まり、設計データを共有しながら、それぞれの見地から「デザインレビュー」ができる体制を整備することです。デザインレビューを実施すれば、設計者の意図を下流の開発工程や生産技術などの担当者にも理解しておいてもらうことが可能になります。こうしておくことで、下流で些細な不具合が発生しても、上流担当者の意図を汲みながら手戻りすることなく対処できる可能性が高まります。近年、部門を超えて設計データなどを共有するための、開発管理ツールが広く利用されるようになりました。こうしたツールを活用すれば、実際に各部門の担当者が集まらなくても、各人の都合に応じたデザインレビューが可能になります。

3つ目のポイントは、担当する段階や部分が異なる開発工程を同時並行的に進めることができる体制を整備することです。こうした製品開発での複数工程を同時並行的に進めることで開発期間の短縮やコスト削減を図る開発手法は、「コンカレントエンジニアリング」と呼ばれています（図4）。フロントローディングの効果を高めるためることが可能な手法になります。

ここからは、自動車開発で実践されている最先端のフロントローディングの様子を題材にして、産業や医療などの他分野でのシステム開発にも展開可能なフロントローディングの将来像を紹介したいと思います。

自動車には、走る・曲がる・止まるといった基本機能に加え、衝突防止ブレーキなどの安全機能やナビゲーションのような運転支援機能、さらには様々な利便性向上機能、快適機能など多くの機能が搭載されています。そして、近年ではそれらのほとんどが電子的に管理・制御されるようになり、車載情報システムはますます大規模で複雑なものになりつつあります。

これによって、自動車開発者の業務は、大規模化・多様化・高度化する車載システムの進化に対応しながら、安全性も担保し、計画通りのスケジュールでの市場投入が求められる、極めて負荷の高いものになっています。その実現には、3D CADやCAE、さらには各種デジタルツールを駆使したMBDによるフロントローディングの実践が不可欠です。

自動車開発におけるMBDでは、「Vモデル」と呼ばれるシステム開発フローが導入されています（図5）。全体の大きな流れは、システム設計の工程を終えて、試作品が完成した後に検証や適合・評価といった工程を行うウォーターフォール型開発になっています。Vモデル中でフロントローディングを実現するためには、各設計段階で3DモデルやCAEなどを活用し、後から行うはずの検証や適合・評価を先回り実施して、手戻りのない設計を進めることになります。

近年、市場投入した後に、機器の機能を実現するソフトウェアを追加・更新することによって機能向上や不具合を改善し、付加価値を高める工業製品が増えてきています。代表的なものとして、スマートフォンやパソコンが挙がります。そして現在、自動車や産業機器などの高い安全性や信頼性が求められる工業製品においても、同様の方向へと進化させる動きが出てきています。例えば、より多くの機能をソフトで実現する自動車は、「ソフトウェア定義車両（Software Defined Vehicle：SDV）」と呼ばれるようになりました。

こうしたタイプの機器の開発では、技術の進歩や市場での需要の変化に応じて、新しい機能を逐次開発・市場投入する「アジャイル型開発」が行われています。アジャイル型開発では、システムの機能・構成・性能を作り込むのではなく、市場でのニーズや利用環境などの変化に合わせて柔軟に対応・変化させていくことを前提としています。基本的に後戻り（機能変更）せずにシステムを作り込むウォーターフォール型、およびその方法論であるフロントローディングと、アジャイル開発は、開発の基本方針からして異なる方向を向いていると言えます。

これまで自動車などの高い安全性が求められる機器のシステム開発では、ウォーターフォール型開発が行われており、その枠組みの中でフロントローディングを目指した開発の環境・体制が整備されてきました。これが、アジャイル型で開発する機能とウォーターフォール型でのフロントローディングで開発する機能の双方を整合させながら、安全で高品質、かつ付加価値の高いSDVを実現できるか環境・体制の整備が課題になりつつあります（図6）。