製品の機能的多様性と構造的類似性の定量的評価と設計支援システムへの応用

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650447
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 羽根田 博正 神戸大学, 工学部, 教授 (10031113)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田川 聖治 神戸大学, 工学部, 助手 (50252789)
• Keywords: 最適設計 / メタ戦略 / 最適化問題 / 遺伝アルゴリズム / 進化型計算

Research Abstract

本研究の目的は,工業製品の機能的多様性と構造的類似性の観点から新たな設計論を提案するとともに,幾つかの具体例を示すことによってその有用性を実証することである.工学的な設計問題は,目的関数空間(機能)から解空間(構造)への逆写像として捉えることができ,通常,与えられた仕様(機能)を実現しうる構造(解)は幾つも存在する.そこで,二つの解の間で構造と機能の差異を表わすための適切な距離関数が導入できれば,複数の解候補の解空間における構浩的な類似性と,それらの目的関数空間における機能的な多様性が定量的に評価できる.
今年度は,集積回路の実装設計における「モジュール配置問題」,フレキシブル生産システムにおける「資源分割問題」,冗長ロボットアームを用いた組立作業における「最適姿勢問題」を実例とし,解の多様性という観点から各問題の定式化とメタ戦略による求解を試みた.
1.モジュール配置問題
総配線長の最短化を目的とした従来のモジュール配置問題を,すべての最適解を列挙する探索問題として捉え,遺伝アルゴリズムを適用して複数の最適解を求めた.これにより,設計者は得られた解を比較することで,配線長には反映されない電気的特性などを考慮できる.
2.資源分割問題
配分される資源間の関連性に着目することで,資源分割問題を多目的最適化問題として定式化した.さらに,種の棲み分けを模擬した遺伝アルゴリズムを適用することで,多目的資源分割問題に対してパレート最適解集合を求め,個体間の距離に基づき最適解の多様性を評価した.
3.最適姿勢問題
無数に存在する冗長ロボットアームの逆運動学問題の解(姿勢)から,手先コンプライアンスを非干渉化するようなロボットの姿勢を求めた.これにより,能動的なフィードバック制御系を構築することなく,受動的に手先コンプライアンスの非干渉化が可能であることを示した.

Research Products

• [Publications] 田川聖治: "今西進化論に基づく遺伝アルゴリズムによる多様なパレート最適解の抽出法-多目的資源分割問題を実例として-"電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌). 121・6. 992-1000 (2001)
• [Publications] 田川聖治: "今西進化論に基づく遺伝アルゴリズムによるモジュール配置問題の多様な最適解の探索"システム制御情報学会論文誌. 14・10. 467-474 (2001)
• [Publications] 田川聖治: "手先コンプライアンスを考慮した冗長アームの最適姿勢問題とその区間解析による解法"計測自動制御学会論文集. 37・10. 990-992 (2001)
• [Publications] Kiyoharu Tagawa: "Optimal Resolution of Kinematical Redundancy for Endpoint Compliance"Proceedings of 2001 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 1730-1735 (2001)