PDFを基盤としたRAG(Retrieval Augmented Generation)LLMシステムの構築経験報告(Developing Retrieval Augmented Generation (RAG) based LLM Systems from PDFs: An Experience Report)

田中専務

拓海先生、最近うちの若手が「RAGを導入すべき」って言うんですが、正直何が変わるのか分からなくて困っています。要点だけ教えていただけますか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫、端的に言うとRAGは大型言語モデル(LLM:Large Language Model)を外部データ、今回はPDFで補強して、より正確で検証可能な回答を出す仕組みですよ。

田中専務

なるほど。で、それをPDFを使ってやるというのは、要するに紙資料や技術文書をそのままAIの参考にするということですか。

AIメンター拓海

そうです。ただしそのままではダメで、PDFから正確にテキストを取り出し、検索しやすい形に加工してからLLMに参照させます。要は資料を”検索可能な知識庫”に変える作業です。

田中専務

具体的にはどんな手順でやるんですか。うちの現場は古い図面や報告書が山になってまして、それをどう扱うかが心配です。

AIメンター拓海

手順は三段構えで考えると分かりやすいです。1) PDFの収集と前処理、2) 検索用インデックスの作成、3) LLMと結びつけた問い合わせフローの構築です。どれも段階的に進めれば現場負担は抑えられますよ。

田中専務

それだと人手がかなりかかりそうです。コスト対効果の観点ではどう考えればいいですか。

AIメンター拓海

良い質問です。要点を3つにまとめますね。1つ目、初期は投資が必要だが二度手間を減らせる。2つ目、検索速度で現場意思決定が速くなる。3つ目、法務や品質チェックでミスを減らせば長期的なコスト削減につながるのです。

田中専務

これって要するに外部データを参照して正確な回答を出す仕組みということ?導入で一番注意すべき点は何ですか。

AIメンター拓海

そのとおりです。注意点は三点で、データ品質、検索(Retrieval)の正確さ、そして生成(Generation)の結果をどう検証するかです。特にPDFはレイアウトや表、画像が混在するため前処理が鍵になりますよ。

田中専務

現場の古い図面や手書きメモも多いんですが、それも取り込めますか。あと、セキュリティ面が一番心配です。

AIメンター拓海

手書きはOCR(Optical Character Recognition:光学的文字認識)で取り込みますが精度は素材次第です。セキュリティは、クラウドを使うかオンプレミスにするかで方針が変わります。まずはパイロットで小さく試すのが実務的です。

田中専務

小さく試すなら、最初に何を測れば導入の判断ができますか。投資対効果の見立てを教えてください。

AIメンター拓海

重要なのは効果指標を三つに絞ることです。検索応答時間、回答の正確率(検証済み情報との一致率)、現場作業時間の削減です。これらをパイロットで測れば、ROIの早期見立てができますよ。

田中専務

分かりました。まずは現場の重要資料200件で試してみる方向で進めてみます。要するに、PDFをきちんと読み取って検索に使い、AIの出力を検証する流れで進めれば良いということですね。

AIメンター拓海

そのとおりです。私がサポートしますから、一緒に段階的に進めていきましょう。大丈夫、一緒にやれば必ずできますよ。

田中専務

分かりました。私の言葉で整理します。RAGはPDF等の保有情報を検索可能にしてAIの回答を裏取りする仕組みで、まずは小さな範囲で導入して効果を測るということですね。

1.概要と位置づけ

結論から述べると、本報告はPDF文書を主要な知識源として用いるRAG(Retrieval Augmented Generation:検索補強生成)システムの実務的な作り方を、具体的手順と注意点を交えて示した点で実務応用に大きな影響を与える。本報告は単なる概念論に留まらず、PDF特有の取り扱い問題を前工程として明確に定義し、その上でLLM(Large Language Model:大型言語モデル)と組み合わせて現場で使えるシステム設計を示している。

まず基礎として、従来のLLMは学習時点の静的データに依存するため、最新情報や企業内部の細かな資料を反映できない弱点がある。ここを埋めるのがRAGであり、外部データを検索して回答の根拠を提示することで透明性と精度を担保する。PDFは企業知財や技術仕様が多く含まれており、現場知識をAIに取り込む上で重要なデータソースである。

応用の観点では、製造業や法務、医療のような正確性が求められる領域で特に有効である。PDFが抱える表や図、注釈、レイアウトの問題をどう前処理するかがそのまま運用成否に直結するため、報告は技術的な選択肢と実例を示している。これにより経営上の意思決定を支える「事実に基づくAI」の実装が現実味を帯びる。

本節ではまず、本報告の位置づけを明示した。技術的手順の提示に加え、商用API(例:OpenAI)とオープンソース(例:Llama)それぞれの利点と制約を比較し、実務者が選択肢を検討するための視点を与えている。現場導入を念頭に置いた点が、この報告の最大の特徴である。

この位置づけを経営視点で解釈すれば、RAGは「既存資産(PDF群)を可視化して活用するための投資」であり、短期的な運用コストよりも長期的な情報活用効率の改善に価値があると評価できる。

2.先行研究との差別化ポイント

先行研究の多くはRAGのアルゴリズム面や検索手法の改善に重きを置いているが、本報告はPDFという現実的で複雑なデータフォーマットを中心に据えている点で差別化される。PDFは単なるテキストファイルではなく、画像や表、並びにレイアウト情報を含むため、単純なテキスト抽出では不十分だ。報告はその取り扱い工程を詳細に記述している。

さらに、本報告は理論的な評価指標だけでなく実運用に即した評価設計を提示している。具体的には検索精度のみを評価対象とせず、ユーザーが得る情報の検証可能性や、業務フローに組み込んだ際の時間削減効果までを評価指標に含めている点が実務家にとって有益である。

オープンソースと商用APIの比較も本報告の重要な寄与である。商用APIは使いやすさとサポートを提供する一方でデータ流出リスクが問題となり得る。オープンソースはカスタマイズ性とオンプレミス運用の利点があるが、運用負荷が高い。報告はこれらを現場の制約に合わせた意思決定の軸で整理している。

また、PDF固有の問題に対する具体的な対処法、例えば複雑な表の構造解析や図のキャプション結び付けなど、実装レベルでのノウハウを共有している点が先行研究には少ない実践的価値を与えている。これにより、理論と現場の橋渡しが進む。

以上のように、本報告は研究的な新規性だけでなく、実務導入に資する体系的なガイドラインを提供する点で既存文献との差別化を果たしている。

3.中核となる技術的要素

本報告で中心となる技術は三つに整理できる。第一にPDFからのテキスト抽出と構造化の工程、第二に埋め込みベースの検索(Embedding-based Retrieval:埋め込みベース検索)による文書分割とインデクシング、第三にLLM(Large Language Model:大型言語モデル)との接続による回答生成である。これらを滑らかに接続することが肝要である。

特に埋め込み(Embedding)作成は検索結果の質を左右する要素であり、文書をどのサイズで切るか、メタデータをどう付与するかが実運用での差を生む。報告は実例として複数の切り方とその検索精度への影響を示しており、現場でのトレードオフ判断に役立つ。

もう一つの技術的課題は「生成(Generation)の検証」である。LLMが示す回答をそのまま使うのは危険であり、RAGは回答に対する根拠(ソースとなったPDFの抜粋)を返すことで検証可能性を高める。この点でRAGは説明責任のあるAI設計に資する。

また、実装上の選択肢として商用API(例:OpenAI)を使う場合と、オープンソースモデル(例:Llama)を自社運用する場合の設計差が整理されている。前者は迅速性を、後者はデータ統制を提供するため、用途に応じた選択が重要である。

総じて中核技術は単一の革新ではなく、既存技術の組み合わせと運用知見であり、本報告はその具体化と落とし込みを示している点が価値である。

4.有効性の検証方法と成果

報告では有効性の検証を実運用に近い条件で行っている点が特徴である。単なる精度スコアだけでなく、現場での検索応答速度、回答の根拠提示率、そしてユーザーがその回答を業務で採用した割合までを評価項目に含め、総合的な有用性を測定している。

検証結果は概ね肯定的で、適切な前処理とインデックス設計を行えばPDF基盤のRAGはLLM単体よりも高い正確性と検証可能性を示した。特に技術文書や手順書のようなドメイン特化データでは効果が顕著であった。これは日常的な業務判断を支援する点で実用的インパクトが大きい。

一方で、効果が限定的だった領域も報告されている。手書きメモや低解像度スキャンのOCR誤認、曖昧な表現が多い資料では誤検出や不正確な抜粋が発生しやすく、運用上の補正や人による検証が不可欠であった。ここは導入時の期待管理が必要である。

検証はまた商用APIとオープンソースの比較検討を含み、運用コストとリスクを定量化した分析が提示されている。小規模パイロットによるROI検証の方法論は特に経営判断者にとって実務的価値が高い。

総括すると、本報告が示す検証はRAGを事業利用に落とし込むための現実的な指針を与え、導入前の期待と現場コストの差を埋める助けとなる。

5.研究を巡る議論と課題

本報告が提示する主な議論点は三つある。第一にデータ品質問題、第二に検索と生成の整合性、第三に運用上のガバナンスである。PDFは多様な形式を含むため、どの程度自動化しどの程度人手を残すかが永続的な議論となる。

また、検索(Retrieval)結果とLLMの生成(Generation)結果が齟齬を起こすケースでは、どのタイミングで人による介入を入れるかの設計が必要だ。報告はヒューマンインザループの重要性を指摘しており、完全自動化は現状の多くのドメインで現実的でないと結論づけている。

プライバシーとセキュリティの課題も議論の中心である。外部クラウドを用いる場合のデータ流出リスクと、オンプレミスでの運用コストのトレードオフは組織ごとに最適解が異なる。報告はこれを判断するための評価軸を示している。

最後に技術的課題として、多言語やマルチモーダル(画像や図の処理を含む)対応が未だ発展途上である点が挙げられている。将来的には異なる言語や図表を横断的に扱えるRAGが求められるが、その実現にはさらに研究と実装の積み重ねが必要である。

これらの課題は単なる技術的障害ではなく、導入戦略と組織プロセスの設計に直結するため、経営判断として優先順位を付けることが重要である。

6.今後の調査・学習の方向性

今後注目すべき方向性はまず適応学習(Continual Learning:継続学習)である。RAGと継続学習を組み合わせることで、ユーザーのフィードバックや新しいドキュメントに基づきシステムを継続的に更新する仕組みが実現可能となる。これにより情報の陳腐化を抑えられるだろう。

次にクロスリンガル(Cross-lingual:多言語横断)とマルチモーダル対応の強化である。グローバルに展開する企業では異なる言語や図面画像を統合して検索できる能力が求められるため、これらの研究は実務適用の幅を拡げる。

また、検索アルゴリズム自体の改善、特に文脈をより深く理解して関連箇所を抽出する手法の進展が期待される。さらに、法務や医療のような高リスク領域における検証ワークフローの確立も重要な研究テーマである。

実務者に対する提言としては、まず小さなパイロットから始め、データ品質と検証プロセスを整備しながら段階的に拡張することだ。研究と実務を繰り返すことで、効果的なRAG運用が確立されるであろう。

検索に使える英語キーワードとしては、Retrieval Augmented Generation, RAG, PDF ingestion, document embedding, retrieval evaluation, multimodal retrieval などが有用である。

会議で使えるフレーズ集

「本提案は社内PDFを検索可能な知識庫に変えることで、意思決定の速度と根拠を改善します。」

「初期はパイロットで200件程度の重要資料を対象にし、検索応答時間と根拠提示率を評価しましょう。」

「オンプレミスかクラウドかは、データの機密性と運用コストの天秤で決める必要があります。」

「RAGはAIの出力をそのまま採用するのではなく、ソースを提示して検証可能にする設計です。」

A. A. Khan et al., “Developing Retrieval Augmented Generation (RAG) based LLM Systems from PDFs: An Experience Report,” arXiv preprint arXiv:2410.15944v1, 2024.

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