研究発表

本研究では、構造設計における設計上流過程を支援すべく、多様な設計解を工学的に導出する設計システムを提案し、椅子の形状生成に適用した。導出された設計解と従来の最適手法（最適規準法）により得られた解を比較した結果、設計目標である重量に対する評価に加えて、設計初期に考慮していなかった新たな評価項目（最大ひずむエネルギ）に対しても優れた解が本システムにより導出されることが示され、本システムの可能性を示した。

本講演では、工業デザインと工学設計という二つのデザインの特徴を解説するとともに、それぞれの最新の方法論研究の事例を紹介することで、二つのデザインにおける今後の関係性について考察した。

製品開発を従来型製品の開発と非従来型の新規な製品の開発に分け、前者においては、判別分析を用いた標準化の促進法やグラフ理論を用いた意思決定法などの効率化手法を解説し、後者においては、創発の概念に基づく新たな製品の開発法を解説した。

設計上流過程における設計解の導出過程は、アブダクションと評価の繰り返しの過程である。アブダクションにおいて、設計者はできるだけ多くの設計案を発想する必要があるが、その方法は試行錯誤的である。本研究においては、設計上流過程における発想を支援すべく、多様解導出が可能な形状生成システムを発想支援へ適用し、その人工物設計への応用可能性について考察を行った。

本研究では、巨視的形状情報の定義を行い、同形状情報が「複雑さ」という全体特徴を表現しうることを明らかにするとともに、同形状情報を用いた設計支援システムの可能性を示した。

形状全体の特徴を定量的に表現しうる巨視的形状情報の提案を行い、基本的な曲線形状を用いた特性解析や、形状生成方法への適用により、曲線設計支援における有効性を示した。

多様解導出のために、発現過程および最適化過程の両過程を有する設計方法を提案した。発現過程においては、セルラ・オートマトンを用い、生物の発生過程を模擬した。最適化過程においては、最適規準法を用いた。両過程を経ることにより、初期形状を設定せずに自己組織的に多様な形状が生成され、本システムの人工物設計への応用可能性を示唆した。

全体特徴を定量的に表現しうる形状情報として、情報理論におけるエントロピーの特性を活用した巨視的形状情報の提案を行った。そして、基本曲線形状を用いた特性解析や、形状生成方法への適用の結果、同形状情報が「複雑さ」という全体特徴を表現しうることが確認された。

多様な種を有する生物の発生過程（誘導、頂部支配）を応用することにより、CAD上で自己組織的に多様な形状を生成する基本的な形状生成システムを提案した。生物の発生過程を応用せずに、ランダムに発生させた場合においては、要素が無秩序に発生し、塊状の形状が生成される傾向があるのに対し、生物の発生過程を応用した場合においては、複雑で多様な形状を生成した。また、生成された形状を最適規準法を用いることにより力学的に最適化を行うことが可能となり、本システムの人工物設計へ応用する可能性を示した。

多様解導出のために、発現過程および最適化過程の2つの過程を有する設計方法を提案した。発現過程においては、生物の発生過程を応用した。最適化過程においては、最適規準法を用いた。2つの過程を経ることにより得られた形状の多様性を解析した結果、最適化過程を経た形状においても高い多様性が保持されることが示された。

CAD上で多様な形状を生成する基本的な方法を構築した。本方法は、有限要素法を用いた力学解析に優れたボクセル表現を用いた。また、ボクセル表現により複雑な自己形成パターンを有するセルラ・オートマトンを用いた。本研究においては、状態遷移関数への入力をランダムな場合と生物の発生過程を模倣した場合の両方で実行し、形状の多様性を多様性指標を用いて定量的に解析を行った結果、生物を模倣した本方法の有効性が示せた。

曲線設計の場で、新たな曲線形状の発想を行う際には、ヒトの形状認知の特性から、形状全体の特徴を巨視的に扱うことが重要となる。本研究では、曲率エントロピーおよび曲率２次エントロピーを用いた形状生成方法を、自動車サイドビュー設計へ適用した。その結果、曲率２次エントロピーは、形状生成の自由度が高い場合の形状生成指標として有効であることが示された。さらに、本研究の成果にもとづき、設計の上流過程における曲線設計支援方法の可能性を示唆した。

曲線設計の場においては、形状要素の組合せにより発現する形状全体の特徴を扱うことが重要となる。本研究では、情報理論にもとづき、形状全体の特徴を表現しうる巨視的形状情報を定義した。そして、規則性を有する基本的な曲線形状を用いて、同形状情報の特性解析を行った。その結果、全体特徴を表現しうる指標としてのエントロピーの有効性が示され、曲線設計支援における巨視的形状情報の活用の可能性が示唆された。

安楽姿勢確保において有効と考えられる鉄道車両用シート機構を選定し、多様な体格のユーザから安定した高い評価を得られる中折れ機構とシートスウィング機構を抽出した。両者に対して、多様場に対応するロバスト設計方法を用いた最適化を行い、官能評価実験によりその有効性を検証した。

人体-車椅子系の振動を予測可能にするモデルを構築し、モデルによるシミュレーションの結果に基づき、車椅子の乗り心地を改善するサスペンションの最適特性を導出した。さらに、解析結果を反映した車椅子を試作し、検証実験を行うことで、サスペンションの乗り心地低減への効果を確認した。

本研究では、形状全体の特徴を定量的に表現しうる指標として、認知科学や情報理論にもとづく巨視的形状情報の提案を行った。そして、基本的な曲線形状を用いた特性解析や、形状生成方法への適用により、形状生成指標としての活用の可能性を示唆した。

力学と美の関係を解析することを目的として、盆栽を事例とした研究を行った。盆栽を有限要素法や形態分析等々により解析した結果、最大応力や曲率変化分布などが美に対する認知と大きく関わっていることが判明した。

設計上流過程において必要とされる多様な解を工学的に導出するための基礎研究として、創発的に多様な形状を生成するシステムを提案した。本方法においては、自己組織的な形状生成を可能とし、解探索アルゴリズムとして遺伝的アルゴリズムを用いた。その結果、効率よく高い多様性の解が導出されることが示され、本システムの人工物設計への応用可能性を示唆した。

本講演では、デザイナが行なう工業デザインと設計者が行なう工学設計という両デザインの特徴を、その対象、方法、用いる知識の観点から解説するとともに、両デザインの製品開発における位置づけやあり方についても言及した。