JP7289110B2 - 構造体の設計探索装置、構造体の設計探索方法及び構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、構造体の設計探索装置および設計探索方法等に関する。

特許文献１には、構造物の最適形状を設計することを可能とする設計方法が開示されている。より詳しくは、特許文献１は、（１）構造物の設計データに基づいて作成された構造物のＣＡＤデータをＣＡＥデータに変換し、（２）ＣＡＥデータに変換された構造物形状についてＣＡＥ構造解析により力学的応答量を検出すると共に、ＣＡＤデータとして定義された構造物形状について製作可否を判断し、（３）構造物のＣＡＤデータと、力学的応答量と、製作可否との相関関係を検出し、（４）相関関係に基づいて力学的応答量が構造物の設計条件を満足し、且つ製作可能となるように構造物の最適形状が検出されるまで構造物のＣＡＤデータを変更し、（５）その変更した構造物のＣＡＤデータに基づいて構造物のＣＡＤデータと、力学的応答量と、製作可否との相関関係を更新し、その更新された相関関係に基づいて力学的応答量が構造物の設計条件を満足し、かつ製作可能となるように構造物の最適形状を検出する設計方法を提案している。

特許文献１に提案された設計方法によれば、最初に作成されたＣＡＤデータに含まれる構造物の形状が、所定の要件を満たす最適形状となるように修正される。

特開２００３－２２３４８０号公報

特許文献１に提案された設計方法によれば、ある特定の形状を有する構造体について、所望の要件を満たす最適形状を局所的に設計することは可能である。言い換えれば、特許文献１の設計方法は、その特定の形状に限定された条件下においてのみ、構造体の最適形状の設計が可能である。

このように、特許文献１の設計方法はある特定の形状を有する構造体の最適形状を求めることは可能であるものの、種々の設計機能空間を俯瞰して個々のパラメータを変更しながら目的の要件を満たす構造を探索することはできない。

設計者が最初に作成した形状を備えた構造が、所望の要件を満たす適切な構造であるとは限らない。他の形状を有する構造も同様の要件を満たす可能性があり、さらには、他の形状を有する構造がより有利な要件を満たす可能性もある。そのため設計者には、限られた設計機能空間内ではなく、より広い設計機能空間において種々の要件のパラメータを変化させながら所望の要件を満たす構造を探索することで、より適切な構造を、考えられる中で最適であるという高い納得感をもって設計したいというニーズがある。

また、特許文献１に提案された設計方法では、１つの構造体の最適形状を得る度に、上記の（１）～（５）の処理を一通り実行する必要がある。さらに、構造体の形状あるいは制約条件の一部のみを変更した場合の最適形状を得るときにも、それらの一連の処理をその都度最初から行う必要が生じる。そのため、特許文献１の設計方法では、種々の設計／機能変数のパラメータ値を変化させながら所望の要件を満たす構造／機能を即応性を持って探索することはできない。

本発明の一態様によれば、１又は２以上の構造体について所望の要件を満たす設計パラメータ及び／又は機能パラメータを探索することを可能とする環境を構築する装置が提供される。装置は制御部と記憶部とを有し、制御部は、構造体の構成に関する１又は２以上の設計変数に入力する設計パラメータ値を各々が含む複数組の設計パラメータ値セットを含む設計変数ベクトルを設定することと、設計変数ベクトルについて所定の解析条件に基づく解析処理を実行して、構造体が呈する機能に関する１又は２以上の機能変数に関する機能パラメータ値を各々が含む複数組の機能パラメータ値セットを含む機能変数ベクトルを取得することと、各々の設計パラメータ値セット及び機能パラメータ値セットについて、設計パラメータ値セットと、設計パラメータ値セットに基づいて取得された機能パラメータ値セットとを互いに関連付けた状態で記憶部に格納することと、１つの設計変数ベクトルと、１又は２以上の解析条件と、設計変数ベクトルについて１又は２以上の解析条件に基づく解析処理を実行した結果、各々の解析条件について取得される１又は２以上の機能変数ベクトルとを関連付けて前記記憶部に格納することと、を実行するように構成されている。

本発明の他の特徴事項および利点は、例示的且つ非網羅的に与えられている以下の説明及び添付図面から理解することができる。

本発明の第１の実施形態に係る構造体の設計探索装置の機能ブロック図である。 オクテット・トラスからなる構造を示す図である。 エックス字形のヒンジからなる構造を示す図である。 線形弾性体として均質化されたラティスを示す図である。 ヒンジばねとして評価されるコンプライアントメカニズムを示す図である。 ６自由度ばねとして評価される制振部材を示す図である。 本実施形態の設計探索装置によって生成され得る、第１の機能変数と第２の機能変数との２つの機能変数とに対応する種々の構造の分布を示す概略図である。 本実施形態の設計探索装置による設計機能空間の構築方法を示すフローチャートである。 本実施形態の設計探索装置による設計／機能パラメータの探索方法を示すフローチャートである。 本実施形態の設計探索装置により生成される、設計機能空間を含む設計探索画面の一例を示す概略図である。 本実施形態の設計探索装置により生成される、設計機能空間を含む設計探索画面の他の例を示す概略図である。 図１０Ａに示した例の設計探索画面において、３本の線分でパラメータ値を入力し、それらの線分で囲まれた領域がそれらのパラメータ値の数値範囲として選択された状態を示す図である。 本実施形態に係る設計探索装置の一変形例を示す図である。 本実施形態に係る設計探索装置の一変形例を示す図である。 本実施形態の設計探索装置により生成される設計探索画面の一実装例を示す図である。 本実施形態の設計探索装置により生成される設計探索画面の一実装例を示す図である。 本実施形態の設計探索装置により生成される設計探索画面の一実装例を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、設計変数ベクトルＸの２つの設計変数ｘ１，ｘ２と、その解析結果として得られた機能変数ベクトルＹの２つの機能変数ｙ１，ｙ２との関係を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、２つの設計変数ｘ１，ｘ２からなる設計機能空間において設計変数ｘ１を固定した場合の設計変数ｘ１と設計変数ｘ２との関係を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、２つの設計変数ｘ１，ｘ２からなる設計機能空間において、軸に選択していない機能変数ｙ１を固定した場合の設計変数ｘ１と設計変数ｘ２との関係を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、２つの機能変数ｙ１，ｙ２からなる設計機能空間において、軸に選択していない設計変数ｘ１を固定した場合の機能変数ｙ１と機能変数ｙ２との関係を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、２つの機能変数ｙ１，ｙ２からなる設計機能空間において機能変数ｙ１を固定した場合の機能変数ｙ１と機能変数ｙ２との関係を示す図である。 設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において、軸に選択している設計変数ｘ１を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において設計変数ｘ２を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において機能変数ｙ１を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において、軸に選択していない機能変数ｙ２を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。 本実施形態の一変形例に関し、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において、軸に選択していない設計変数ｘ２及び機能変数ｙ２を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態の処理の全体フローを示す図である。

最初に、本発明の第１の実施形態に係る構造体の設計探索装置の概要について説明する。

本実施形態に係る設計探索装置１００（図１参照）は、概して、構造体の設計探索に必要な諸情報を蓄積して設計探索環境を構築する機能と、構築された設計探索環境においてユーザの所望の条件を満たし得る設計パラメータ及び／又は機能パラメータを探索する機能とを提供するものである。

本実施形態に係る設計探索装置１００による設計探索環境の構築には、幾何構造が異なる種々の構造について、構造が呈する機能に関する１又は２以上の機能パラメータ値を含む機能変数ベクトルを出力するための一連の処理を定義する評価関数および評価関数パラメータと、構造を構成する形状定義関数及び形状パラメータと材料定義関数及び材料パラメータとを含む設計変数ベクトルと、設計変数ベクトルを評価関数に適用した結果出力される機能変数ベクトルを互いに関連付けてデータセットとして蓄積することが含まれる。設計変数ベクトルの形状定義関数は、それによって定義する構造の形状を生成するための処理を記述しており、形状パラメータは形状定義関数に含まれる１又は２以上の変数に入力される形状パラメータを含む。材料定義関数は、それによって定義する構造の要素特性（材料）を特定するための処理を記述しており、材料パラメータは材料定義関数に含まれる１又は２以上の変数に入力される材料パラメータ値を含む（以下、形状パラメータと材料パラメータとを併せて「設計パラメータ」と称することもある）。設計探索環境に含むべき評価関数、設計変数ベクトルおよび機能変数ベクトルは適宜設定することができる。

蓄積されたデータセットの各パラメータ値は、離散的に存在するサンプル点群として提示することができ、さらには、それらの値を補間することにより連続的に提示することも可能である。

また、本実施形態に係る設計探索装置１００による設計パラメータ及び／又は機能パラメータの探索においては、一例として、上記のように設計探索装置に蓄積された設計変数ベクトル及び機能変数ベクトルの変数の中からユーザが探索したい変数（例えば、機能変数１と機能変数２）を選択すると、それらの機能変数１，２を軸とする設計機能空間上にそれら機能変数のサンプル点群が離散的及び／又は連続的に表示される。ユーザは、その設計機能空間において、所望の条件を満たす機能パラメータ及びそれに関連付けられた設計パラメータを探索することができる。

所望の条件を満たす設計／機能パラメータ値が存在する場合は、それらのパラメータ値に基づいて構造を設計することで、ユーザが期待する機能を実現する構造を作製することができる。

一方、所望の条件を満たす機能パラメータ値が存在していない場合は、その時点で構築されている設計探索環境には所望の条件を満たす構造が存在していないことを意味する。この場合は、その条件を満たす機能パラメータ値を実現する設計パラメータを新たに求め、既に構築されている設計探索環境に追加して設計機能空間を拡張することで、その後の探索において用いることができる。

本実施形態に係る設計探索装置１００によれば、種々の構造について、設計変数ベクトルに関する１又は２以上の組の設計パラメータ値と、機能変数ベクトルに関する１又は２以上の組の機能パラメータ値とを互いに関連付けて蓄積した設計探索環境が構築されるため、ユーザが構造の設計において注目したい変数からなる設計機能空間において、所望の条件を満たす設計／機能パラメータ値を、特定の構造についてのみではなく種々の構造を横断的に跨いで探索することができる。

さらには、ある変数のパラメータ値を変化させたときに他の変数の値がどのように変化するか、あるいは、ある変数のパラメータ値を固定した状態で所望の条件を満たすために他の変数のパラメータ値をどの程度変化させることができるかというように、変数のパラメータを変化させながら設計の自由度を探索することも可能となる。

次に、本発明の一実施形態に係る構造体の設計探索装置１００の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る構造体の設計探索装置の機能ブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る設計探索装置１００は、通信部１１０と、記憶部１２０と、制御部１３０と、入出力部１４０とを備えている。

通信部１１０は、通信ネットワークを介して設計探索装置１００とは異なる端末（不図示）と通信を行うための通信インタフェースであり、例えばＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等の種々の通信プロトコルを採用することが可能である。

記憶部１２０は、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）プログラム、各種制御処理や制御部１３０に本実施形態で説明する動作を実行させるための種々のコンピュータ・プログラム、入出力部１４０からの入力データ、制御部１３０での処理により生成された生成データ、他の端末との通信内容等を記憶する。また、記憶部１２０は、評価関数に関するテーブル、設計変数ベクトルに関するテーブル、機能変数ベクトルに関するテーブル、設計変数ベクトルの各変数の種々の値と機能変数ベクトルの各変数の種々の値とが関連付けられたサンプル点群データ等の設計機能データが記憶されるデータベース（以下「ＤＢ」とも称する。）１２２を含む。ＤＢ１２２に記憶されるこれらの情報の詳細については後述する。

記憶部１２０は、設計探索装置１００の電源がオフにされても記憶状態が保持される不揮発性の記憶媒体を備えていることが好ましく、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、固体記憶装置（ＳＳＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）・ディジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）・ブルーレイディスク（ＢＤ）等の光学ディスクストレージ、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ（Ｒｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の不揮発性ストレージを備えている。なお、記憶部１２０はスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等の揮発性ストレージをさらに備えていてもよいが、少なくとも上述したコンピュータ・プログラム及び設計機能データは記憶部１２０のうち不揮発性の（非一時的な）記憶媒体に記憶される。

さらに、記憶部１２０は、入出力部１４０のディスプレイ１４２上に表示される画面を構成するスライダや選択項目等のグラフィック表現を行うためのデータ、その画面を構成する各情報を表示するために必要なテキストデータ、画面のレイアウトを決定するためのレイアウト決定用データ、入力内容を基に記憶情報を更新するプログラム等、各種データまたはプログラムを格納することができる。

制御部１３０は、記憶部１２０に記憶されているコンピュータ・プログラムを実行することにより、設計探索装置１００の全体の動作を制御するものであり、特に、図８及び図９を参照して説明するような設計探索装置１００の機能を実現するように動作する。制御部１３０は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ）、ＧＰＧＰＵ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｏｎ ＧＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、組込みプロセッサ、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、あるいはそれらの組み合わせで構成される。制御部１３０は、１又は２以上のプロセッサで構成されていてもよい。

入出力部１４０は、出力部としてのディスプレイ１４２と、入力部としての入力デバイス１４４とを含む。ディスプレイ１４２には、ディスプレイ・モニター、コンピュータ・タブレット装置（タッチパネル式のディスプレイを備えたものを含む）、プロジェクター等の任意の形態の表示装置を用いることができる。入力デバイス１４４は、例えば、キーボード、マウスやジョイスティック等のポインティングデバイス、タッチパネル、又は、それらの組合せで構成することができる。ディスプレイ１４２がタッチパネル式のディスプレイ・デバイスである場合には、そのタッチパネルを入力デバイス１４４としても用いることができる。

図１に示した設計探索装置１００のデータベース１２２に記憶される設計機能データのデータ構造及びデータ項目の一例を表１に示す。

表１に示すように、設計探索装置１００の記憶部１２０のデータベース１２２に記憶される設計機能データは、

（１）構造が呈する機能に関する１又は２以上の機能パラメータ値を含む機能変数ベクトルＹを出力するための一連の処理を定義する評価関数ｆ_評価を示すラベル
（２）評価関数ｆ_評価の変数に代入される評価関数パラメータＰ
（３）構造を構成する形状定義関数及び形状パラメータ値と材料定義関数及び材料パラメータ値とを含む設計変数ベクトルＸ
（４）設計変数ベクトルＸを評価関数ｆ_評価に適用した結果出力される機能変数ベクトルＹ

を含む。設計機能データは、評価関数ｆ_評価ラベルと、評価関数パラメータＰと、設計変数ベクトルＸと、機能変数ベクトルＹとを一組のデータセットとしてデータベース１２２に格納される。

（１）評価関数ｆ_評価
「評価関数ｆ_評価」は、ある機能変数ベクトルＹを出力するための一連の処理を定義する関数であり、値を入力可能な１又は２以上の変数を含む。評価関数ｆ_評価は、一例として、ある機能変数ベクトルＹを出力するために設計探索装置１００の制御部１３０に実行させる処理を記述するコンパイルされたバイナリファイルの形態で実装することが可能である。評価関数ｆ_評価は、機能変数ベクトルＹとして何を出力するかに応じて異なる。

例えば、機能変数ベクトルＹとして構造の各部の剛性特性を出力する評価関数ｆ_評価を定義する場合には、所望の剛性特性（機能変数ベクトルＹ）を出力するために必要な要件が定義される。この場合、評価関数ｆ_評価は例えば、入力される設計変数ベクトルＸによって定義される構造を解析のためのメッシング設定、構造に与える境界条件（拘束条件及び荷重条件）の設定、構造の材料情報の設定、解析条件の設定（例えば、評価関数ｆ_評価の出力から構造の各部の剛性特性を求めるための処理設定として、構造の当該各部に印加した力と、当該各部の曲げ変位・ねじり変位とに基づいて弾性係数を求める等）などの一連の処理を定義し、それらの設定に関して外部から値を入力可能な変数を含む。

上記のうち境界条件の設定について例示的に説明すると、境界条件（拘束条件及び荷重条件）は、例えば、設計変数ベクトルＸで定義される構造に対して境界条件を設定する面を自動検出して設定するように評価関数ｆ_評価を定義することで設定することができる。この場合は、具体的には、設計変数ベクトルＸで定義される構造を収容する空間を画定するバウンディング・ボックスのｚ軸上の最小値を通るｘｙ面（Ｚｍｉｎ面）をその構造の固定面とし、バウンディング・ボックスのｚ軸上の最大値を通るｘｙ面（Ｚ_ｍａｘ面）にｘ軸方向に荷重を印加するというように定義して、境界条件を設定することができる。

また、評価関数ｆ_評価が振動伝達率を出力する一連の処理を定義する場合には、評価関数ｆ_評価は、例えば、メッシング設定、構造に与える境界条件（質点配置位置、質点質量、加振点、加振方向、加振力、受振点等）の設定、各周波数値における振動伝達率に関する設定などの一連の処理を定義し、それらの設定に関して外部から値を入力可能な変数を含む。

評価関数ｆ_評価を構成する１又は２以上の設定項目（変数）は、例えば下記の表２に示すデータ構造のように、評価関数設定項目テーブルとしてデータベース１２２に格納されている。評価関数ｆ_評価は、設計探索装置１００のユーザが、設計探索装置１００の制御部１３０によりディスプレイ１４２に表示されるユーザ・インターフェース（ＵＩ）画面においてこのテーブルから必要な設定項目を入力デバイス１４４を用いて選択することで、設計探索装置１００に所望の評価関数ｆ_評価を生成させることができる。あるいは、評価関数の設定項目をスクリプト記述により入力できるように設計探索装置１００が構成されている場合には、ユーザは入力デバイス１４４を用いてスクリプトを記述して設定項目を入力することができる。このように入力された設定項目も、後に使用できるように評価関数設定項目テーブルに追加的に格納しておくことが好ましい。

このように生成された評価関数ｆ_評価は、例えば下記の表３に示すデータ構造のように、評価関数テーブルとしてそれを示す「ラベル」と関連付けてデータベース１２２に格納される。設計探索装置１００の制御部１３０は、上記のように評価関数設定項目の選択が行われて評価関数ｆ_評価が生成された後に終了の入力を受け付けると、その評価関数ｆ_評価を示すラベルを生成し、ラベルと評価関数ｆ_評価とを互いに関連付けてデータベース１２２に格納する。

評価関数ｆ_評価を示すラベルは文字列によって表現され得る。文字列は設計探索装置１００の制御部１３０によって読み取り可能であればよく、人も認識できる単語や数字を羅列して構成されたものや、人が理解不能なランダムな文字配列で符号化されたもの等で構成される。設計探索装置１００は、その文字列ラベルを読み出すと、対応する評価関数ｆ_評価を再現することができるように構成されている。

表１に示すデータ構造には、上記のように定義された評価関数ｆ_評価を示す「ラベル」が格納される。設計探索装置１００の制御部１３０は、表１に示すデータ構造に格納された評価関数ｆ_評価ラベルに対応する評価関数ｆ_評価を表３に示すデータ構造を参照して特定する。

（２）評価関数パラメータＰ
「評価関数パラメータＰ」は、評価関数ｆ_評価の各変数に代入されるパラメータ値（数値）で構成される数値ベクトルである。評価関数パラメータＰは、数値を代入する評価関数ｆ_評価の各変数を示す情報である１又は２以上の「変数タイプ」と、各変数タイプに関連づけられた「パラメータ値」とを含む。一例として、評価関数パラメータＰは「Ｐａ＿ａ１，Ｐｂ＿ｂ１，Ｐｃ＿ｃ１」のようにデータが格納される。この例では、Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃは評価関数ｆ_評価の各変数に対応する変数タイプを示し、ａ１，ｂ１，ｃ１はそれらに関連づけられたパラメータ値を示している。

ユーザは、評価関数ｆ_評価を上述したように定義した後、その評価関数ｆ_評価の各要件項目の変数に代入するパラメータ値を入力デバイス１４４を用いて入力する。入力されたパラメータ値は、評価関数ｆ_評価の対応する各変数に関連付けられた状態で、評価関数パラメータＰ（数値ベクトル）として、その評価関数ｆ_評価に関連付けてデータ構造に格納される。

一例として、評価関数パラメータＰが剛性特性を出力する評価関数ｆ_評価に関するものである場合は、評価関数パラメータＰは、構造を解析のためにメッシングするためのメッシュ設定に関する変数に入力されるパラメータ値（どの程度細分化したメッシュを生成するかを指定する値）、境界条件（拘束条件及び荷重条件）の設定に関する変数に入力されるパラメータ値（例えば、荷重方向や荷重力を指定する値）等を含み得る。

ここで、評価関数ｆ_評価によって定義される一連の処理の例について、線形弾性体として均質化されたラティスを求める処理を定義する場合を例に挙げて説明する。この場合、評価関数ｆ_評価は下記に示す１）～６）の一連の処理を定義する。
１）入力された形状定義関数及び形状パラメータを用いて形状を定義
２）定義した形状に対し、評価関数パラメータで指定されるメッシュサイズ及びメッシングアルゴリズムでメッシュを生成
３）メッシュの要素に対し、入力された材料定義関数及び材料パラメータを用いて定義された材料を紐づけ
４）メッシュの節点に関し、バウンディング・ボックス上に存在している節点を自動検出し、均質化に必要な周期性を付加するための周期境界条件を定義
５）均質化に必要な６つの荷重ケースについて、解析を実行
６）６つの解析結果から均質化結果としての弾性テンソル（２１個の値）を計算

（３）設計変数ベクトルＸ
「設計変数ベクトルＸ」は、構造を構成するために必要な形状及び材料等に関する関数として、下記に示すように、その構造の形状を定義する形状定義関数を示すラベルと、形状定義関数に含まれる１又は２以上の形状変数に代入される形状パラメータ（数値ベクトル）と、構造の要素特性（材料）を定義する材料定義関数を示すラベルと、材料定義関数に含まれる１又は２以上の材料変数に代入される材料パラメータ（数値ベクトル）とを含む。

形状定義関数は、１又は２以上の形状変数を含み、一例として、それによって定義される構造の形状を生成するために設計探索装置１００の制御部１３０に実行させる処理を記述するコンパイルされたバイナリファイルの形態で実装することが可能である。一例として直方体の形状を定義する場合について説明すると、この場合の形状定義関数は、「ｘ，ｙ，ｚ方向の長さをそれぞれ示す各変数のパラメータ値を受け取り、ＣＡＤライブラリを用いてそれらのパラメータ値で特定される寸法を持つ直方体をｂｒｅｐのデータ構造で定義する」という処理が記述されたプログラムがコンパイルされたバイナリファイルの形態で実装することができる。

材料定義関数も同様に、１又は２以上の材料変数を含み、それによって定義される構造の要素特性（材料）を決定するために設計探索装置１００の制御部１３０に実行させる処理を記述するコンパイルされたバイナリファイルの形態で実装することが可能である。一例として等方性の材料を定義する場合について説明すると、この場合の材料定義関数は、「ヤング率、ポアソン比、密度をそれぞれ示す各変数のパラメータ値を受け取り、それらのパラメータ値で特定される等方材料の特性を特定のデータ構造で定義する」という処理が記述されたプログラムがコンパイルされたバイナリファイルの形態で実装することができる。

形状定義関数および材料定義関数は、それぞれ、例えば下記の表４及び表５に示すデータ構造のように、各関数を示す「ラベル」と関連付けてデータベース１２２に格納されている。設計探索装置１００のユーザは、ディスプレイ１４２に表示されるユーザ・インターフェース（ＵＩ）画面においてこれらのテーブルから形状定義関数ラベル及び材料定義関数ラベルを入力デバイス１４４を用いて選択することで、それらの形状定義関数ラベル及び材料定義関数ラベルを含む所望の設計変数ベクトルＸを生成させることができる。あるいは、形状定義関数及び材料定義関数をスクリプト記述により入力できるように設計探索装置１００が構成されている場合には、ユーザは入力デバイス１４４を用いてスクリプトを記述して形状定義関数及び材料定義関数を入力することができる。このように入力された形状定義関数及び材料定義関数は、後に使用できるように形状定義関数テーブルおよび材料定義関数テーブルにそれぞれ追加的に格納しておくことが好ましい。

さらに、上記のように形状定義関数及び材料定義関数を定めて生成した設計変数ベクトルＸは、表６に示すデータ構造のように、それに対応するラベル（文字列）と関連付けてデータベース１２２に格納しておくことが好ましい。これにより、設計探索装置１００の制御部１３０は、特定の形状定義関数及び材料定義関数からなる設計変数ベクトルＸをデータベース１２２から読み出して利用することが可能になる。より具体的には、設計探索装置１００の制御部１３０が表６に示すデータ構造にアクセスすると、ある設計変数ベクトル・ラベルに関連付けられた形状定義関数ラベルに対応する形状定義関数を表４のデータ構造を参照して特定し、当該設計変数ベクトル・ラベルに関連付けられた材料定義関数ラベルに対応する材料定義関数を表５のデータ構造を参照して特定する。

形状定義関数ラベル、材料定義関数ラベル、設計変数ベクトル・ラベルは、それぞれ、文字列によって表現され得る。文字列は設計探索装置１００の制御部１３０によって読み取り可能であればよく、人も認識できる単語や数字を羅列して構成されたものや、人が理解不能なランダムな文字配列で符号化されたもの等で構成される。設計探索装置１００は、それらの文字列ラベルを読み出すと、対応する形状定義関数、材料定義関数、設計変数ベクトルをそれぞれ再現することができるように構成されている。

形状パラメータは、形状パラメータ値を代入する形状定義関数に含まれる１又は２以上の形状変数を示す情報である１又は２以上の「変数タイプ」と、各変数タイプに代入される形状パラメータ値とからなる形状パラメータ値セットを含む。例えば、形状定義関数に３つの形状変数が含まれるケースでは、それら３つの形状変数を示す３つの変数タイプと、各変数タイプに代入される３つの形状パラメータ値とが１つの形状パラメータ値セットとして形状パラメータに格納される。そして、生成するデータセット数に応じて、複数の形状パラメータ値セットが設計変数ベクトルＸの一部として表１に示すデータ構造に格納される。

複数の形状パラメータ値セットは下記のように形状パラメータに格納される。下記の例では、（Ｘａ＿１ａ，Ｘｂ＿１ｂ，Ｘｃ＿１ｃ）のように３つの変数タイプＸａ，Ｘｂ，Ｘｃとそれらに関連付けられた３つのパラメータ値ａ１，ｂ１，ｃ１とを１組の形状パラメータ値セットとして、ｎ組の形状パラメータ値セットが形状パラメータに格納されている。

それら複数の形状パラメータ値セットのそれぞれのパラメータ値は、ユーザが個別に入力することで生成してもよいし、あるいは、各形状変数に代入される数値の範囲と刻み値をユーザが入力した後、設計探索装置１００の制御部１３０によってその入力に従って生成してもよい。後者の場合、各組の各変数タイプに関連付けられる数値は、生成された数値から制御部１３０がランダムに割り振って決定するようにしてもよい。このとき、生成された数値の全ての組み合わせについて複数の形状パラメータ値セットを生成してもよいし、生成する形状パラメータ値セットの数を予め定めてその組に到達するまで数値の組み合わせを生成してもよい。

また、材料パラメータは、材料パラメータ値を代入する材料定義関数に含まれる１又は２以上の材料変数を示す３つの変数タイプと、各変数タイプに代入される３つの材料パラメータ値とからなる複数の材料パラメータ値セットを含む。例えば、材料定義関数に３つの材料変数が含まれるケースでは、それら３つの材料数を示す３つの変数タイプと、各変数タイプに代入される３つの材料パラメータ値とが１つの材料パラメータ値セットとして材料パラメータに格納される。そして、生成するデータセット数に応じて、複数の材料パラメータ値セットが設計変数ベクトルＸの一部として表１に示すデータ構造に格納される。

複数の材料パラメータ値セットは下記のように材料パラメータに格納される。下記の例では、（Ｘα_１ａ，Ｘβ_１ｂ，Ｘγ_１ｃ）のように３つの変数タイプＸα，Ｘβ，Ｘγとそれらに関連付けられた３つのパラメータ値ａ１，ｂ１，ｃ１とを１組の材料パラメータ値セットとして、ｎ組の材料パラメータ値セットが材料パラメータに格納されている。

それら複数組の材料パラメータのそれぞれのパラメータ値についても形状パラメータ値の場合と同様に、ユーザが個別に入力することで生成してもよいし、あるいは、各材料変数に代入される数値の範囲と刻み値をユーザが入力した後、設計探索装置１００の制御部１３０によってその入力に従って生成してもよい。後者の場合、各組の各変数タイプに関連付けられる数値は、生成された数値から制御部１３０がランダムに割り振って決定するようにしてもよい。このとき、生成された数値の全ての組み合わせについて複数の材料パラメータ値セットを生成してもよいし、生成する材料パラメータ値セットの数を予め定めてその組に到達するまで数値の組み合わせを生成してもよい。

ここで、設計変数ベクトルＸに含まれる形状定義関数及び形状パラメータと材料定義関数及び材料パラメータの具体的な例について説明する。

１）等方性材料からなるオクテット・トラス
図２は、オクテット・トラスからなる構造を示す図である。一例として、等方性材料からなるオクテット・トラスの構造を示す設計変数ベクトルＸは下記の情報を含む。

上記の設計変数ベクトルＸにおいて、
・“ＯｃｔｅｔＴｒｕｓｓ”は、構造の形状（オクテット・トラス）を定義する形状定義関数を示すラベルであり、
・“ｐａｒａｍ_{ＯｃｔｅｃＴｒｕｓｓ}ベクトル”は、その形状定義関数に含まれる形状変数であるオクテット・トラスを構成する変数である円断面梁の半径ｒを示す変数タイプと、それに関連付けられた１又は２以上の形状パラメータ値とを含む複数の形状パラメータ値セットからなる形状パラメータ（数値ベクトル）であり、
・“Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ”は、構造の要素特性（材料）が等方性を有することを定義する材料定義関数を示すラベルであり、
・“ｐａｒａｍ_{Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ}ベクトル”は、その材料定義関数に含まれる形状変数である、この構造の要素特性（材料）を決定する変数であるヤング率Ｅ、密度ρ及びポアソン比νを示す変数タイプと、それらにそれぞれ関連付けられた材料パラメータ値とを含む複数の材料パラメータ値セットからなる材料パラメータ（数値ベクトル）である。

２）直交異方性材料からなるエックス字形ヒンジ
図３は、エックス字形のヒンジからなる構造を示す図である。一例として、直交異方性材料からなるエックス字形ヒンジの構造を示す設計変数ベクトルＸは下記の情報を含む。

上記の設計変数ベクトルＸにおいて、
・“ＸＨｉｎｇｅ”は、構造の形状（エックス字形のヒンジ）を定義する形状定義関数を示すラベルであり、
・“ｐａｒａｍ_{ＸＨｉｎｇｅ}ベクトル”は、その形状定義関数に含まれる形状変数であるエックス字形ヒンジの幅ｗ、同構造の長さｈ、同構造の厚みｄ及びエックス字形部分の変形梁の厚みｔ示す変数タイプと、それらにそれぞれ関連付けられた形状パラメータ値とを含む複数の形状パラメータ値セットからなる形状パラメータ（数値ベクトル）であり、
・“Ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃ”は、構造の要素特性（材料）が直交異方性を有することを定義する材料定義関数を示すラベルであり、
・“ｐａｒａｍ_{ＸＨｉｎｇｅ}ベクトル”は、その材料定義関数に含まれる形状変数である直交異方性を記述する各方向（ｘ、ｙ、ｚ方向）の弾性係数Ｅ、密度ρ及び直交異方性を記述する各成分のポアソン比ν示す変数タイプと、それらにそれぞれ関連付けられた材料パラメータ値とを含む複数の材料パラメータ値セットからなる材料パラメータ（数値ベクトル）である。

なお、上記に示した設計変数ベクトルＸは例示に過ぎず、形成する構造の幾何的な形状および要素特性（材料）に応じて適宜異なり得ることに留意されたい。

（４）機能変数ベクトルＹ
「機能変数ベクトルＹ」は、設計変数ベクトルＸを評価関数ｆ_評価に適用した結果出力される各機能変数を示す変数タイプと、それらの変数タイプに関連付けられた機能パラメータ値とを含む複数の機能パラメータ値セットからなる。それらの機能変数としては、例えば、剛性、応力、振動伝達率、変位の孤立化度、外形寸法、最小寸法等が含まれる。機能変数ベクトルＹは評価関数ｆ_評価の出力であるため、評価関数ｆ_評価が定義されると、それにより出力される機能変数が定まる。

ここで特に「変位の孤立化度」は、構造のある変形モード群（例えば、変形の１次モード及び２次モード）の剛性と他の変形モード群（例えば、変形の３次モード以降）の剛性との比によって表現される。この比の値が大きいほど、上記変形モード群間での構造の変形が生じ難い、すなわち変位の孤立化度が高いことを表す。

機能変数ベクトルＹは下記のようにデータが格納される。下記の例では、（Ｙａ＿１ａ，Ｙｂ＿１ｂ，Ｙｃ＿１ｃ，Ｙｄ＿１ｄ）のように、４つの機能変数を示す変数タイプＹａ，Ｙｂ，Ｙｃ，Ｙｄとそれらに関連付けられた５つの機能パラメータ値ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１とを１組の機能パラメータ値セットとして、ｎ組の機能パラメータ値セットが機能変数ベクトルに格納されている。

次に、機能変数ベクトルＹに含まれる変数タイプ及びパラメータ値の例について説明する。

１）線形弾性体として均質化されたラティス
線形弾性体として均質化されたラティス（図４参照）に関する機能変数ベクトルＹは下記の変数タイプ及びパラメータ値を含む。

上記の機能変数ベクトルＹにおいて、
・“Ｃベクトル”は、線形弾性体として均質化したラティスの弾性率テンソルの２１成分のベクトルに関する変数を示す変数タイプと、それらに関連付けられたパラメータ値とを含む複数の機能パラメータ値セットを示し、
・“ρ_{ｒｅｌａｔｉｖｅ}”は、線形弾性体として均質化したラティスを材料として巨視的に見た際の有効密度関する変数を示す変数タイプと、それに関連付けられたパラメータ値とを含む機能パラメータ値セットを示し、
・“ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ_ｍｉｎ”は、線形弾性体として均質化したラティスが採りうる最小肉厚に関する変数を示す変数タイプと、それに関連付けられたパラメータ値とを含む機能パラメータ値セットを示す。

２）ヒンジばねとして評価されるコンプライアントメカニズム
ヒンジばねとして評価されるコンプライアントメカニズム（図５参照）に関する機能変数ベクトルＹは下記の変数タイプ及びパラメータ値を含む。

上記の機能変数ベクトルＹにおいて、
・“ｋ”は、コンプライアントメカニズムのヒンジばねとしての剛性に関する変数を示す変数タイプと、それに関連付けられたパラメータ値とを含む機能パラメータ値セットを示し、
・“θ_ｍａｘ”はヒンジばねの最大曲げ角度に関する変数を示す変数タイプと、それに関連付けられたパラメータ値とを含む機能パラメータ値セットを示し、
・“ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ_ｍｉｎ”は、ヒンジばねとして評価されるコンプライアントメカニズムが採りうる最小肉厚に関する変数を示す変数タイプと、それに関連付けられたパラメータ値とを含む機能パラメータ値セットを示す。

３）６自由度ばねとして評価される制振部材
６自由度ばねとして評価される制振部材（図６参照）に関する機能変数ベクトルＹは下記の変数タイプ及びパラメータ値を含む。

上記の機能変数ベクトルＹにおいて、
・“ｋ_ｔｘ，ｋ_ｔｙ，ｋ_ｔｚ，ｋ_ｒｘ，ｋ_ｒｙ，ｋ_ｒｚ”は、それぞれ、ｘ方向の剛性、ｙ方向の剛性、ｚ方向の剛性、ｘ軸周りのモーメント剛性、ｙ軸周りのモーメント剛性、ｚ軸周りのモーメント剛性に関する変数を示す変数タイプと、それらに関連付けられたパラメータ値とを含む複数の機能パラメータ値セットを示し、
・“Ｔ_ｔｚベクトル”は、１～１０００Ｈｚの１Ｈｚ刻みの各周波数におけるｚ方向の振動伝達率（１０００次元）に関する変数を示す変数タイプと、それらに関連付けられたパラメータ値とを含む複数の機能パラメータ値セットを示し、
・“ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ_ｍｉｎ”は、６自由度ばねとして評価される制振部材が採りうる最小肉厚に関する変数を示す変数タイプと、それに関連付けられたパラメータ値とを含む機能パラメータ値セットを示す。

上記に示した機能変数ベクトルＹに含まれる変数タイプは例示に過ぎず、出力する機能変数ベクトルＹを定義する評価関数ｆ_評価に応じて異なりうる。機能変数ベクトルＹには、上記の例の他、種々の物理的性質（機械的性質、熱的性質、電気的性質、音響的性質、振動的性質、磁気的性質等）に関する変数を示す変数タイプが含まれ得る。

ここで、表１のデータ構造に格納された各設計変数ベクトルＸ内の形状パラメータ及び材料パラメータと、その設計変数ベクトルＸに関連付けられた機能変数ベクトルＹとの関係について説明する。

表１のデータ構造の第１行目に格納されたデータセットを参照すると、そのデータセットには設計変数ベクトルＸ_１と機能変数ベクトルＹ_１とが互いに関連付けられた状態で含まれている。ここで、設計変数ベクトルＸ_１には上記の数２に例示した形状パラメータと数３に例示した材料パラメータとが含まれ、機能変数ベクトルＹ_１が数６に例示した機能変数ベクトルからなるとした場合、上記データセットに含まれる設計変数ベクトルＸ_１の形状パラメータおよび材料パラメータと機能パラメータ値セットとは、下記の表７のように互いに関連付けられて表１のデータ構造に格納されている。

この場合、表７の第１行目のデータの例を参照して説明すると、設計変数ベクトルＸ_１の各変数に入力する形状パラメータ値セット（Ｘａ＿１ａ，Ｘｂ＿１ｂ，Ｘｃ＿１ｃ）および材料パラメータ値セット（Ｘα＿１ａ，Ｘβ＿１ｂ，Ｘγ＿１ｃ）と、それらが入力された設計変数ベクトルＸ_１と評価関数ｆ_評価１および評価関数パラメータＰ_１とに従って出力された機能変数ベクトルＹの機能パラメータ値セット（Ｙａ＿１ａ，Ｙｂ＿１ｂ，Ｙｃ＿１ｃ，Ｙｄ＿１ｄ）とが、当該データセット内において互いに関連付けられていることがわかる。表７の第２行目以降の各データにおいても同様に、設計変数ベクトルＸの各変数に入力する形状パラメータ値セット及び材料パラメータ値セットと、それらに基づいて評価関数ｆ_評価および評価関数パラメータＰに従って出力された機能変数ベクトルＹの機能パラメータ値セットとが互いに関連付けられている。

なお、特に表１のデータ構造の上から６番目の例に示されるように、１つの設定変数ベクトルＸに対して複数の評価関数ｆ_評価および評価関数パラメータＰが対応付けられていてもよい。その結果、その設定変数ベクトルＸに対して、異なる評価関数ｆ_評価および評価関数パラメータＰにそれぞれ対応する複数の機能変数ベクトルＹが格納される。

このように、設計探索装置１００の記憶部１２０のデータベース１２２には、設計変数ベクトルＸと機能変数ベクトルＹとの種々の組み合わせについて、設計変数ベクトルＸに入力される形状／材料パラメータ値セットと、そのパラメータが入力された設計変数ベクトルＸに基づいて評価関数ｆ_評価および評価関数パラメータＰに従って出力された機能変数ベクトルＹの機能パラメータ値セットとが互いに関連付けられた状態で蓄積される。データベース１２２に格納される複数の設計変数ベクトルＸに含まれる一部又は全部の変数が、各々の設計変数ベクトルＸの一部又は全部において共通していてもよい。データベース１２２に格納される複数の機能変数ベクトルＹについても同様に、その一部又は全部の変数が、各々の機能変数ベクトルＹの一部又は全部において共通していてもよい。

設計探索装置１００の制御部１３０は、データベース１２２に表１及び表７に示すデータ構造で格納された複数のデータセットから、共通する変数ラベルを含むパラメータ値をフィルタリングもしくはグルーピングすることで、共通する変数に関するパラメータ値を抽出することが可能である。これにより、異なるデータセットに属する共通するパラメータ値をひとまとめに参照することができ、例えば、ユーザが選択する機能変数の要件を満たす設計変数を、種々の異なる構造についてひとまとめに探索することが可能となる。

図７は、本実施形態の設計探索装置１００によって生成され得る、第１の機能変数と第２の機能変数との２つの機能変数とに対応する種々の構造の分布を示す概略図である。図７には、設計探索装置１００の記憶部１２０のデータベース１２２に格納されたデータセットから抽出された、第１の機能変数Ｙ_ａと第２の機能変数Ｙ_ｂとに対応する種々の構造がマッピングされている。図７において、横軸は第１の機能変数Ｙ_ａであり、縦軸は第２の機能変数Ｙ_ｂである。このような図は、設計探索装置１００のディスプレイ１４２に表示される。

図７に示す例では、ユーザは、２つの機能変数Ｙ_ａ，Ｙ_ｂからなる機能空間内において、所望の機能要件を満たす構造とその構造が有する設計パラメータ値を探索することができる。図７に示された分布から、大まかな傾向として例えば、構造Ａは第１の機能変数Ｙ_ａと第２の機能変数Ｙ_ｂとが正比例する構造であり、構造Ｂは第１の機能変数Ｙ_ａの値が比較的大きく、かつ第２の機能変数Ｙ_ｂの値が比較的小さい構造であり、構造Ｃは２つの機能変数Ｙ_ａ，Ｙ_ｂの値がいずれも小さい構造であることが判る。さらに、ユーザが設計探索装置１００のディスプレイ１４２上でいずれかのサンプル点を入力デバイス１４４を用いてポインティングすると、その点の機能変数Ｙ_ａ，Ｙ_ｂの値と、それらの機能変数Ｙ_ａ，Ｙ_ｂの値を発現する各種設計パラメータの値とがディスプレイ１４２上に表示される。ユーザは、このようにして、所望の機能要件を満たす構造とその設計パラメータを探索することができる。さらには、それらのサンプル点間が補間されている場合には、ディスプレイ１４２上でサンプル点同士の間を入力デバイス１４４を用いてポインティングすると、ポインティングした点における機能変数Ｙ_ａ，Ｙ_ｂのパラメータ値と、それらの機能変数Ｙ_ａ，Ｙ_ｂの値を発現する各種設計パラメータの値とがディスプレイ１４２上に表示される。

続いて、図８等を参照して、本実施形態の設計探索装置１００による設計機能空間の構築方法について説明する。図８は、本実施形態の設計探索装置による設計機能空間の構築方法を示すフローチャートである。

本実施形態の設計探索装置１００による設計機能空間の構築方法においては、設計探索装置１００の制御部１３０は、最初に、新たに構築する構築する設計機能空間のデータを格納するデータ領域を、表１に示す設計機能データのデータ構造に生成する（ステップＳ１００）。

ステップＳ１００において、設計探索装置１００の制御部１３０は、ユーザが入出力部１４０の入力デバイス１４４を用いて設計機能空間の構築処理を開始する旨の指示入力をしたことを検知すると、制御部１３０は記憶部１２０のデータベース１２２内に格納されたデータ構造に、新たな設計機能データを記憶するためのデータ領域を生成する。具体的には、データベース１２２内に格納された表１のデータ構造に、その新たな設計機能データ用のデータ領域として「行」を追加する。

次に、設計探索装置１００の制御部１３０は、構築する設計機能空間に関する評価関数ｆ_評価の定義付けを行う（ステップＳ１０１）。評価関数ｆ_評価には、所望の特性（機能変数ベクトルＹ）を出力するために必要な要件が定義される。

ステップＳ１０１において、設計探索装置１００の制御部１３０は、入出力部１４０のディスプレイ１４２に、ユーザが入出力部１４０の入力デバイス１４４を用いて評価関数ｆ_評価の設定項目に関する入力を受け付けるユーザ・インターフェース（ＵＩ）画面を表示し、入力デバイス１４４を用いたユーザによる入力を受け付ける。設計探索装置１００の制御部１３０は、記憶部１２０のデータベース１２２から表５に示したような評価関数設定項目テーブルを読み出し、評価関数設定項目テーブルに含まれている設定項目を、ディスプレイ１４２上に表示するＵＩ画面内において例えばプルダウンメニューの形式で提示する。ユーザは、ＵＩ画面内に提示された設定項目の中から所望の設定項目を選択することで、評価関数ｆ_評価の設定項目に関する入力を行うことができる。あるいは、評価関数の設定項目をスクリプト記述により入力できるように設計探索装置１００が構成されている場合には、ユーザは入力デバイス１４４を用いてスクリプトを記述して設定項目を入力することができる。

評価関数ｆ_評価において定義する設定項目としては、例えば上述した一例のように機能変数べクトルＹとして構造の各部の剛性特性を取得したい場合には、メッシュ設定、境界条件（拘束条件及び荷重条件）、解析に用いる解析ソフトウェアとその設定（例えば、構造の各部の剛性特性を求めるための処理設定として、構造の当該各部に印加した力と、当該各部の曲げ変位・ねじり変位とに基づいて弾性係数を求める等、取得したい機能変数ベクトルＹを定める設定）等が含まれる。

設計探索装置１００の制御部１３０は、このように設定項目が選択もしくは入力されて評価関数ｆ_評価を生成した後、その評価関数ｆ_評価を表現する文字列からなるラベルを生成し、表３のデータ構造に評価関数ｆ_評価とそのラベルとを関連付けて格納するとともに、そのラベルを上記ステップＳ１００で生成したデータ領域における「評価関数ｆ_評価ラベル」に格納する。

次に、設計探索装置１００の制御部１３０は、上記のように定義付けされた評価関数ｆ_評価の各変数に代入する評価関数パラメータＰを設定する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２において、設計探索装置１００の制御部１３０は、入出力部１４０のディスプレイ１４２に、ユーザが入出力部１４０の入力デバイス１４４を用いて評価関数パラメータＰに関する入力を受け付けるユーザ・インターフェース（ＵＩ）画面を表示し、入力デバイス１４４を用いたユーザによる入力を受け付ける。設計探索装置１００の制御部１３０は、記憶部１２０のデータベース１２２に上記のように格納されたラベルが表現する評価関数ｆ_評価の各変数に対して設定するパラメータ値の入力を求めるＵＩ画面をディスプレイ１４２上に表示する。ユーザは、各変数に対して設定するパラメータ値をＵＩ画面内において入力デバイス１４４を用いて入力する。

設計探索装置１００の制御部１３０は、このように入力されたパラメータ値を、評価関数ｆ_評価の変数を示す変数ラベルと関連付けた状態で、上記ステップＳ１００で生成したデータ領域における「評価関数パラメータＰ」に格納する。

次に、設計探索装置１００の制御部１３０は、構築する設計機能空間に関する設計変数ベクトルＸを設定する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３において、設計探索装置１００の制御部１３０は、入出力部１４０のディスプレイ１４２に、ユーザが入出力部１４０の入力デバイス１４４を用いて設計変数ベクトルＸの関数に関する入力を受け付けるユーザ・インターフェース（ＵＩ）画面を表示し、入力デバイス１４４を用いたユーザによる入力を受け付ける。

設計探索装置１００の制御部１３０は、記憶部１２０のデータベース１２２から表２に示したような形状定義関数テーブルと表３に示したような材料定義関数テーブルとを読み出し、それらのテーブルに含まれている関数を、ディスプレイ１４２上に表示するＵＩ画面内において例えばプルダウンメニューの形式で提示する。ユーザは、ＵＩ画面内に提示されたそれらの関数の中から所望の関数を選択することで、設計変数ベクトルＸを成す形状定義関数及び材料定義関数に関する入力を行うことができる。あるいは、設計変数ベクトルＸの形状定義関数及び材料定義関数をスクリプト記述により入力できるように設計探索装置１００が構成されている場合には、ユーザは入力デバイス１４４を用いてスクリプトを記述して形状定義関数及び材料定義関数を入力することができる。

さらに、ステップＳ１０３において設計探索装置１００の制御部１３０は、入出力部１４０のディスプレイ１４２に、ユーザが入出力部１４０の入力デバイス１４４を用いて、上記のように入力された形状定義関数の形状変数に入力する形状パラメータと材料定義関数の材料変数に入力する材料パラメータとの入力を受け付けるユーザ・インターフェース（ＵＩ）画面を表示し、入力デバイス１４４を用いたユーザによる入力を受け付ける。ユーザは、そのＵＩ画面内において各変数に代入するパラメータ値を個別に入力してもよく、あるいは、各変数に代入するパラメータ値を数値範囲と刻み値とで指定して入力してもよい。後者の場合は、入力対象の変数が例えば寸法に関するものであるときは、一例として、数値範囲を１ｍｍ～１０ｍｍ、刻み値を０．５ｍｍのように指定することができる。この指定により、１ｍｍ～１０ｍｍの間で０．５ｍｍ毎の合計１９個のパラメータ値（１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ…、１０．０ｍｍ）がその変数に対して入力される。このような入力により、形状定義関数の形状変数に対応する変数ラベルおよびその変数ラベルに関連付けられた形状パラメータ値を含む複数の形状パラメータ値セットと、材料定義関数の材料変数に対応する変数ラベルおよびその変数ラベルに関連付けられた材料パラメータ値を含む複数の材料パラメータ値セットとが生成される。生成するそれらのパラメータ値セットの数は、評価のためにどの程度の数のサンプル点を得るかに応じて適時定めることができる。

設計探索装置１００の制御部１３０は、このように形状定義関数及び形状パラメータと材料定義関数及び材料パラメータとが選択もしくは入力されて設定された設計変数ベクトルＸを、ステップＳ１００で生成したデータ領域における「設計変数ベクトルＸ」に格納する。

最後に、設計探索装置１００の制御部１３０は、上記のように定義付けされた評価関数ｆ_評価と及び評価関数パラメータＰと、上記のように設定された設計変数ベクトルＸとに基づいて、データセットを取得する（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０４において、設計探索装置１００の制御部１３０は、設計変数ベクトルＸの形状定義関数及び形状パラメータと材料定義関数及び材料パラメータに基づき、評価関数ｆ_評価及び評価関数パラメータＰによって、設計変数ベクトルＸの各々の形状パラメータ値セット及び材料パラメータ値セットの組み合わせに対応する複数の機能パラメータ値セットからなる機能変数ベクトルＹを算出する。

評価関数ｆ_評価及び評価関数パラメータＰによる機能変数ベクトルＹの複数の機能パラメータ値セットの算出には、その全ての機能変数についての算出が可能な統合されたコンピュータ・プログラムを構築して用いてもよいし、あるいは、求める機能変数に応じて異なるコンピュータ・プログラムを用いてもよい。さらに、これらの機能パラメータ値セットの算出には市販の解析プログラムや解析プラットフォームを用いてもよい。それらの解析プログラムや解析プラットフォームとしては、例えば、米国Ａｎｓｙｓ社が提供するシミュレーション関連ソフトウェア「Ａｎｓｙｓ（商標）」や、株式会社アプリクラフトが提供する３次元モデリングツーツ「Ｒｈｉｎｏｃｅｒｏｓ（商標）」のプラグインツールである「Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ（商標）」を用いることができる。

算出に用いられた評価関数ｆ_評価及び評価関数パラメータＰと、形状定義関数及び形状パラメータと材料定義関数及び材料パラメータとを含む設計変数ベクトルＸと、設計変数ベクトルＸを評価関数ｆ_評価及び評価関数パラメータＰに適用して算出された１又は２以上の機能パラメータ値セットを含む機能変数ベクトルＹとは、一組のデータセットとしてデータベース１２２内の表１に示すデータ構造内のデータ領域に格納される。これらのデータセットは、評価関数ｆ_評価及び評価関数パラメータＰと、設計変数ベクトルＸと機能変数ベクトルＹとの組み合わせの数だけ、表１のデータ構造内に格納される。データセットを取得したい評価関数ｆ_評価及び評価関数パラメータＰと設計変数ベクトルＸとの種々の組み合わせについて上記のステップＳ１００～Ｓ１０４の処理を繰り返し実行することにより、それらの評価関数ｆ_評価、評価関数パラメータＰ及び設計変数ベクトルＸと、それらに基づいて算出される機能変数ベクトルＹとの各々の組合せについて多数のデータセットが生成され、データベース１２２内の表１のデータ構造内に格納されて蓄積される。

以上により、設計探索装置１００による設計機能空間の構築方法が終了する。

このように、本実施形態の設計探索装置１００によれば、種々の評価関数ｆ_評価及び設計変数ベクトルＸの組み合わせの各々について、それらに基づいて算出される機能変数ベクトルＹが関連付けられた多数のデータセットを取得して、それらを所定のフォーマットのデータ構造内に格納して蓄積することができる。

設計探索装置１００のユーザは、構造体の設計において注目したい設計／機能パラメータ値を含むデータセットを抽出して、設計探索装置１００のディスプレイ１２２に表示される設計機能空間内にそれらの設計／機能パラメータ値をサンプル点群として表示することで、蓄積された設計／機能パラメータ値をマッピングすることができる。機能パラメータ値についてマッピングした場合は、その機能パラメータ値に関連付けられた設計パラメータ値も可視化することで、特定の構造についてのみではなく異なる種々の構造についてひとまとめにして、所望の条件を満たす構造／機能パラメータ値を探索することが可能となる。さらには、あるパラメータ値を変化させたときに他のパラメータ値がどのように変化するか、あるいは、あるパラメータ値を固定した状態で所望の条件を満たすために他のパラメータ値をどの程度変化させることができるかというように、パラメータ値を変化させながら設計の自由度を探索することも可能となる。

さらに、本実施形態の設計探索装置１００では、解析条件を定義する評価関数ｆ_評価及び評価関数パラメータＰが、設計変数ベクトルＸ及び機能変数ベクトルＹと関連付けられてデータセットとしてデータベース１２２内の表１のデータ構造内に格納されて蓄積されることから、機能変数ベクトルＹがどのような解析条件に基づいて生成されたかを示す情報も各データセットに含まれる。そのため、設計変数ベクトルＸの追加のパラメータ値セットについて同じ解析条件で解析を行って機能変数ベクトルＹのパラメータ値セットを取得したい場合や、解析条件の一部を変更して改めて解析を行ってデータセットを取得したい場合などにおいて、データセットに含まれている解析条件を参照し、その解析条件を再現したり一部変更したりして解析に用いることにより、追加データを取得することが可能となる。

設計探索装置１００によって構築した設計機能空間を用いたこのような設計／機能パラメータ値の探索方法について、図９等を参照して説明する。図９は、本実施形態の設計探索装置による設計／機能パラメータ値の探索方法を示すフローチャートである。

本実施形態の設計探索装置１００による設計／機能パラメータ値の探索方法においては、最初に、設計探索装置１００の制御部１３０は探索対象の変数の選択入力を受け付ける（ステップＳ２００）。

ステップＳ２００において、設計探索装置１００の制御部１３０は、ユーザが入出力部１４０の入力デバイス１４４を用いて設計機能空間の探索処理を開始する旨の指示入力をしたことを検知すると、入出力部１４０のディスプレイ１４２に、ユーザが入力デバイス１４４を用いて探索対象の変数を選択するための入力を受け付けるユーザ・インターフェース（ＵＩ）画面を表示する。設計探索装置１００の制御部１３０は、記憶部１２０のデータベース１２２内に格納された表１に示したデータ構造に格納されている設計変数ベクトルＸ及び機能変数ベクトルＹに含まれている各種変数の変数ラベルを、ディスプレイ１４２上に表示するＵＩ画面内において例えばプルダウンメニューの形式で提示する。ユーザは、ＵＩ画面内に提示された各種変数ラベルの中から１又は複数の変数ラベルを選択することで、探索対象の変数の選択を行うことができる。

次に、設計探索装置１００の制御部１３０は、ステップＳ２００で選択された変数が関連付けられている複数のデータセットを表１のデータ構造に格納されている設計機能データから抽出する（ステップＳ２０１）。

探索対象の変数が、設計機能データ内の全ての設計変数ベクトルＸあるいは機能変数ベクトルＹに含まれているとは限らない。表１に示したデータ構造に格納された設計機能データの例を参照すると、機能変数ベクトルＹ_２はデータ構造の第２行と第６行の機能変数ベクトルＹに含まれているので、ステップＳ２００において機能変数ベクトルＹ_２に含まれる変数が選択された場合には、設計探索装置１００の制御部１３０は、データベース１２２内の表１に示すデータ構造の第２行と第６行の機能変数ベクトルＹに格納されたデータセットを抽出する。選択された変数に関連付けられたデータセットの抽出は、例えば、設計探索装置１００の制御部１３０が、選択された変数に関連付けられたデータセットのみをデータベース１２２内の設計機能データからフィルタリングあるいはグループ化することで実行することができる。

次に、設計探索装置１００の制御部１３０は、ステップＳ２００で選択された変数に関する設計機能空間を生成してディスプレイ１２２に表示し、さらに、当該変数が関連付けられている複数のデータセットの中から、当該変数に関する複数のパラメータ値を抽出し、それらのパラメータ値に基づく複数のサンプル点をその設計機能空間内に表示する（ステップＳ２０２）。

生成する設計機能空間は、例えば、選択された変数が２つなら２次元で表現され、選択された変数が３つなら３次元で表現される。このように、設計機能空間を表現する次元数は、設計機能空間で表現される変数の数に応じて異なり得る。変数の選択は、設計変数ベクトルＸに含まれる変数から選択される少なくとも１つの設計変数と、機能変数ベクトルＹに含まれる変数から選択される少なくとも１つの機能変数との組み合わせ、設計変数ベクトルＸに含まれる変数から選択される少なくとも２つの設計変数の組み合わせ、機能変数ベクトルＹに含まれる変数から選択される少なくとも２つの機能変数の組み合わせ等であってもよい。このように変数の選択が行われ、それに基づいて生成された空間を設計機能空間と称する。したがって、本開示における「設計機能空間」には、設計変数のみによって生成される空間、機能変数のみによって生成される空間、設計変数と機能変数とによって生成される空間のいずれの態様も含まれる。

設計探索装置１００の制御部１３０は、選択された各変数について座標軸を設定し、それらの座標軸によって設計機能空間を生成する。制御部１３０は、例えば、選択された変数が２つである場合にはそれらの変数にそれぞれ対応するＸ軸及びＹ軸を設定して２次元の設計機能空間を生成し、選択された変数が３つである場合にはそれらの変数にそれぞれ対応するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を設定して３次元の設計機能空間を生成する。制御部１３０は、どの座標軸にどの変数を表示するかをユーザ入力によって設定できるように動作することが好ましい。

図１０Ａは、設計機能空間を含む設計探索画面の一例を示す概略図である。図１０Ａに示す例では、設計探索画面２００に示された設計機能空間２１０は第１の機能変数と第２の機能変数とで２次元に構成されており、Ｘ軸（水平軸）には第１の機能変数が割り当てられ、Ｙ軸（垂直軸）には第２の機能変数が割り当てられている。

設計探索装置１００の制御部１３０は、このように生成された設計機能空間に、各座標軸の変数に関する複数のパラメータ値に基づく複数のサンプル点を表示する。

ステップＳ２０２においては、設計探索装置１００の制御部１３０は、表示される各サンプル点が、当該サンプル点に関連付けられた設計変数（例えば、構造の種類を示す変数）に関する情報を含むように設計探索画面２００に示すことが好ましい。上述したように、各データセットには設計変数ベクトルＸの複数の形状パラメータ値セット及び材料パラメータ値セットと、機能変数ベクトルＹの複数の機能パラメータ値セットが含まれるので、設計探索装置１００の制御部１３０は、プロットしたサンプル点に関連付けられた設計パラメータ値を取得することができる。そのため、各サンプル点を表示する際に、それらのサンプル点に関連付けられた設計変数に関する情報を含ませることが可能である。サンプル点に関連付けられた設計変数に関する情報はその設計パラメータ値セットによって識別される情報であり、例えば、構造の種類や、構造の寸法の数値範囲等を含む。設計変数に関する情報は、例えば、構造の種類や寸法の数値範囲に応じて異なる記号や色によって区別可能に表示される。図１０Ａに示す例では、各サンプル点の構造が、「〇」、「△」及び「□」の異なる記号で示されている。

次に、設計探索装置１００の制御部１３０は、オプションとして、設計機能空間内に表示された複数のサンプル点群の近似処理を行う（ステップＳ２０３）。

上記のステップＳ２０２においては、設計機能空間内に複数のサンプル点が離散的に表示される。多数のデータセットが抽出されて多数のサンプル点が表示される場合には、サンプル点同士の間隔が比較的密になるため、サンプル点間の近似を行う必要性は低いかもしれない。一方、表示するサンプル点の数が少なくサンプル点同士の間隔が比較的疎になる場合には、サンプル点間の近似を行うことで、サンプル点が存在しない位置についても設計／機能パラメータ値の探索を行うことが可能になる。

ステップＳ２０３において、設計探索装置１００の制御部１３０は最初に、サンプル点群の近似処理を行うか否かのユーザ入力を受け付ける。サンプル点群の近似処理を行う旨のユーザ入力を受け付けると、制御部１３０はサンプル点群の近似処理を実行する。一方、サンプル点群の近似処理を行わない旨のユーザ入力を受け付けると、制御部１３０はステップＳ２０３の処理をスキップしてステップＳ２０４に進む。

サンプル点群の近似処理を実行する場合、設計探索装置１００の制御部１３０は、一例として、関連付けられた設計変数（一例として構造の種類）が共通するサンプル点を含むグループ毎にサンプル点群の近似処理を実行する。これは、関連付けられた設計変数が異なると、それによって機能特性が異なるため、関連付けられた設計変数が異なるサンプル点群を近似することが難しいためである。

近似処理は、例えば、２つの隣接するサンプル点間の１区間毎、３以上のサンプル点で構成される複数区間毎、あるいはサンプル点群の一部又は全部で構成される領域について、近似関数を生成することを含む。近似関数は、例えば多項式関数であってもよく、あるいはその他の任意の近似手法を用いてサンプル点群に基づいて生成することができる。また、近似関数はサンプル点群を内挿又は外挿するものであってもよい。近似処理がサンプル点群を内挿（補間）するものである場合、その補間処理は離散点を補間するものであるので、多項式補間（ラグランジェ補間、ニュートン補間等）やスプライン補間等、離散点の補間に適した補間手法を用いることが可能である。

上述したサンプル点群の近似処理（ステップＳ２０３）が行われる場合には、ステップＳ２０２において設計機能空間内に表示された複数のサンプル点に加えて、あるいはそれに代えて、近似処理によって生成された近似関数で近似される設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットで構成される近似領域を上記設計機能空間内に表示してもよい。この場合には、例えばユーザ入力に応じて、１）設計機能空間内に複数のサンプル点を表示する、２）設計機能空間内に複数のサンプル点およびそれらを近似した近似領域を表示する、３）設計機能空間内に近似領域のみを表示する、のいずれかの表示態様を選択することができる。

最後に、設計探索装置１００の制御部１３０は、入力デバイス１４４によるユーザの探索操作に応じて選択された変数に関する各種パラメータ値や構造の種類および３次元表現等を表示することにより、選択された変数に関する各種パラメータ値の探索機能をユーザに提供する（ステップＳ２０４）。

ステップＳ２０４においては、一例として設計探索装置１００の制御部１３０は、図１０Ａに示す設計探索画面２００に、上述した設計機能空間２１０に加えて、構造の種類を示す構造種類表示領域２２０と、構造種類表示領域２２０において選択表示された種類に対応する構造の３次元表現領域２３０と、設計変数若しくは機能変数の各種パラメータ値およびそれらのパラメータ値を変更する入力操作を行うためのスライダを含むパラメータ表示領域２４０とを表示する。

構造種類表示領域２２０は、例えばプルダウンメニューの形式で、表示する構造の種類をユーザ入力に応じて選択できるようになっている。また、構造種類表示領域２２０は、ユーザが入力デバイス１４４を用いてサンプル点もしくはサンプル点間の位置をポインティングしたしたときに、ポインティングされたサンプル点もしくはサンプル点間の位置の機能パラメータ値に関連付けられた設計パラメータ値セットによって特定される構造の種類を自動的に表示するようになっている。構造種類表示領域２２０のそのような表示処理は設計探索装置１００の制御部１３０によって行われる。

３次元表現領域２３０は、ユーザが入力デバイス１４４を用いて設計機能空間２１０のサンプル点もしくはサンプル点間の位置をポインティングしたしたときに、ポインティングされたサンプル点もしくはサンプル点間の位置の機能パラメータ値に関連付けられた設計パラメータ値セットによって特定される構造、もしくは、ユーザが入力デバイス１４４を用いて各設計変数に対応する各々のスライダ２４０ａを操作して設定した各設計パラメータ値によって種類と各部寸法等が特定された構造の３次元表現を表示する。構造を３次元表現として表示するために必要な描画処理等は設計探索装置１００の制御部１３０によって行われる。

パラメータ表示領域２４０に表示される各種パラメータ値２４０ｂは、一例として、ユーザが入力デバイス１４４を用いてサンプル点もしくは近似領域（サンプル点間等）の位置をポインティングしたしたときに、ポインティングされたサンプル点もしくは近似領域の位置の設計パラメータ値若しくは機能パラメータ値に関連付けられたパラメータ値セットによって特定されるか、あるいは、ユーザが入力デバイス１４４を用いて各変数に対応するスライダ２４０ａを操作して設定される。各種パラメータ値を特定あるいは設定する処理は、設計探索装置１００の制御部１３０によって行われる。

なお、パラメータ表示領域２４０に表示される設計変数若しくは機能変数の各種パラメータの項目は固定ではなく、ユーザが入力デバイス１４４を用いて適宜変更することが可能である。パラメータ表示領域２４０に表示される各種パラメータ項目は、例えばプルダウンメニューの形式で、表示するパラメータ項目をユーザ入力に応じて選択できるようになっている。ユーザは、入力デバイス１４４を用いてプルダウンメニューからパラメータ表示領域２４０に表示される設計変数若しくは機能変数の各種パラメータ項目を選択することができる。

パラメータ表示領域２４０に表示される各スライダ２４０ａのボタンは、ユーザが入力デバイス１４４を用いてスライダ２４０ａ内の範囲で図示左右に移動させることができる。そのボタンの位置に応じて、各設定パラメータ値を増減させることができる。一例として、スライダ２４０ａのボタンを図示左側に移動させるとパラメータ値２４０ｂが減少し、図示右側に移動させるとパラメータ値２４０ｂが増大する。ユーザは、入力デバイス１４４を用いてスライダ２４０ａの各ボタンをこのように操作することで、各設定パラメータ値２４０ｂを設定することができる。また、各種設計パラメータ値２４０ｂが、ユーザが入力デバイス１４４を用いてサンプル点もしくはサンプル点間の位置をポインティングしたしたときに、ポインティングされたサンプル点もしくはサンプル点間の位置の機能パラメータ値に関連付けられた設計パラメータ値セットによって特定される場合には、各スライダ２４０ａのボタンは、特定されたパラメータ値２４０ｂの大きさに対応するスライダ２４０ａ内の位置に表示される。各スライダの描画処理等も、設計探索装置１００の制御部１３０によって行われる。

なお、設計探索画面２００に表示することができる情報は、上述した設計機能空間２１０及び各領域２１０，２２０，２３０，２４０に限らない。上記の情報に代えて、もしくは上記の情報に加えて、他の情報（例えば、周波数特性を示す線図等）が設計探索画面２００に表示されてもよい。

ユーザは、このように表示される設計探索画面２００において、選択した変数に関する設計／機能パラメータ値の探索を例えば下記の第１の操作又は第２の操作によって行うことができる。

（１）ユーザが入力デバイス１４４を用いて、設計機能空間２１０のサンプル点もしくはサンプル点間等の近似領域の位置をポインティングする操作（第１の操作）
この操作により、ポインティングされたサンプル点もしくは近似領域の位置のパラメータ値に関連付けられたパラメータ値セットによって、その設計要件若しくは機能要件を満たす構造の種類及び各部寸法が特定され、それらが設計探索画面２００に表示される。これにより、ユーザは所望の機能を実現する構造の種類とその各部寸法等を取得でき、それらの情報に基づいて構造を設計して製作することで、所望の機能を実現する構造を得ることができる。

さらに、設計探索画面２００の設計機能空間２１０には種々の種類の構造に関連付けられたサンプル点がひとまとめに表示されるので、ユーザは構造毎ではなく複数の構造を跨いで所望の機能を満たす構造を探索することが可能となる。

図１０Ａに示す例を参照して第１の操作を説明すると、図１０Ａでは、ユーザが入力デバイス１４４を用いて設計機能空間２１０内のあるサンプル点を十字印のポインタでポインティングしている状態が示されている。このとき、ポインティングされたそのサンプル点の機能パラメータ値に関連付けられた設計パラメータ値セットによって、その機能を満たす構造の種類が構造Ａとしての「ＬＥＴＡ」であることが特定されて、その種類が構造種類表示領域２２０に示されると共に、そのサンプル点に対応する構造の各部寸法等を考慮した３次元表現が３次元表現領域２３０に示されている。さらに、その構造の各部寸法等が、スライダ２４０ａ及びパラメータ値２３０ｂに表示されている。なお、ポインティングされたサンプル点に関連付けられている評価関数ｆ_評価ラベル及び評価関数パラメータＰに関する情報も設計探索画面２００に表示してもよい。

（２）ユーザが入力デバイス１４４を用いて、各パラメータ値を設定する操作（第２の操作）
この操作によれば、例えば、ユーザが探索したい構造とその各部寸法とを予め特定して各設計パラメータ値を設定することで、その設定条件を満たす機能パラメータ値を探索することができる。その場合、設計機能空間２１０には、例えば、その設定条件を満たす機能パラメータ値を有するサンプル点がハイライト表示されるか、それらのサンプル点のみが選択的に表示される。したがって、この第２の操作によれば、上記の第１の操作とは逆に、設計変数を軸として設計条件を満たす機能パラメータ値を探索することができる。

図１０Ａに示す例を参照して第２の操作を説明すると、図１０Ａでは、ユーザが入力デバイス１４４を用いて構造の種類「ＬＥＴＡ」を構造種類表示領域２２０で選択し、かつその構造の各部寸法等をスライダ２４０ａ及びパラメータ値２４０ｂにおいて特定し、その構造の上記各部寸法等を考慮した３次元表現が３次元表現領域２３０に表示されている状態が示されている。その結果、そのように設定された設計パラメータ値を満たす機能パラメータ値に対応するサンプル点が十字印のポインタで設計機能空間２１０内にハイライト表示（他のサンプル点とは明るさや色等が異なる強調表示）されている。

第２の操作では、スライダ２４０ａで設定できるいくつかの設計パラメータ値のうち、一部の設計パラメータ値は固定とし、残りの設計パラメータ値を順次変更するようにして、それらの設定条件を満たす機能パラメータ値を探索することも可能である。これにより、例えば、ある制約条件に従って一部の設計パラメータ値を固定した状態で、設計自由度を有する残りの設計パラメータ値を変更することにより、目的の機能要件を満たす構造が存在し得るかどうか探索することができる。このように設計パラメータ値を順次変更しながら機能パラメータ値を探索する場合には、設計探索画面２００の３次元表現領域２３０に表示される構造の３次元表現が、変更される設計パラメータ値に応じて順次リアルタイムに変更されることが好ましい。具体的には、例えば構造のある部分の寸法に関する設計パラメータ値を変更すると、その寸法変更に応じて３次元表現された構造の当該部分の形状が変化するように制御部１３０による処理が行われることが好ましい。

なお、上記では、制約条件として設計パラメータ値を設定し、設定条件を満たす機能パラメータ値を探索する場合を例示的に説明したが、第２の操作において制約条件として設定できるのは設計パラメータ値に限られない。第２の操作では、制約条件として設計パラメータ値及び又は機能パラメータ値を設定し、設定条件を満たす設計パラメータ値及び又は機能パラメータ値を探索することも可能である。

このように、本実施形態の設計探索装置１００の制御部１３０は、上記の第１ないし第２の操作で説明したようなユーザ入力操作によって１又は２以上の設計変数及び／又は機能変数について制約条件を設定し、その制約条件を満たす設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットを特定して、その設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットに関する情報を提示するように構成されている。

ユーザは、選択した変数に関する上述したような設計／機能パラメータ値の探索の結果、設計機能空間２１０内に表示されたサンプル点の分布を解析することで、例えば、設計機能空間のある領域においてその設計／機能要件を満たす構造が存在していないことを認識することができる。この場合は、そのような設計機能空間を満たし得るサンプル点を追加で生成するため、設計変数ベクトルＸの一部又は全部の変数について追加で解析すべき１又は２以上の設計パラメータ値セットを設計探索装置１００に入力し、それに対応して出力される機能変数ベクトルＹの１又は２以上の機能パラメータ値セットを設計探索装置１００に出力させて、それらを含むデータセットを追加でデータベース１２２に格納し、それらの追加のデータセットに基づくサンプル点も設計機能空間に表示できるようにすることが好ましい。これにより、設計機能空間を埋める（設計／機能要件を満たす）構造を追加的に生成することができる。

上記の追加で解析すべき１又は２以上の設計パラメータ値セットの入力は、例えば、設計探索画面２００上でユーザが入力デバイス１４４を用いて「追加解析の開始」の指示を行い、それに続いて、一部又は全部の設計変数について追加で解析すべき設計パラメータ値の範囲をスライダ２４０ａやパラメータ値２３０ｂに入力することで行うことが可能である。このような処理は、設計探索装置１００の制御部１３０によって行われる。

あるいは、選択した変数に関する設計／機能パラメータ値の探索の結果、ある１又は複数のサンプル点の構造について、より詳細な解析結果を得たいケースが生じうる。この場合は、例えば、表１のデータ構造に格納されている評価関数パラメータＰの一部の要件を変更（メッシュをより細分化する等）して、対象とするサンプル点のデータについてサンプル点群の取得処理（図８のステップＳ１０４）を再度行うことで、設計／機能パラメータ値の更なる探索を可能とするデータセットを追加で取得することができる。

さらに、設計探索装置１００の制御部１３０は、一例として、関連付けられた設計変数（一例として構造の種類）が共通するサンプル点を含むグループ毎にそれらのサンプル点群の境界を画定するように構成されていてもよい（図１０Ｂ参照）。このような境界は、例えば、それらのサンプル点群からなる凸集合の凸曲線を求める処理により画定することが可能である。このような境界の内部においては、上述したようにサンプル点間の補間がなされ得るため設計／機能パラメータ値の探索が可能であるが、探索可能領域をその境界の外に拡大したい場合がある。この場合には、設計探索装置１００の制御部１３０にＤＦＰ法等の任意の最適化処理を実行させることで境界を拡張し、探索可能領域を拡大することが可能である。

また、図１０Ａを参照して説明した例では、各サンプル点群が構造の種類毎に「〇」、「△」及び「□」の異なる記号で示されている。これに対し、設計機能空間２１０内にサンプル点がどのように分布しているかや、設計機能空間２１０がサンプル点群によってどのように埋められているかという情報を示すことで足りる場合には、これらの構造の種類を区別することなく、全ての構造のサンプル点を同じ記号で示してもよい。

さらに、設計機能空間２１０内のサンプル点の分布等が提示されれば足りる場合には、構造種類表示領域２２０、３次元表現領域２３０及びパラメータ表示領域２４０の情報は提示しないようにしてもよい。あるいは、３次元表現領域２３０ないしパラメータ表示領域２４０において、サンプル点に対応する構造の外形寸法のみを提示する（構造の種類や形状は提示しない）ようにしてもよい。

このように、本実施形態の設計探索装置１００による設計／機能パラメータの探索方法によれば、ユーザは、種々の構造について種々の条件下の解析結果を視覚的に比較しながら探索できるので、所望の機能を実現できる構造及びその各部寸法を納得感を持って特定することができる。

さらに、本実施形態の設計探索装置１００による設計／機能パラメータ値の探索方法によれば、種々の設計変数および機能変数について予め解析してデータベース１２２に蓄積されているデータセットを用いて、ユーザが所望する変数について設計機能空間を生成してそこにサンプル点を表示して可視化するので、設計機能空間を生成してサンプル点を表示する処理の度に新たな解析処理を行う必要が無い。そのため、所望の要件を満たす設計／機能パラメータ値を即応性を持って探索することができる。

（変形例）
続いて、本実施形態の変形例について説明する。

［第１の変形例］
ある構造を設計する際において、その構造を製造するために課せられる製造制約（例えば、モールド成形による製造が可能な最小肉厚寸法等）や、その構造の収容あるいは取付け等のために許容される空間的な制約（所定の配置スペース内に収容するために各部寸法が予め定められている、あるいは、最大寸法が定められている等）が予め判明している場合がある。所望の要件を満たす設計／機能パラメータ値を探索する際にそれらの製造制約に該当するサンプル点も設計機能空間２１０内に表示されると、それらは却って「ノイズ」となり、ユーザにとって探索の妨げや不便性をもたらす可能性がある。そのため、それらの不要な情報を予め排除した状態で、所望の要件を満たす設計／機能パラメータ値（サンプル点）のみを設計機能空間２１０内に表示することが好ましい。あるいは、ある任意の観点において所望の制約条件を満たす設計／機能パラメータ値（サンプル点）を探索する必要がある場合もある。

そこで本変形例は、所望の要件を満たす設計／機能のパラメータ値（サンプル点）のみを設計機能空間２１０内に表示する設計探索装置１００およびそれを用いた設計／機能パラメータ値の探索方法を提供する。

本変形例は、図９におけるステップＳ２００において探索対象の変数を選択する際に、選択した変数について可視化が必要なパラメータ値の数値範囲を設定することを含む。

設計探索装置１００の制御部１３０は、ユーザが入出力部１４０の入力デバイス１４４を用いて設計機能空間の探索処理を開始する旨の指示入力をしたことを検知すると、入出力部１４０のディスプレイ１４２に、ユーザが入力デバイス１４４を用いて探索対象の変数を選択するための入力を受け付けるユーザ・インターフェース（ＵＩ）画面を表示する。設計探索装置１００の制御部１３０は、記憶部１２０のデータベース１２２内に格納された表１に示した設計機能データの設計変数ベクトルＸ及び機能変数ベクトルＹに含まれている各種変数を、ディスプレイ１４２上に表示するＵＩ画面内において例えばプルダウンメニューの形式で提示する。ユーザは、ＵＩ画面内に提示された各種変数の中から１又は複数の変数を選択することで、探索対象の変数の選択を行うことができる。

設計探索装置１００の制御部１３０は、上記のように探索対象の変数の選択を受け付けた後、選択された各変数について可視化を行うパラメータ値の数値範囲の入力を受け付けるＵＩ画面をディスプレイ１４２に表示する。ユーザは、表示されたＵＩ画面内において、各変数について可視化を行うパラメータ値の数値範囲を入力デバイス１４４を用いて入力する。

次に、本変形例における設計探索装置１００の制御部１３０は、図９におけるステップＳ２０１において選択された変数に関連付けられたデータセットを抽出する際に、上記のように設定された数値範囲のパラメータ値を含むデータセットのみを抽出する。

したがって、本変形例における設計探索装置１００の制御部１３０は、図９におけるステップＳ２０２において設計機能空間にサンプル点を表示する際に、上記のように設定された数値範囲のパラメータ値のサンプル点のみを表示する。

このように、本変形例によれば、所望の要件を満たす設計／機能のパラメータ値（サンプル点）のみを設計機能空間２１０内に表示することができるので、探索に不要な情報を予め排除してより効率的に必要な設計／機能パラメータの探索を行うことが可能となる。

なお、上記では可視化を行うパラメータ値の数値範囲を入力する例を示したが、これとは逆に、可視化を行わないパラメータ値の数値範囲を入力する構成としてもよい。この場合は、設定された数値範囲以外のパラメータ値を含むデータセットのみが抽出され、上記のように設定された数値範囲以外のパラメータ値のサンプル点のみが表示される。

また、例えばある１又は２以上の変数のパラメータ値について等式制約あるいは不等式制約を設定することで、設計／機能パラメータ値（サンプル点）の探索のための所望の制約条件を設定することも可能である。設計探索装置１００の制御部１３０は、入力デバイス１４４によるユーザ入力に従ってこのような制約条件を設定することができるように構成されている。

［第２の変形例］
本実施形態の設計探索装置１００では、予め解析して得られた種々の設計パラメータ値および機能パラメータ値を含むデータセットがデータベース１２２に蓄積される。そのため、本実施形態の設計探索装置１００によれば、ユーザは種々の変数を選択しながら設計／機能パラメータ値の探索を繰り返すことで、多面的な探索を行うことが可能である。その際、ある探索の結果を次の探索において参照することで、所望の要件を満たす設計／機能のパラメータ値を絞り込むことが可能となる。

そこで本変形例は、設計／機能パラメータ値の探索を繰り返す際に、ある探索の結果を次の探索において参照することを可能にする設計探索装置１００およびそれを用いた設計／機能パラメータ値の探索方法を提供する。

本変形例は、図９におけるステップＳ２０４において選択した変数のパラメータ値を探索する際に、それらの変数のパラメータ値に関する所望の数値範囲を選択して記憶部１３０に記憶することを含む。

本変形例における設計探索装置１００の制御部１３０は、図９のステップＳ２０４において、入力デバイス１４４によるユーザの探索操作に応じて選択された変数に関するパラメータ値を表示することに加え、それらの変数のパラメータ値に関する所望の数値範囲の入力を受け付けるように構成されている。

制御部１３０は、入力デバイス１４４による変数の数値範囲に関する以下のようなユーザ入力を受け付けるように構成されている。

第１に、図１０Ａに示す設計探索画面２００のパラメータ表示領域２４０のスライダ２４０ａを入力デバイス１４４によって操作して各変数のパラメータ値を指定すると共に、任意の入力処理によって、入力されたそのパラメータ値に関する数値範囲（そのパラメータ値と同値のみ（等式制約）、そのパラメータ値以下・そのパラメータ値以上・２つのパラメータ値間の数値範囲等（不等式制約））を指定する。

第２に、図１０Ａに示す設計探索画面２００のパラメータ表示領域２４０のパラメータ値２４０ｂ欄に入力デバイス１４４によってパラメータ値を直接入力し、さらに、任意の入力処理によって、入力されたそのパラメータ値に関する上記のような数値範囲を指定する。

第３に、図１０Ａに示す設計探索画面２００の設計機能空間２１０において、入力デバイス１４４によって各変数についてパラメータ値を入力し、さらに、任意の入力処理によってそのパラメータ値に関する数値範囲（そのパラメータ値以下、そのパラメータ値以上等）を指定する。パラメータ値及びその範囲の入力は、例えば、設計機能空間２１０において１又は２以上の線分を入力デバイス１４４によって描画し、その線分によって区分される領域を入力デバイス１４４で指示することで行うことができる。一例として、図１１は３本の線分でパラメータ値を入力し、それらの線分で囲まれた領域がそれらのパラメータ値の数値範囲として選択された状態を示している。

上記のように入力された各変数のパラメータ値及びその数値範囲は、設計探索装置１００の記憶部１３０に少なくとも一時的に記憶される。この段階で設計探索装置１００の制御部１３０は、このように探索で選択された変数のパラメータ値の数値範囲を含む（あるいは除く）データセットに含まれるサンプル点のみを設計探索画面２００の設計機能空間２１０に表示してもよい。

設計探索装置１００の制御部１３０は、上記の探索に続いて他の変数について次の探索処理を実行する際に、ステップＳ２０１においてデータセットを抽出する際に、当該他の変数に関連付けられたデータセットの中から、記憶部１３０に記憶されている前回の探索で選択された変数のパラメータ値の数値範囲を含む（あるいは除く）データセットのみを抽出する。これにより、この探索においては、前回の探索の結果を反映したサンプル点のみが設計探索画面２００に表示されるため、探索対象の変数が異なるそれらの探索を通じて、所望の条件を満たす設計／機能のパラメータ値をより絞り込むように探索を行うことができる。

上記では２回の探索を行う例を示したが、探索対象の変数が異なる探索をより多く繰り返すことで、所望の条件を満たす設計／機能のパラメータ値をより限定的に絞りこむことができる。

［第３の変形例］
図１２を参照して、本実施形態に係る設計探索装置１００の第３の変形例を説明する。本変形例は、３次元表現領域２３０内に空間を画定するバウンディング・ボックス２３０ａを描画することで、３次元表現領域２３０に描画される構造の寸法に係る設計パラメータ値を入力する手段を提供する。

設計探索装置１００の制御部１３０は、ユーザが、入力デバイス１４４を用いて直方体、立方体、円筒形状などのプリミティブな形状要素を設計探索装置１００が表示する設計探索画面２００の３次元表現領域２３０内に描画し、さらに、その形状要素を全体的もしくは部分的に縮小・拡大させてその各部寸法を調節できる機能を提供するように構成されている。一例として、そのような形状要素は設計探索装置１００の記憶部１２０に予め記憶しておき、入力デバイス１４４による操作に基づいて制御部１３０が記憶部１２０から読み出して３次元表現領域２３０内に描画してもよい。

制御部１３０は、このように３次元表現領域２３０内に描画されたバウンディング・ボックス２３０ａの例えば外形の各部寸法の値を、構造の外形寸法に係る設計パラメータ値の入力として受け付ける。制御部１３０は、その入力に従って構造の外形寸法に係る設計パラメータ値を選択し、かつその設計パラメータ値に応じて寸法が変更された構造の３次元表現を３次元表現領域２３０内に描画する。

本変形例によれば、パラメータ表示領域２４０のスライダ２４０ａによるスライダ入力やパラメータ値２４０ｂの直接の数値入力に代えて、描画するバウンディング・ボックス２３０ａの各部の大きさを変更するという直感的な入力によって、構造の外形寸法に係る設計パラメータ値を入力することが可能になる。

［第４の変形例］
図１３を参照して、本実施形態に係る設計探索装置１００の第４の変形例を説明する。本変形例は、パラメータ表示領域２４０のスライダ２４０ａを操作してその設計パラメータ値を変化させたときに、対応する機能パラメータ値がそれに伴って設計機能空間内でどのように変位するかを可視化する手段を提供する。

本変形例では、一例として、ユーザが入力デバイス１４４を用いてパラメータ表示領域２４０のスライダ２４０ａ（図１３に示す例では「梁厚みｔ」のスライダ）を図示の矢印Ａで示すように操作して、梁厚みｔの設計パラメータ値を変化させると、対応する機能パラメータ値によって示されるサンプル点が設計機能空間２１０内で図示の矢印Ｂに沿って変位した位置に表示され、さらに、そのサンプル点の変位の軌跡が図示矢印Ｂのように設計機能空間２１０に描画される。このようにして、ある設計パラメータ値をスライダ２４０ａを用いて変化させたときに、それに伴って変化する機能パラメータ値を設計機能空間２１０内に可視化することができる。このような可視化処理は設計探索装置１００の制御部１３０によって実行され、特に、設計機能空間２１０内に表示されるサンプル点間が補間されている場合に実装することが可能である。

［第５の変形例］
本実施形態の第５の変形例として、図１４～図１６に本実施形態の設計探索装置１００による設計探索画面２００の実装例を示す。この実装例では、３つの異なる構造について、積載する質量と、ある周波数帯域での平均周波数応答との解析結果を示す。

図１４～図１６の各図において、図の右上に示す設計機能空間は、設計変数である積載質量を横軸に、ある周波数帯域での平均周波数応答を縦軸に設定されている。また、この実装例においては図１０Ａに示した設計探索画面２００の各表示項目２１０，２２，２３０，２４０に加えて、選択されたサンプル点に関する詳細な周波数応答曲線が各図の右下に示されている。

図１４は「ボックス」の種類の構造についてのサンプル点が選択された状態を示している。図１４（ａ）と図１４（ｂ）とは、「ボックス」の構造について互いに異なるサンプル点が選択された状態を示している。そのため、図１４（ａ）と図１４（ｂ）とでは、それらの構造の各設計変数のパラメータ値と３次元表現が異なり、したがって、それらの詳細な周波数応答曲線も異なる特性を示していることがわかる。

図１５は「ひし形」の種類の構造についてのサンプル点が選択された状態を示している。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）も、「ひし形」の構造について互いに異なるサンプル点が選択された状態を示している。そのため、図１５（ａ）と図１５（ｂ）とでは、それらの構造の各設計変数のパラメータ値と３次元表現が異なり、したがって、それらの詳細な周波数応答曲線も異なる特性を示していることがわかる。

図１６は「ＬＥＴＡ」の種類の構造についてのサンプル点が選択された状態を示している。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）も、「ＬＥＴＡ」の構造について互いに異なるサンプル点が選択された状態を示している。そのため、図１６（ａ）と図１６（ｂ）とでは、それらの構造の各設計変数のパラメータ値と３次元表現が異なり、したがって、それらの詳細な周波数応答曲線も異なる特性を示していることがわかる。

［第６の変形例］
本実施形態の第６の変形例として、設計変数及び機能変数の一方又は両方に制約を加えた状態で設計機能空間において探索を行う種々の手法について説明する。例えば、ある１又は２以上の変数について固定された値が維持されるような制約条件を設定することで、設計／機能パラメータ値（サンプル点）の探索のための所望の制約を設定することも可能である。設計探索装置１００の制御部１３０は、入力デバイス１４４によるユーザ入力に従って所望の変数にこのような制約条件を設定することができるように構成されている。

以下、１又は２以上の変数について制約条件を課した状態で残りの変数に関して探索を行う幾つかの例について説明する。以下に説明する各例では、説明の容易化のため、図１７に示すように設計変数ベクトルＸの２つの設計変数ｘ１，ｘ２に対する解析結果として、機能変数ベクトルＹの２つの機能変数ｙ１，ｙ２が存在し、設計変数ｘ１，ｘ２の設計機能空間及び機能変数ｙ１，ｙ２の設計機能空間のそれぞれにおいてサンプル点間が補間されており、さらに、設計変数ｘ１，ｘ２から機能変数ｙ１，ｙ２を求める微分可能な補間関数が得られていることにより、その補間関数を用いて、設計変数ｘ１，ｘ２から機能変数ｙ１，ｙ２を求めること、および、機能変数ｙ１，ｙ２から収束計算により設計変数ｘ１，ｘ２を求めることができることを共通の前提条件としている。なお、設計変数及び機能変数が有する変数の数及びそれらのうち制約条件が設定される変数の数は適宜定めることが可能である。

（１－１）設計変数からなる設計機能空間において設計変数を固定する場合
図１８は、２つの設計変数ｘ１，ｘ２からなる設計機能空間において設計変数ｘ１を固定した場合の設計変数ｘ１と設計変数ｘ２との関係を示す図である。図１８に示す設計機能空間において太線で示す線は、設計変数ｘ１のパラメータ値を固定した場合に設計変数ｘ２が採りうる範囲を表している。

この場合は、当該設計機能空間において設計変数ｘ２が図１８に太線で示す範囲で選択可能であることを探索結果として知得できる。

（１－２）設計変数からなる設計機能空間において機能変数を固定する場合
図１９は、２つの設計変数ｘ１，ｘ２からなる設計機能空間において、軸に選択していない機能変数ｙ１を固定した場合の設計変数ｘ１と設計変数ｘ２との関係を示す図である。図１９に示す設計機能空間において太線で示す曲線は、機能変数ｙ１のパラメータ値をある値に維持する設計変数ｘ１と設計変数ｘ２との関係性を表している。

この態様は、例えば、固有周波数を機能変数ｙ１とした場合に、機能変数ｙ１（固有周波数）が一定の値になるような構造の設計変数ｘ１，ｘ２の関係性を可視化・探索したい場合に有用である。

（２－１）機能変数からなる設計機能空間において設計変数を固定する場合
図２０は、２つの機能変数ｙ１，ｙ２からなる設計機能空間において、軸に選択していない設計変数ｘ１を固定した場合の機能変数ｙ１と機能変数ｙ２との関係を示す図である。図２０に示す設計機能空間において太線で示す曲線は、設計変数ｘ１のパラメータ値をある値に維持する機能変数ｙ１と機能変数ｙ２との関係性を表している。

この態様は、例えば、剛性を機能変数ｙ１、固有振動数を機能変数ｙ２とし、構造のある部分の厚みである設計変数ｘ１を固定したときに、残りの設計変数ｘ２を変化させたときに機能変数ｙ１（剛性）と機能変数ｙ２（固有振動数）とがどのように変化するのかを可視化・探索したい場合に有用である。

（２－２）機能変数からなる設計機能空間において機能変数を固定する場合
図２１は、２つの機能変数ｙ１，ｙ２からなる設計機能空間において機能変数ｙ１を固定した場合の機能変数ｙ１と機能変数ｙ２との関係を示す図である。図２１に示す設計機能空間において太線で示す線は、機能変数ｙ１のパラメータ値を固定した場合に機能変数ｙ２が採りうる範囲を表している。

この場合は、当該設計機能空間において機能変数ｙ２が図２１に太線で示す範囲で選択可能であることを探索結果として知得できる。この態様は、例えば、剛性を機能変数ｙ１、固有振動数を機能変数ｙ２とし、剛性の機能変数ｙ１を固定したときに、設計変数ｘ１，ｘ２を変化させたときに機能変数ｙ２（固有振動数）がどのように変化するのかを可視化・探索したい場合に有用である。

（３－１）設計変数と機能変数とからなる設計機能空間において、軸に選択している設計変数を固定する場合
図２２は、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において、軸に選択している設計変数ｘ１を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。図２２に示す設計機能空間において太線で示す線は、設計変数ｘ１のパラメータ値を固定した場合に機能変数ｙ１が採りうる範囲を表している。

この態様は、例えば、剛性を機能変数ｙ１、固有振動数を機能変数ｙ２とし、構造のある部分の厚みである設計変数ｘ１を固定したときに、残りの設計変数ｘ２を変化させたときに機能変数ｙ１（剛性）が採りうる範囲を可視化・探索したい場合に有用である。

（３－２）設計変数と機能変数とからなる設計機能空間において、軸に選択していない設計変数を固定する場合
図２３は、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において設計変数ｘ２を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。図２２に示す設計機能空間において太線で示す曲線は、設計変数ｘ２のパラメータ値をある値に維持する設計変数ｘ１と機能変数ｙ２との関係性を表している。

この態様は、例えば、剛性を機能変数ｙ１、固有振動数を機能変数ｙ２とし、構造のある部分の厚みを設計変数ｘ１、ある部分の長さを設計変数ｘ２とし、ある部分の長さの設計変数ｘ２を固定したときに、設計変数ｘ１（ある部分の厚み）と機能変数ｙ２（固有振動数）との関係性を可視化・探索したい場合に有用である。

（３－３）設計変数と機能変数とからなる設計機能空間において、軸に選択している機能変数を固定する場合
図２４は、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において機能変数ｙ１を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。図２４に示す設計機能空間において太線で示す線は、機能変数ｙ１のパラメータ値を固定した場合に設計変数ｘ１が採りうる範囲を表している。

この態様は、例えば、剛性を機能変数ｙ１、固有振動数を機能変数ｙ２とし、構造のある部分の厚みを設計変数ｘ１とし、剛性の機能変数ｙ１を固定したときに、設計変数ｘ１（構造のある部分の厚み）が採りうる範囲を可視化・探索したい場合に有用である。

（３－４）設計変数と機能変数とからなる設計機能空間において、軸に選択していない機能変数を固定する場合
図２５は、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において、軸に選択していない機能変数ｙ２を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。図２５に示す設計機能空間において太線で示す曲線は、機能変数ｙ２のパラメータ値をある値に維持する設計変数ｘ１と機能変数ｙ２との関係性を表している。

この態様は、例えば、剛性を機能変数ｙ１、固有振動数を機能変数ｙ２とし、構造のある部分の厚みを設計変数ｘ１とし、固有振動数の機能変数ｙ２を固定したときに、設計変数ｘ１（ある部分の厚み）と機能変数ｙ１（剛性）との関係性を可視化・探索したい場合に有用である。

（３－５）設計変数と機能変数とからなる設計機能空間において、軸に選択していない設計変数及び機能変数を固定する場合
図２６は、設計変数ｘ１と機能変数ｙ１とからなる設計機能空間において、軸に選択していない設計変数ｘ２及び機能変数ｙ２を固定した場合の設計変数ｘ１と機能変数ｙ１との関係を示す図である。設計変数ｘ２及び機能変数ｙ２の２つの変数を固定する場合、それを満たす設計変数ｘ１及び機能変数ｙ２は１点のみとなる。したがって図２６に示す設計機能空間には、その固定された変数の条件を満たす設計変数ｘ１及び機能変数ｙ２のサンプル点が示される。

この態様は、例えば、剛性を機能変数ｙ１、固有振動数を機能変数ｙ２とし、構造のある部分の厚みを設計変数ｘ１、ある部分の長さを設計変数ｘ２とし、ある部分の長さの設計変数ｘ２と固有振動数の機能変数ｙ２を固定したときに、設計変数ｘ１（ある部分の厚み）と機能変数ｙ２（固有振動数）との関係性を可視化・探索したい場合に有用である。

第２の実施形態
本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態において説明した設計探索装置によって設計探索された構造体を製造する方法に関する。本実施形態によれば、設計探索装置によって設計探索された構造体が、３Ｄプリンタ、射出成形機等の各種の成形装置や加工装置等の造形装置によって製造される。

図２７は、第２の実施形態による処理の全体フローを示す図である。

本実施形態における処理では、最初に、第１の実施形態において図１を参照して説明した設計探索装置１００を用いて、図９を参照して説明した設計／機能パラメータ値の探索方法を実行し、製造対象の構造体について所望の要件を満たす設計パラメータ値セットを特定する（ステップＳ３０１）。

ステップＳ３０１において、設計探索装置１００の制御部１３０は、探索対象の１又は２以上の設計変数及び／又は機能変数を設計変数ベクトル及び／又は機能変数ベクトルから選択するユーザ入力に従って、選択された設計変数及び／又は機能変数に関連付けられた設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットを記憶部１２０から抽出し、選択された設計変数及び／又は機能変数に関する設計機能空間を生成してディスプレイ１４２に表示する。制御部１３０は、設計機能空間に、選択された設計変数及び／又は機能変数に関連付けられた設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットで構成される１又は２以上のサンプル点、及び／又は、２以上のサンプル点のうちの少なくとも一部の複数のサンプル点によって生成される近似関数で近似される設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットで構成される近似領域を表示する。そして、制御部１３０は、１又は２以上の設計変数及び／又は機能変数について制約条件を特定するユーザ入力に従って、その制約条件を満たす設計パラメータ値セットを特定する。

次に、設計探索装置１００は、ステップＳ３０１で特定された設計パラメータ値セットに基づいて、製造対象の構造体に関する情報を生成する（Ｓ３０２）。

製造対象の構造体に関する情報の生成は、例えば、特定された設計パラメータ値セットに含まれる形状パラメータ値セット及び材料パラメータ値セットに基づいて、製造対象の構造体の形状、各部寸法及び材料等を特定し、製造対象の構造体の３次元データ等を生成することを含む。製造対象の構造体に関する情報（３次元データ等）は、後述する造形装置が設計探索装置１００から受信した場合に、造形装置がその構造体に関する情報に基づいて構造体を造形することができる形式のデータであることが好ましい。

最後に、設計探索装置１００は、ステップＳ３０２で生成した製造対象の構造体に関する情報に基づいて、その構造体の造形を造形装置に実行させる（ステップＳ３０３）。

設計探索装置１００は通信部１１０を介して造形装置（不図示）と通信可能であり、設計探索装置１００がステップＳ３０２で生成した製造対象の構造体に関する情報（３次元データ等）は通信部１１０から造形装置に送信される。造形装置は、通信部１１０から受信した製造対象の構造体に関する情報（３次元データ等）に基づいて、当該構造体の造形を実行する。

造形装置による構造体の造形は、設計探索装置１００から取得した構造体に関する情報を参照して任意の手法による造形を行うことを含む。手法は、例えば以下の少なくとも１つであってもよいが、これらに限定されない。
・切削
・モールド成形
・３Ｄプリント
・光硬化性樹脂を用いた光造形
・射出成形
・粉末圧縮成形
・レーザー加工

なお、上記では設計探索装置１００が製造対象の構造体の探索から造形までを実施する場合を例示して説明したが、設計探索装置１００では製造対象の構造体の探索と３次元データ等の生成処理を行い、他の情報処理装置が構造体の造形処理を行うようにしてもよい。この場合は、設計探索装置１００で生成された製造対象の構造体に関する情報が任意の手段（通信ネットワークを介して、あるいは物理的な記憶媒体を介して）で、構造体を造形する造形装置（３Ｄプリンタ、各種の成形装置や加工装置等）に接続された他の情報処理装置に提供され、当該他の情報処理装置によりその構造体の情報に基づいて造形処理が行われ得る。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得る。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

１００ 設計探索装置
１１０ 通信部
１２０ 記憶部
１３０制御部
１４０ 入出力部

Claims (18)

1. １又は２以上の構造体について所望の要件を満たす設計パラメータ及び／又は機能パラメータを探索することを可能とする装置であって、当該装置は制御部と記憶部とを有し、
   前記記憶部には、前記構造体の構成に関する１又は２以上の設計変数と当該設計変数に入力する１又は２以上の設計パラメータ値とを各々が含む複数組の設計パラメータ値セットを含む設計変数ベクトルであって、前記複数組の設計パラメータ値セットの各々の前記設計パラメータ値セットは、前記設計変数が互いに共通し、前記１又は２以上の設計パラメータ値のうちの少なくとも１つの前記設計パラメータ値が互いに異なる、前記設計変数ベクトルと、前記設計変数ベクトルについて所定の解析条件に基づく解析処理を実行して取得された、前記構造体が呈する機能に関する１又は２以上の機能変数と当該機能変数に関する１又は２以上の機能パラメータ値とを各々が含む複数組の機能パラメータ値セットを含む機能変数ベクトルとが格納され、各々の前記設計パラメータ値セットと各々の前記機能パラメータ値セットとについて、前記設計パラメータ値セットと、当該設計パラメータ値セットに基づいて取得された前記機能パラメータ値セットとが互いに関連付けられており、１つの前記設計変数ベクトルと、１又は２以上の前記解析条件と、前記設計変数ベクトルについて１又は２以上の前記解析条件に基づく解析処理を実行した結果、各々の前記解析条件について取得される１又は２以上の前記機能変数ベクトルとを関連付けており、
   前記制御部は、
   探索対象の１又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数を前記設計変数ベクトル及び／又は前記機能変数ベクトルから選択するユーザ入力に従って、選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関連付けられた前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを前記記憶部から抽出することと、
   前記選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関する設計機能空間を生成することと、
   前記設計機能空間に、選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関連付けられた前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットで構成される１又は２以上のサンプル点、及び／又は、２以上の前記サンプル点のうちの少なくとも一部の複数の前記サンプル点によって生成される近似関数で近似される設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットで構成される近似領域を表示することと、
   を実行するように構成されている装置。
2. 前記制御部は、
   １又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数について制約条件を設定するユーザ入力に従って、前記制約条件を満たす前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを特定するように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記制約条件を特定するユーザ入力は、前記設計機能空間に表示された前記サンプル点又は前記近似領域をポインティングするユーザ入力であり、
   前記制御部は、
   前記ユーザ入力によってポインティングされた前記サンプル点又は前記ポインティングされた前記近似領域の位置に対応する前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを特定し、当該特定された設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットに関する情報を提示するように構成されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記制御部は、
   ２以上の前記サンプル点のうちの少なくとも一部の複数の前記サンプル点間の前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを補間すること、
   をさらに実行するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記制御部は、
   １又は２以上の前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットのユーザ入力に従って、当該入力された前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットで構成される前記サンプル点又は前記近似領域における点を強調表示するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを抽出することは、
   １又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数に設定された制約条件に従って、前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを抽出することを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記制御部は、
   １又は２以上の前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットの前記設計パラメータ値及び／又は前記機能パラメータ値の数値を連続的に変化させるユーザ入力に従って、当該設計パラメータ値及び／又は機能パラメータ値で構成される前記サンプル点の位置を変化させるように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記制御部は、
   位置が変化する前記サンプル点の軌跡を表示するように構成されている、請求項７に記載の装置。
9. 制御部と記憶部とを有する装置を用いて、１又は２以上の構造体について所望の要件を満たす設計パラメータ及び／又は機能パラメータを探索する方法であって、
   前記記憶部には、前記構造体の構成に関する１又は２以上の設計変数と当該設計変数に入力する１又は２以上の設計パラメータ値とを各々が含む複数組の設計パラメータ値セットを含む設計変数ベクトルであって、前記複数組の設計パラメータ値セットの各々の前記設計パラメータ値セットは、前記設計変数が互いに共通し、前記１又は２以上の設計パラメータ値のうちの少なくとも１つの前記設計パラメータ値が互いに異なる、前記設計変数ベクトルと、前記設計変数ベクトルについて所定の解析条件に基づく解析処理を実行して取得された、前記構造体が呈する機能に関する１又は２以上の機能変数と当該機能変数に関する１又は２以上の機能パラメータ値とを各々が含む複数組の機能パラメータ値セットを含む機能変数ベクトルとが格納され、各々の前記設計パラメータ値セットと各々の前記機能パラメータ値セットとについて、前記設計パラメータ値セットと、当該設計パラメータ値セットに基づいて取得された前記機能パラメータ値セットとが互いに関連付けられており、１つの前記設計変数ベクトルと、１又は２以上の前記解析条件と、前記設計変数ベクトルについて１又は２以上の前記解析条件に基づく解析処理を実行した結果、各々の前記解析条件について取得される１又は２以上の前記機能変数ベクトルとを関連付けており、
   前記制御部が、探索対象の１又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数を前記設計変数ベクトル及び／又は前記機能変数ベクトルから選択するユーザ入力に従って、選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関連付けられた前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを前記記憶部から抽出することと、
   前記制御部が、前記選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関する設計機能空間を生成することと、
   前記制御部が、前記設計機能空間に、選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関連付けられた前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットで構成される１又は２以上のサンプル点、及び／又は、２以上の前記サンプル点のうちの少なくとも一部の複数の前記サンプル点によって生成される近似関数で近似される設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットで構成される近似領域を表示することと、
   を含む方法。
10. 前記制御部が、１又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数について制約条件を特定するユーザ入力に従って、前記制約条件を満たす前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを特定すること、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記制約条件を特定するユーザ入力は、前記設計機能空間に表示された前記サンプル点又は前記近似領域をポインティングするユーザ入力であり、
    前記制御部が、前記ユーザ入力によってポインティングされた前記サンプル点又は前記ポインティングした位置に対応する前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを特定し、当該特定された設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットに関する情報を提示すること、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記制御部が、２以上の前記サンプル点のうちの少なくとも一部の複数の前記サンプル点間の前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを補間すること、をさらに含む、請求項９～１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記制御部が、１又は２以上の前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットのユーザ入力に従って、当該入力された前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットで構成される前記サンプル点又は前記近似領域における点を強調表示することをさらに含む、請求項９～１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを抽出することは、
    １又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数に設定された制約条件に従って、前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを抽出することを含む、請求項９～１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記制御部が、１又は２以上の前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットの前記設計パラメータ値及び／又は前記機能パラメータ値の数値を連続的に変化させるユーザ入力に従って、当該設計パラメータ値及び／又は機能パラメータ値で構成される前記サンプル点の位置を変化させることをさらに含む、請求項９～１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記制御部が、位置が変化する前記サンプル点の軌跡を表示することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. １又は２以上の構造体について所望の要件を満たす設計パラメータ及び／又は機能パラメータを探索する方法をコンピュータの制御部に実行させるプログラムであって、
    前記コンピュータは、前記構造体の構成に関する１又は２以上の設計変数と当該設計変数に入力する１又は２以上の設計パラメータ値とを各々が含む複数組の設計パラメータ値セットを含む設計変数ベクトルであって、前記複数組の設計パラメータ値セットの各々の前記設計パラメータ値セットは、前記設計変数が互いに共通し、前記１又は２以上の設計パラメータ値のうちの少なくとも１つの前記設計パラメータ値が互いに異なる、前記設計変数ベクトルと、前記設計変数ベクトルについて所定の解析条件に基づく解析処理を実行して取得された、前記構造体が呈する機能に関する１又は２以上の機能変数と当該機能変数に関する１又は２以上の機能パラメータ値とを各々が含む複数組の機能パラメータ値セットを含む機能変数ベクトルとを格納する記憶部を有し、各々の前記設計パラメータ値セットと各々の前記機能パラメータ値セットとについて、前記設計パラメータ値セットと、当該設計パラメータ値セットに基づいて取得された前記機能パラメータ値セットとが互いに関連付けられており、１つの前記設計変数ベクトルと、１又は２以上の前記解析条件と、前記設計変数ベクトルについて１又は２以上の前記解析条件に基づく解析処理を実行した結果、各々の前記解析条件について取得される１又は２以上の前記機能変数ベクトルとを関連付けており、
    前記方法は、
    探索対象の１又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数を前記設計変数ベクトル及び／又は前記機能変数ベクトルから選択するユーザ入力に従って、選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関連付けられた前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを前記記憶部から抽出することと、
    前記選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関する設計機能空間を生成することと、
    前記設計機能空間に、選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関連付けられた前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットで構成される１又は２以上のサンプル点をマッピングすることと、
    を含むプログラム。
18. 制御部と記憶部とを有する装置を用いて構造体を製造する方法であって、
    製造対象の構造体について所望の要件を満たす設計パラメータ値セットを特定することであって、
    前記記憶部には、前記構造体の構成に関する１又は２以上の設計変数と当該設計変数に入力する１又は２以上の設計パラメータ値とを各々が含む複数組の設計パラメータ値セットを含む設計変数ベクトルであって、前記複数組の設計パラメータ値セットの各々の前記設計パラメータ値セットは、前記設計変数が互いに共通し、前記１又は２以上の設計パラメータ値のうちの少なくとも１つの前記設計パラメータ値が互いに異なる、前記設計変数ベクトルと、前記設計変数ベクトルについて所定の解析条件に基づく解析処理を実行して取得された、前記構造体が呈する機能に関する１又は２以上の機能変数と当該機能変数に関する１又は２以上の機能パラメータ値とを各々が含む複数組の機能パラメータ値セットを含む機能変数ベクトルとが格納され、各々の前記設計パラメータ値セットと各々の前記機能パラメータ値セットとについて、前記設計パラメータ値セットと、当該設計パラメータ値セットに基づいて取得された前記機能パラメータ値セットとが互いに関連付けられており、１つの前記設計変数ベクトルと、１又は２以上の前記解析条件と、前記設計変数ベクトルについて１又は２以上の前記解析条件に基づく解析処理を実行した結果、各々の前記解析条件について取得される１又は２以上の前記機能変数ベクトルとを関連付けており、
    前記制御部が、探索対象の１又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数を前記設計変数ベクトル及び／又は前記機能変数ベクトルから選択するユーザ入力に従って、選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関連付けられた前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットを前記記憶部から抽出することと、
    前記制御部が、前記選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関する設計機能空間を生成することと、
    前記制御部が、前記設計機能空間に、選択された前記設計変数及び／又は前記機能変数に関連付けられた前記設計パラメータ値セット及び／又は前記機能パラメータ値セットで構成される１又は２以上のサンプル点、及び／又は、２以上の前記サンプル点のうちの少なくとも一部の複数の前記サンプル点によって生成される近似関数で近似される設計パラメータ値セット及び／又は機能パラメータ値セットで構成される近似領域を表示することと、
    前記制御部が、１又は２以上の前記設計変数及び／又は前記機能変数について制約条件を特定するユーザ入力に従って、前記制約条件を満たす前記設計パラメータ値セットを特定することと、
    を含む、前記特定することと、
    前記特定された前記設計パラメータ値セットに基づいて、前記製造対象の構造体に関する情報を生成することと、
    前記製造対象の構造体に関する前記情報に基づいて、当該構造体の造形を造形装置に実行させることと、
    を含む、構造体を製造する方法。
    

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