電子機器プロジェクトのプロトタイプ
ボイシ グリーンベルトの試作標識。錆、塗装の堅牢性、耐久性などをテスト中。

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、セマンティクス、デザイン、エレクトロニクス、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。プロトタイプは通常、システムアナリストやユーザーが新しい設計を評価し、精度を高めるために使用されます。[2] [3]プロトタイピングは、理論上のシステムではなく、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、現在ではペーパープロトタイピングと仮想プロトタイピングがそれを広範囲に補完しています。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（マテリアライゼーションと呼ばれるプロセス）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、 「プロトタイプ」という派生語が使われるように、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見なされるオブジェクト、動作、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に類似しています。

プロトタイプという言葉は、ギリシャ語の πρωτότυπον prototypon（原始的形態）に由来し、 πρωτότυπος prototypos（本来の、原始的な）の中立語であるπρωτότυπος prototypos（最初の）とτύπος typos（印象）から成ります（元々は打撃によって残された跡、後に型で打ったスタンプ（「タイプライター」を参照）の意味で、暗黙のうちに傷跡や跡、類推的に形状、すなわち彫像、（比喩的に）様式、類似性、模倣または説明のためのモデル（「典型的な」を参照）を意味します）。[1] [7] [8]

種類

プロトタイプは意図されたデザインのさまざまな側面を探求します。[9]

  • 原理実証プロトタイプは、意図した設計のいくつかの重要な機能面を検証するために役立ちますが、通常、最終製品のすべての機能が備わっているわけではありません。[10]
  • 実用的なプロトタイプは、最終製品の機能のすべてまたはほぼすべてを表します。[11]
  • ビジュアルプロトタイプは、意図したデザインのサイズと外観を表しますが、機能性は表しません。フォームスタディプロトタイプは、ビジュアルプロトタイプの予備的なタイプであり、デザインの幾何学的特徴を強調し、色、質感、その他の最終的な外観の側面をあまり考慮しません。[12]
  • ユーザーエクスペリエンスプロトタイプは、製品の外観と機能を十分に表現しているため、ユーザーリサーチに使用することができます。[13]
  • 機能プロトタイプは、最終的なデザインとは異なる技術やスケールで作成される場合もありますが、意図したデザインの機能と外観の両方を捉えています。[14] [15]
  • ペーパープロトタイプとは、ソフトウェア製品のユーザーインターフェースを印刷または手描きで表現したものです。このようなプロトタイプは、ソフトウェア設計の初期段階のテストによく使用され、 よりコストのかかる設計作業に移る前に、設計上の決定事項を確認するためのソフトウェアウォークスルーの一部として使用されることもあります。 [16]

プロトタイプと最終製品の作成の違い

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基本的な点で異なります。

  • 材料：最終製品に使用される材料は高価であったり、製造が困難であったりする場合があり、そのため試作品は最終製品とは異なる材料で作られることがあります。場合によっては、最終製品に使用される材料自体がまだ開発段階にあり、試作品に使用できないこともあります。
  • プロセス：大量生産プロセスは少量の部品の製造には適さないことが多いため、試作品は最終製品とは異なる製造プロセスで製造されることがあります。例えば、プラスチック射出成形で製造される最終製品には高価な専用工具が必要となるため、試作品は機械加工や光造形法で製造されることがあります。製造プロセスの違いにより、試作品と最終製品の外観に差異が生じる可能性があります。
  • 検証：最終製品は、図面や仕様への適合性を検証するために、複数の品質保証試験を受ける場合があります。これらの試験には、カスタム検査治具、統計的サンプリング法、その他最終製品の大量生産に適した技術が用いられる場合があります。試作品は通常、より綿密な個別検査を実施し、製造工程において何らかの調整や手直しが行われることを前提として製作されます。試作品は、最終製品に適用される一部の要件が免除される場合もあります。

エンジニアやプロトタイプの専門家は、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、ビジュアル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、最終製品の材料に近い特性を持つ材料を代替として採用しようとします。

プロトタイプの特性と限界

エンジニアやプロトタイピングの専門家は、意図した設計の特性を正確にシミュレートするために、プロトタイプの限界を理解しようとします。

プロトタイプは、最終的な製品設計からある程度の妥協点を見出したものです。これは、デザイナーのスキルと選択、そしてプロトタイプに内在する避けられない限界によるものです。材料、プロセス、設計の忠実度の違いにより、製品設計が適切であっても、プロトタイプが許容できる性能を発揮できない可能性があります。逆に、プロトタイプが許容できる性能を発揮しても、製品設計と結果が不成功に終わることもあります。

一般的に、材料やプロセスの非効率性により、個々の試作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。試作はまた、最適化と改良を通じ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使用すると、設計が意図したとおりに動作しないリスクを軽減できますが、通常、プロトタイプですべてのリスクを排除することはできません。

完全な設計を構築するには、多くの場合、費用と時間がかかります。特に、完全な設計を構築し、問題点とその解決策を解明し、そして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。代替案として、ラピッドプロトタイピングやラピッドアプリケーション開発の手法を用いて、初期プロトタイプを作成します。これらのプロトタイプでは、完全な設計の一部（全体ではない）を実装します。これにより、設計者と製造業者は、問題が発生する可能性が最も高い設計部分を迅速かつ低コストでテストし、それらの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。

工学科学

技術研究において、技術デモンストレーターは、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、考えられるアプリケーションを示します。

大規模な開発プロジェクトにおいて、テストベッドとは、新しい技術、コンポーネント、科学理論、計算ツールを厳密に実験およびテストする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（販促用に大幅に縮小したものを除く）を作成する必要がなくなり、最終製品のあらゆる側面をコンピュータモデルでモデリングすることが現実的になってきています。こうした開発の一例として、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、量産ラインで初めて実物大の実物が実現されました。現在、コンピュータモデリングは自動車の設計において、形状（車両のスタイリングや空力特性）と機能（特に車両の耐衝撃性の向上と軽量化による燃費向上）の両方において、幅広く活用されています。

機械工学と電気工学

プロトタイプという単語の最も一般的な用法は、設計者が大量生産手段で製造することを望んでいる非軍事機械（自動車、家庭用電化製品、消費者向け電子機器など）の機能的だが実験的なバージョンであり、これとは対照的に、機械の外観を不活性に表現したもので、耐久性のない物質で作られることが多いモックアップです。

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、またはパーフボードから最初のプロトタイプを構築することがよくあります。

しかし、 PCB 製造価格が低下し、多くのコンポーネントがDIPパッケージではなく、PCBに配置するために最適化されたSMTパッケージでのみ利用できるようになったため、最初の機能プロトタイプは、生産PCBとほぼ同じ「プロトタイプPCB」上に構築されることが増えています。

軍用機や航空機の製造業者は、「実験用」や「実用試験用」という用語を好む。[19]

エレクトロニクス

ブレッドボード上のシンプルな電子回路のプロトタイプ

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、動作を検証し、動作しない場合はデバッグ用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、ワイヤーラッピングやブレッドボード、ストリップボード、パーフボードなどの技術を用い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の回路が完成しますが、物理的には最終製品と同一ではありません。[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などのプロトタイピングプラットフォームも、マイクロコントローラのプログラミングと操作を簡素化します。[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か、製品に関連するマイクロコントローラチップと回路のみに置き換えるかを選択できます。

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し（追加や変更も加え）、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、他の種類のプロトタイプ基板を製造するよりもはるかに迅速で、通常はコストも抑えられます。短納期のPCB製造・組立会社の増加により、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できるようになりました。現在では、最小の受動部品から最大のファインピッチパッケージまで、基板の製造、組立、そしてテストまでをわずか数日で完了することが可能です。

コンピュータプログラミングとコンピュータサイエンス

プロトタイプソフトウェアは、しばしばアルファグレードと呼ばれます。これは、最初に実行されるバージョンを意味します。多くの場合、実装されている機能はごくわずかで、アルファグレードの主な目的は、機能を追加するためのベースコードを作成することです。アルファグレードのソフトウェアに必要な機能のほとんどが統合されると、ソフトウェア全体のテストと、開発中に予期せぬ状況に適切に対応でき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になります。 [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、出力要件をすべて提供できないことがあります。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新たなプロトタイプが構築され、再び顧客評価へとサイクルが戻ります。このサイクルは、まずユーザーの意見を聞き、次にモックアップを作成または修正し、ユーザーにモックアップをテストしてもらい、そして再びユーザー評価へと戻ります。現在では、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世代のツールがあり、開発前にアプリケーションを迅速にシミュレーションすることができます。[23]

エクストリームプログラミングでは、反復的な設計を使用して、初期の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]

その他のプログラミング/コンピューティングの概念

多くのプログラミング言語において、関数プロトタイプとはサブルーチンまたは関数の宣言を指します（ソフトウェアプロトタイピングと混同しないでください）。この用語はC / C++特有のもので、シグネチャ、型、インターフェースといった用語もこの概念に該当します。プロトタイプベースプログラミング（オブジェクト指向プログラミングの一種）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で新しいオブジェクトが生成されます。[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 を指す場合もあります。

組織や企業内の継続的な学習アプローチでは、ソフトウェア モデルを通じてビジネス プロトタイプまたはプロセス プロトタイプの概念を使用する場合もあります。

プロトタイプ性の概念は、ウェブサイトが期待される標準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感度を低下させる。[26]

データプロトタイピング

データプロトタイプは、機能プロトタイプまたは実用プロトタイプの一種です。[27]データプロトタイプの作成の根拠は通常、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、次のものを作成することです。

  • 目的に完全に適合するデータを生成することが確認されている、一連のデータクレンジングおよび変換ルール。
  • 関連する生の（ソース）データのインスタンスにこれらのルールを適用した結果であるデータセット。

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用いて、生データを用いた変換およびクレンジングルールを対話的に開発・実行します。そして、得られたデータを評価し、ルールを改良します。データアーキテクトが画面上でデータを視覚的に確認するだけでなく、一般的な評価・検証方法としては、データプロファイリングソフトウェア[28]を使用し、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行することが挙げられます。

人間とコンピュータのインタラクションのためのプロトタイピング

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に、プロトタイプとは、設計上の問いを立て、それに答えるために用いられる成果物です。プロトタイプは、設計上の問題を検証し、解決策を評価するための手段を提供します。[29]

ヒューマンコンピュータインタラクション(HCI) の専門家は、いくつかの異なるタイプのプロトタイプを採用できます。

  • 「オズの魔法使い」プロトタイプ：映画『オズの魔法使い』に登場するオズの魔法使いにちなんで名付けられた。これは、コンピュータ側のインタラクションを、現場にいない、あるいは隠れた人間によって模倣するプロトタイピング手法である。[30]このプロトタイピング手法は、音声ユーザーインターフェースのようなアプリケーションなど、設計が困難または時間がかかる機能のデモンストレーションに特に有効である。
  • 役割プロトタイプ：このプロトタイプは、完成品のように設計されておらず、見た目も感触も完成品のようには見えませんが、ユーザーのニーズ、あるいはプロトタイプがユーザーのために何を提供できるかを調査・評価することを目的としています。ユーザーが利用できる可能性のある機能や特徴を提示することで、プロトタイプのような人工物がユーザーにとってどのような役割を果たせるかを示すことができます。[29]このタイプのプロトタイプの有名な例としては、ジェフ・ホーキンスがPalm Pilotを開発する際に持ち歩いていた木片が挙げられます。
  • ペーパープロトタイプ：このプロトタイプは、インターフェースをデモンストレーションするために、切り取った紙、厚紙、またはその他の安価な素材を使用します。このプロトタイプの目的は、デジタルツールを使用したり、機能テスト用のプログラムを開発したりすることなく、ユーザーによるテストを行うことです。 [31]近年、ペーパープロトタイピングは、特にこの手法の忠実度の低さとユーザーテストの有効性の低さから、一部のデザイン界隈では人気が下がっています。 [32]

建築

建築において、プロトタイピングとは、建築模型製作（スケールモデリングの一種）や、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マテリアルプロトタイピングセンターのような美的または材料的な実験の一部を指します。 [33] [34]

建築家は、アイデアを構造的、美的、そして技術的に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、建築家にとって最も重要なことではありません。建築のプロトタイピングは、建築家が洞察を得るための啓示的なプロセスなのです。[35]

計測学

計量科学と実践において、原器とは、ある物理量の測定の基準として、その物理量のすべての測定の基準となる人工物である。この標準物体は、人工物と呼ばれることもある。国際単位系( SI )では、 2019 年 5 月 20 日以降、原器標準は存在しない。その日より前に使用された最後の原器は、フランスのセーヴル(パリ郊外)にある国際度量衡局に保管されている白金イリジウム製の固体シリンダーである国際キログラム原器であり、定義上、正確に 1キログラムの質量であった。この原器のコピーが作られ、キログラムの国家標準を表すために多くの国に発行され、定期的にパリ原器と比較されている。現在、キログラムは、プランク定数hが正確に 1 の値を規定するように再定義されている。 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 (定義上、1 メートル間隔) が付いたプラチナ イリジウム原器 (国際メートル原器) によって定義されていましたが、1983 年にメートルは、1/299,792,458秒間に光が移動する自由空間の距離として再定義されました(したがって、光速は 299,792,458 メートル/秒と 定義されます)。

自然科学

病理学から分類学に至るまで、多くの科学において「プロトタイプ」とは、そのカテゴリー全体にとって良い例となる疾患や種などを指します。生物学において「プロトタイプ」とは、種や他のグループの祖先的または原始的な形態、つまり原型を指します。[36]例えば、セネガルビチルは、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。

模型作り

スケールモデルの製作者、特に鉄道、航空機、船舶、軍事モデルの製作者は、通常、プロトタイプを実物大の意味で使用します。[ 37 ]たとえば、「このモデルの長さはプロトタイプに忠実ではありません」などです。

参照

参考文献

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