(57)【要約】【課題】制御因子間の交互作用が大きく、また制御因子の水準の組合せによって誤差因子の要因効果傾向が変化する場合において、解析精度を犠牲にせず解析時間を大幅に短縮方法を得ること、および人の判断によらず逐次法のサイクルを継続させる方法を得る。【解決手段】内側配列に設計中央値を探索する因子（制御因子）と設計中央値を固定する因子の両方を割り付けるステップ（Ｓ２）と、逐次実験のＮ回目の実験における内側配列因子の感度（平均値）の要因効果の増加・減少傾向でこれらの因子の水準を調合し、（Ｎ＋１）回目の実験の調合ノイズとして与えるステップ（Ｓ６，Ｓ１０)とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業製品の設計装置であって、
内側配列に制御因子と中心値固定因子とを割り付ける第１の割付部と、
前記内側配列に従って実験を実施して、前記実験により得た感度から要因効果を計算する要因効果計算部と、
前記要因効果に基づいて前記制御因子と前記中心値固定因子とを調合して、調合誤差因子を作成する調合誤差因子作成部とを備え、
前記第１の割付部は、前記調合誤差因子の作成後に、前記内側配列に前記制御因子と前記中心値固定因子とを再び割り付けるように構成され、
前記設計装置は、
前記調合誤差因子を外側配列に割り付ける第２の割付部をさらに備え、
前記要因効果計算部は、前記内側配列および前記外側配列の組合せに従って実験を実施して、ＳＮ比および感度とを得るとともに、当該ＳＮ比および感度から、それぞれの要因効果を計算し、
前記設計装置は、
前記ＳＮ比の要因効果および前記感度の要因効果を参照して、繰り返し処理の当該サイクルにおけるＳＮ比および感度よりも好適な値となる、前記制御因子の最適水準組合せを決定する決定部と、
ＳＮ比および感度が目標値に達したという第１の条件、または、計算の制限時間に到達したという第２の条件が成立した場合におけるＳＮ比および感度を、最終の最適水準組合せとして取得する取得部とをさらに備える、工業製品の設計装置。
【請求項２】
前記第１および第２の条件のいずれも成立しない場合、前記調合誤差因子作成部は、前記内側配列および前記外側配列の組合せに従う前記実験により得られた感度の要因効果に基づいて前記制御因子と前記中心値固定因子を調合して、前記調合誤差因子を作成し、
前記第１の割付部は、前記決定部によって得られた前記制御因子の前記最適水準組合せの方向に、前記制御因子をずらした上で、前記制御因子を前記内側配列に割り付け、
前記第２の割付部は、前記調合誤差因子作成部によって新たに作成された前記調合誤差因子を前記外側配列に割り付ける、請求項１に記載の工業製品の設計装置。
【請求項３】
前記要因効果計算部は、前記制御因子の全水準組合せに対するＳＮ比および感度を計算し、前記制御因子の組合せの範囲内でＳＮ比および感度が最良の値となる水準組合せのセットである、パレート解を決定する、請求項１に記載の工業製品の設計装置。
【請求項４】
前記決定部は、ＳＮ比と感度との各々の重要度を予め重み付けしておき、前記パレート解から１つの水準組合せを決定する、請求項３に記載の工業製品の設計装置。
【請求項５】
前記内側配列は、２水準系の直交表である、請求項１から４のいずれか１項に記載の工業製品の設計装置。
【請求項６】
前記２水準系の直交表は、非べき乗型である、請求項５に記載の工業製品の設計装置。
【請求項７】
工業製品の設計方法であって、
内側配列だけに制御因子と中心値固定因子とを割り付けるステップと、
前記内側配列に従って実験を実施して、前記実験により得た感度から要因効果を計算するステップと、
前記要因効果に基づいて前記制御因子と前記中心値固定因子を調合して、調合誤差因子を作成するステップと、
前記内側配列に前記制御因子と前記中心値固定因子とを再び割り付けるステップと、
前記調合誤差因子を前記外側配列に割り付けるステップと、
前記内側配列および前記外側配列の組合せに従って実験を実施して得たＳＮ比と感度からそれぞれの要因効果を計算するステップと、
前記ＳＮ比の要因効果および前記感度の要因効果に基づいて、繰り返し処理の当該サイクルにおける当該サイクルのＳＮ比および感度よりも好適な値となる前記制御因子の最適水準組合せを決定するステップと、
ＳＮ比および感度が目標値に達したという第１の条件、または、計算の制限時間に到達したという第２の条件が成立した場合におけるＳＮ比および感度を、最終の最適水準組合せとして取得するステップと、
前記第１および第２の条件のいずれも成立しない場合、前記要因効果を計算するステップにおいて得られた感度の要因効果に基づいて前記制御因子と前記中心値固定因子とを調合して、調合誤差因子を作成するステップと、
前記制御因子の最適水準組合せを決定するステップにより得られた前記最適水準組合せ方向に前記制御因子の水準をずらした上で、前記制御因子を前記内側配列に割り付けるステップとを備える、工業製品の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業製品の設計装置および設計方法に関する。特に本発明は、制御因子間の交互作用が大きい機器に関する設計に用いられる安定性設計方法を実現するための設計装置および方法であって、その解析精度向上と解析工数削減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御因子間の交互作用が大きい機器（たとえば制御系、高周波回路系、あるいは光学系機器)などに関する設計を実施する場合において、主に直交表を繰り返し適用しながら最適値を求める種々の方法が提案されている。
【０００３】
これまでに提案されている方法として、たとえば特開２０００−１３２５３５号公報（特許文献１）および、内田らによる「品質工学に基づくエンジンマウント系の最適設計」（品質工学，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．６，（２００４）；非特許文献１）に挙げられる手法がある。特許文献１に開示された方法は、制御因子（設計パラメータのうち、最適水準を探索する目的で取り上げる因子）を直交表に割り付け、第Ｎサイクル目の最適水準値を第（Ｎ＋１）サイクル目の水準中央値に設定して、好適な条件を繰り返し探索する方法である。非特許文献１に開示された方法は、さらに安定性を評価するために、感度（性能、特性、効率）だけでなくＳＮ比を同時に最適化する方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１３２５３５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「品質工学に基づくエンジンマウント系の最適設計」、品質工学，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．６，（２００４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の最適値の探索方法では、以下に説明する課題がある。この課題の理解のために、まず、従来技術による設計方法を説明する。
【０００７】
一般に、関数系が不明な対象に対して、遺伝的アルゴリズム、あるいはシミュレーテッドアニーリングなどの確率的な手法を用いると工数が多くなる。したがって、水準組合せを効率的に網羅するために直交表が広く用いられている。
【０００８】
また制御因子間の交互作用が大きい場合、制御因子の水準値を大きく振って内側に配置すると、交互作用の影響で解析した要因効果が再現しない。
【０００９】
特許文献１の方法では、少ない回数の試行で最適な設計条件を得るために直交表が適用されている。また明示されていないものの、特許文献１の方法では、交互作用の影響を抑制するために、制御因子の水準幅を狭くして直交表を繰り返し適用する方法（以下、「逐次法」と呼ぶ）が用いられていると考えられる。制御因子の水準幅を狭くして、局所的には線形な関数系とみなすことにより、交互作用あるいは高次の影響が抑制される。この方法は、公知の応答局面法などでも広く用いられている。
【００１０】
現実の工業製品では、感度のみが目標値を満足するだけでは十分でなく、ばらつきの要因（シミュレーション設計の場合、多くは制御因子を含む内部パラメータの変動として与えられる。以下、内部パラメータの変動を「誤差因子」と呼ぶ）に対しても安定であることが求められる。
【００１１】
非特許文献１では、目的関数としてＳＮ比を評価するために、外側直交表に誤差因子を割り付けることで、内側Ｌ54×外側Ｌ54の直積実験を実施している。外側を調合誤差因子とせず、直交表で割り付けている理由は、制御因子の水準の組合せにより誤差因子の要因効果が変化することによって、調合誤差因子が一意に決まらないためである。したがって、非特許文献１の方法では、直交表を用いたとしても、１サイクルに約３０００回という膨大な計算が必要になる。
【００１２】
このような方法の場合、シミュレーションの計算時間によっては、現実的な設計時間でシミュレーション設計を完了できないという課題がある。一方、計算回数を減らすために１サイクルで変化させる制御因子の水準幅を大きくすることが考えられる。しかし、この場合には、非特許文献１でも報告されているように、解析精度が低下するという課題が生じる。
【００１３】
また、非特許文献１ではＳＮ比と感度とを同時に最適化するために、これらの要因効果図がサイクルごとに作成される。人間が、ＳＮ比と感度とを比較して、それらの両方が好適な値となるような水準の組合せを判断している。したがって、１サイクルごとに、人による判断のための休止時間が発生する。このため効率が悪いばかりでなく、サイクルの繰り返し作業を自動化することができない。計算時間あるいはサイクル数が大きくなった場合には、サイクルの自動化による連続計算の必要性が高くなる。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、制御因子間の交互作用が大きく、また制御因子の水準の組合せによって誤差因子の要因効果の傾向が変化する場合において、解析精度を犠牲にせず解析時間を大幅に短縮方法を得ること、および人の判断によらず逐次法のサイクルを継続させる方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
ある局面において、本発明は、工業製品の設計装置であって、内側配列に制御因子と中心値固定因子とを割り付ける第１の割付部と、内側配列に従って実験を実施して、実験により得た感度から要因効果を計算する要因効果計算部と、要因効果に基づいて制御因子と中心値固定因子とを調合して、調合誤差因子を作成する調合誤差因子作成部とを備える。第１の割付部は、調合誤差因子の作成後に、内側配列に制御因子と中心値固定因子とを再び割り付けるように構成される。設計装置は、調合誤差因子を外側配列に割り付ける第２の割付部をさらに備える。要因効果計算部は、内側配列および外側配列の組合せに従って実験を実施して、ＳＮ比および感度とを得るとともに、当該ＳＮ比および感度から、それぞれの要因効果を計算する。設計装置は、ＳＮ比の要因効果および感度の要因効果を参照して、繰り返し処理の当該サイクルにおけるＳＮ比および感度よりも好適な値となる、制御因子の最適水準組合せを決定する決定部と、ＳＮ比および感度が目標値に達したという第１の条件、または、計算の制限時間に到達したという第２の条件が成立した場合におけるＳＮ比および感度を、最終の最適水準組合せとして取得する取得部とをさらに備える。
【００１６】
他の局面において、本発明は、工業製品の設計方法であって、内側配列だけに制御因子と中心値固定因子とを割り付けるステップと、内側配列に従って実験を実施して、実験により得た感度から要因効果を計算するステップと、要因効果に基づいて制御因子と中心値固定因子を調合して、調合誤差因子を作成するステップと、内側配列に制御因子と中心値固定因子とを再び割り付けるステップと、調合誤差因子を外側配列に割り付けるステップと、内側配列および外側配列の組合せに従って実験を実施して得たＳＮ比と感度からそれぞれの要因効果を計算するステップと、ＳＮ比の要因効果および感度の要因効果に基づいて、繰り返し処理の当該サイクルにおける当該サイクルのＳＮ比および感度よりも好適な値となる制御因子の最適水準組合せを決定するステップと、ＳＮ比および感度が目標値に達したという第１の条件、または、計算の制限時間に到達したという第２の条件が成立した場合におけるＳＮ比および感度を、最終の最適水準組合せとして取得するステップと、第１および第２の条件のいずれも成立しない場合、要因効果を計算するステップにおいて得られた感度の要因効果に基づいて制御因子と中心値固定因子とを調合して、調合誤差因子を作成するステップと、制御因子の最適水準組合せを決定するステップにより得られた最適水準組合せ方向に制御因子の水準をずらした上で、制御因子を内側配列に割り付けるステップとを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、制御因子間の交互作用が大きくまた制御因子の水準の組合せによって誤差因子の要因効果傾向が変化する場合において、解析精度を犠牲にせず解析時間を大幅に短縮方法を得ること、および人の判断によらず逐次法のサイクルを継続させる方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る安定性設計方法を適用した手順の構成例を示すフローチャートである。
【図２】Ｌ３２直交表の例を示した図である。
【図３】Ｌ２０直交表の例を示した図である。
【図４】内側配置をＬ２０直交表とした場合における、感度の計算結果例を示す図である。
【図５】図４で示された計算結果に対する要因効果図である。
【図６】サイクル１における感度とＳＮ比の実験結果の一例を表形式で示す図である。
【図７】感度の要因効果図である。
【図８】ＳＮ比の要因効果図である。
【図９】全水準組合せに対する感度とＳＮ比とを計算した結果を２次元グラフの形式で示した図である。
【図１０】非特許文献１に係る方法（１サイクルの工数３６０）と、本発明の実施の形態に係る方法（１サイクルの工数４０）との比較を示す図である。
【図１１】非特許文献１に係る方法と、本発明の実施の形態に係る方法とで、制御因子の水準幅の変化量を同一として、予め制約された実験時間（２１）内でのＳＮ比の向上を比較した図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る設計装置の概略的構成を示したブロック図である。
【図１３】図１２に示した設計装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態に係る安定性設計方法を適用した手順の構成例を示すフローチャートである。図１を参照して、この手順では、安定性の尺度であるＳＮ比と、性能、特性および効率等の尺度である感度とがともに好適な値となるように、実験計画を逐次組み替えて繰り返し処理する。この繰り返しの巡回の1回を、サイクルと呼ぶ。さらに、Ｎ回目のサイクルをサイクルＮと呼ぶ。
【００２１】
（ステップＳ２）
まず、最初のサイクルに入る前の準備作業（サイクル０と呼ぶ）として、設計パラメータの内、最適な水準を探索したい因子（「制御因子」と呼ぶ）と、すでに設計中央値を決定しており設計中央値の水準を変化させない因子（中央値固定因子と呼ぶ、図１では「固定因子」と省記する）とに分類する。次に、以下の設計に取り上げる因子を選択して、水準を決定する。
【００２２】
中央値固定因子は、中央値を変化させないものの、ばらつきを考慮する因子である。制御因子および中央値固定因子ともに、運用（製造段階あるいは使用段階）でばらつきうる値を参考に、水準値を決める。
【００２３】
ここでは仮に、７つの制御因子と、１２の中央値固定因子とが選択されるとともに、それぞれ、中央水準値の±１％の水準が与えられたものとする。
【００２４】
サイクル０では、これらの因子（合計７＋１２＝１９因子）が内側配列に割り付けられる。この時、内側配列に直交表を用いることで実験数を削減できるという効果が得られる。
【００２５】
例えば、３水準の直交表では、１９因子はＬ８１直交表（実験数８１）で計画される。また、２水準の直交表では、１９因子はＬ２０直交表（実験数２０）あるいはＬ３２直交表（実験数１６）で計画される。
【００２６】
１９因子２水準を要因配置した場合、２の１９乗＝５２万通り以上の実験が必要である。しかしながらステップ０およびステップ１以降の実験において、２水準の直交表を用いることで、実験数を２０あるいは３２へと大幅に削減できる。図２はＬ３２直交表の例を示した図である。図３は、Ｌ２０直交表の例を示した図である。
【００２７】
また、２水準系の直交表を用いる場合は、行数が２のべき乗（４，８，１６，３２など）である直交表よりも、行数が非べき乗（１２，２０，２４，２８など）である直交表を用いることがより好ましい。べき乗系の直交表では、割り付けた因子間の交互作用が特定の列Ｘに集中して現れることにより、列Ｘに割り付けた主効果と交絡してしまい、列Ｘに割り付けた主効果が正確に見積もれなくなるためである。非べき乗型の直交表では、因子間の交互作用がいくつかの列に分配されて現れるので、この問題を回避できる。非べき乗型直交表は、たとえば公知のペイリーの方法を用いることで簡単に作成できる。
【００２８】
（ステップＳ４）
ステップＳ２での内側配置で指示された因子の水準組合せに従って、各設計条件（内側配置の各行で指示された水準組合せ）の実験（コンピュータシミュレーションにより解析計算）を実施する。行数がＫの場合、感度の値をＫ個得ることになる。なお、サイクル０では外側配置は存在しないため、ＳＮ比は計算されない。
【００２９】
図４は、内側配置をＬ２０直交表とした場合における、感度の計算結果例を示す図である。図４では、たとえば第１行における設計条件（すべて水準１の組合せ）に対して、目標となる特性値の感度が１．６１と得られたことを示している。
【００３０】
（ステップＳ６）
内側配列に割り付けられた制御因子と中央値固定因子の各水準の感度の平均値を求め、要因効果を算出する。この際、公知の要因効果図を用いることが好ましい。これにより、要因効果の傾向を分かりやすくすることができる。
【００３１】
要因効果図より、各因子において感度が大きくなるほうの水準と、感度が小さくなるほうの水準とをそれぞれ組み合わせて、２水準の組合せ誤差因子（調合誤差因子と呼ぶ）を作成する。
【００３２】
図５は、図４で示された計算結果に対する要因効果図である。図５を参照して、たとえば、第１列の因子については、第１水準（左側）のほうは、感度が小さいので、調合誤差因子の水準がＮ２となり、第２水準（右側）のほうは、感度が大きいので、調合誤差因子の水準がＮ１となる。
【００３３】
内側配列の各因子の水準１、水準２が、調合誤差因子の水準Ｎ１、水準Ｎ２のいずれになるかは、因子によって異なるとともに、後で述べるサイクルによっても毎回変わりうる。以上により、サイクル０における調合誤差因子の水準が決定される。
【００３４】
（ステップＳ８）
ステップＳ２と同様に、内側配列に制御因子と固定因子とを割り付ける。注意すべき点は、ステップＳ２で既に割り付けた因子とは同様になるが、水準値は次のステップＳ１０で指示される調合誤差因子の水準によって変化するということである。
【００３５】
（ステップＳ１０）
これよりサイクル１に入る。最新の調合誤差因子（ステップ１の場合、ステップ０で求めた調合誤差因子）を、外側配列に割り付ける。したがって実験の試行数は、内側直交表の行数Ｋ×調合誤差因子の水準数２＝２Ｋである。
【００３６】
非特許文献１などに見られるように、従来は誤差因子を外側直交表に割り付けていた。この例においては、外側はＬ２０直交表になる。従来は制御因子のみが内側配列に割り付けられるため、７つの制御因子を一般的な３水準で割り付けた場合、Ｌ１８直交表が必要になる。従って、この例における実験の試行数は、内側１８×外側２０＝３６０ケースになる。一方、本発明の実施の形態における実験の試行数は、内側２０×外側２＝４０ケースとなり、試行数は従来の１／９でよい。
【００３７】
本発明の実施の形態における調合誤差因子は、制御因子および中央値固定因子の微小変化における線形近似可能な領域における調合結果である。このため、外側配置を直交表にすることなく、少ない水準数で誤差因子の要因効果を再現させることができる。
【００３８】
（ステップＳ１２）
内側配列および外側配列の組合せに従って実験を行う。この時、内側配列に割り付けた制御因子の実際の水準は、制御因子の各水準中央値に調合誤差因子の変動を与えたものになる。
【００３９】
一方、内側配列に割り付けた中央値固定因子の実際の水準は、ステップＳ２と同様の値でよい。これは、制御因子は各サイクルで順次水準中央値が変化していくのに対して、中央値固定因子は水準中央値を変化させないためである。
【００４０】
たとえば、ある制御因子ＡのステップＳ２での水準値が、水準１＝９９、水準２＝１０１であったとする（中央値１００に対して±１％の変動を与える）。感度の要因効果を計算した結果、水準１が調合誤差因子Ｎ２、水準２が調合誤差因子Ｎ１になったとする。すなわち、ステップＳ２における制御因子Ａに対して、調合誤差因子の水準Ｎ１が指示された場合は、制御因子Ａの水準値より１％（または１単位）増加させて実験を行なう。つまり、水準１は１００、水準２は１０２という値で計算する。
【００４１】
逆に調合誤差因子の水準Ｎ２が指示された場合は、制御因子の水準値より１％（または１単位）減少させて実験を行う。つまり、水準１は９８、水準２は１００という値で計算する。
【００４２】
このような水準の操作をほかの制御因子についても同様に行ない、内側配置の各行の設計条件に対して、外側配置の２つの調合誤差因子条件の結果を得ることができる。
【００４３】
図６は、サイクル１における感度とＳＮ比の実験結果の一例を表形式で示す図である。図６に示すように、サイクル１以降では外側配置が存在する。このため、感度とともに、当該設計条件の安定性を示す公知のＳＮ比を求めることができる。
【００４４】
（ステップＳ１４）
次に、図６に示す結果に基づいて、感度およびＳＮ比の要因効果を求める。図７は、感度の要因効果図である。図８は、ＳＮ比の要因効果図である。図７および図８を参照して、矢印は感度あるいはＳＮ比が大きくなる水準の方向を示す。今、感度もＳＮ比も値が大きい方が好適であるとすると、各要因効果図において、感度とＳＮ比とが大きくなる方向に水準をずらして、より好適な水準を探索すればよいことになる。
【００４５】
ここで、次のサイクルの制御因子水準条件を決定する際に、感度とＳＮ比の要因効果が一致しない場合、すなわち図７および図８における、第１列、第３列および第４列の因子のような場合、感度とＳＮ比とで、より好適となる水準方向が異なっている。
【００４６】
非特許文献１では、このような場合、サイクルごとに、人が複数の要因効果図を見比べて、主観的に次のサイクルの水準を決定している。このような方法では、サイクルごとに計算システムを停止させ、人が介在する必要がある。これでは効率が悪く設計期間が長期化するばかりでなく、サイクルの繰り返し作業を自動化することができない。計算時間あるいはサイクル数が大きくなった場合、サイクル自動化による連続計算は必須である。
【００４７】
そこで、本発明の実施の形態では、制御因子（内側直交表の第１列〜第７列）の全水準組合せ（２の７乗＝１２８通り）について、要因効果から感度とＳＮ比との推定値を求め、これらよりパレート解を得る。
【００４８】
図９は、全水準組合せに対する感度とＳＮ比とを計算した結果を２次元グラフの形式で示した図である。なお、このグラフをＰＲマップと呼ぶ。ＰはＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅを意味し、Ｒは、Ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓを意味する。図９を参照して、垂直の破線と水平の破線との交点は、今回のサイクルの制御因子水準条件における平均値を示す。ＰＲマップにおいて、この交点の位置よりも右上の方向が、感度、ＳＮ比ともに好適となる条件である。
【００４９】
交点の位置よりも右上の領域のうち、楕円の破線で囲んだ部分の水準条件（１）は、この実験結果内では感度とＳＮ比をこれ以上同時に大きくできない条件の組である。これをパレート解という。
【００５０】
パレート解を計算し、その中で最適な１つの水準組合せ（サイクル内最適条件と呼ぶ。ＰＲマップ上では１つの点で表されている）を得る。１つの水準組合せを選択する方法としては、感度とＳＮ比とで重要度が同程度であれば、パレート解の中央付近の条件（２）を選択する方法を採用することができる。感度とＳＮ比とで重要度が異なる場合は、それぞれに重みを与えて１つの水準組合せを選択する方法を採用することができる。たとえば、感度のほうがＳＮ比よりも重要な場合には、パレート解のうち、感度の上昇を優先するようなサイクル内最適条件（３）を選択する。
【００５１】
以上のアルゴリズムを解析計算のプロセスに入れることで、サイクルごとの人の判断を必要とすることなく、サイクルを逐次連続させることができる。
【００５２】
（ステップＳ１６，Ｓ２２）
前記のサイクル内最適条件が、当初目標とした感度、ＳＮ比に達していれば、サイクルの繰り返しを終了して、そのサイクル内最適条件を得て終了する（第１終了条件）。また、計算に使用できる時間に制限がある場合、制限時間に到達した場合に、サイクルの繰り返しを終了して、そのサイクル内最適条件を得て終了する（第２終了条件）。なお、第１終了条件の場合において、時間的制約が許す場合、さらに好適な条件を求めるためサイクルの繰り返しを継続してもよいことは言うまでもない。
【００５３】
ある設計作業において、より好適な設計条件が得られやすいか、また解析の精度が高いかは、サイクルの繰り返し回数あるいは、制御因子等の水準幅を小さくとれるかどうかで決まる。したがって第２終了条件の場合のように時間が制約されている場合は、本発明の実施の形態のように、１サイクルの計算工数が大幅に少なくなる方法のほうが有利であることは明白である。
【００５４】
（ステップＳ１８）
ステップＳ１６で終了条件とならなかった場合、すなわち、サイクル内最適条件が、当初目標とした感度、ＳＮ比に達していない場合、あるいは、計算時間が制限時間に達していない場合には、サイクルの繰り返しを継続する。ステップＳ１８では、サイクル１で得られた内側配置因子（制御因子と中央値固定因子）の感度の要因効果から、ステップＳ６と同様に調合誤差因子を作成する。
【００５５】
サイクル１では内側配置の水準はサイクル０と同じなので調合誤差因子の条件に変更はない。しかし、サイクル２以降では制御因子の水準が前サイクルと異なるために、調合誤差因子の条件は変化する。
【００５６】
（ステップＳ２０）
次にサイクル２の制御因子水準を決定する。サイクル１での制御因子の水準に対して、得られたサイクル内最適条件の水準方向に水準をずらして設定する。たとえば、第２列の制御因子の場合、サイクル１の水準２が好適である。このため、サイクル１の水準２の値を、サイクル２の水準１の値とし、サイクル２の水準２の値は、さらに外挿した値とする。
【００５７】
具体的に例示すれば、サイクル１で水準１＝４９、水準２＝５１であり、水準２のほうが好適であった場合には、サイクル２では水準１＝５１、水準２＝５３と設定する。なお、水準をずらす量の一例を示したが、水準をずらす量は、実際に設計可能な水準範囲、あるいはサイクルの繰り返し許容回数などを考慮して決めることができる。
【００５８】
中央値固定因子については水準は変化させない。これで、次のステップの内側配列および外側配列が決定されたので、ステップＳ１０に戻って、次のサイクル計算を逐次繰り返していく。
【００５９】
本発明の実施の形態によれば、制御因子間の交互作用が大きくまた制御因子の水準の組合せによって誤差因子の要因効果傾向が変化する場合において、解析精度を犠牲にせず解析時間を大幅に短縮方法を得ること、および人の判断によらず逐次法のサイクルを継続させる方法を得ることができる。
【００６０】
割り付ける制御因子および中央値固定因子の水準の振り幅（水準幅）は、これらの因子間の交互作用を抑えるために、小さくしておくことは従来方法でも用いられている。これは、交互作用の大きい複雑な応答局面においても、水準幅を小さくとった局所範囲では要因効果がほぼ線形に近似でき、これらの因子間の交互作用を最小限に抑えることができるためである。この水準幅を小さく取るほど、局所範囲での線形性が高くなり、解析の精度が向上するが、計算ステップ数も増加する。
【００６１】
これに対して、本発明の実施の形態では、外側配置を再現性の高い調合誤差因子とすることで、解析精度を落とすことなく大幅に計算工数を減らすことができる。これにより、一定実験時間における計算サイクル数を多く取ったり、制御因子の水準幅を小さくとることができ、その結果、解析の精度を向上させることができる。
【００６２】
図１０は、非特許文献１に係る方法（１サイクルの工数３６０）と、本発明の実施の形態に係る方法（１サイクルの工数４０）との比較を示す図である。なお、非特許文献１に係る方法と本発明の実施の形態に係る方法とが、同じ計算時間で終了できるように、非特許文献１の方法における制御因子の水準幅の変化量を、本発明の実施の形態に係る方法の９倍とした。図１０を参照して、非特許文献１の方法によれば、サイクルごとのＳＮ比のデータ（１１）は、サイクルを経ても向上することがなかった。これは制御因子の水準幅を広げすぎたために制御因子間の交互作用が生じ、それが解析結果に大きく影響したためである。一方、本発明の実施の形態に係る方法によれば、サイクルごとのＳＮ比のデータ（１２）は、２０サイクルまでに、目標とするＳＮ比の値（１３）を超えることができた。
【００６３】
図１０の結果は、次のようにも理解することができる。すなわち、本発明の実施の形態に係る方法によれば、解析精度が一定のもとでは、非特許文献１に係る方法と比べて実験時間を大幅に短縮することができる。したがって従来は、現実的な設計期間で実験できなかった解析を、本発明の実施の形態によれば現実的な設計期間で行なうことができる。
【００６４】
図１１は、非特許文献１に係る方法と、本発明の実施の形態に係る方法とで、制御因子の水準幅の変化量を同一として、予め制約された実験時間（２１）内でのＳＮ比の向上を比較した図である。図１１を参照して、非特許文献１の方法によるサイクルごとのＳＮ比のデータ（２２）は、サイクルを経るごとにＳＮ比が向上するものの、計算工数が大きいために制約された実験時間（２１）内では目標とするＳＮ比の値（１３）に到達できなかった。一方、本発明の実施の形態に係る方法によれば、サイクルごとのＳＮ比のデータ（１２）は、制約された実験時間（２１）の半分以下の時間で、目標とするＳＮ比の値（１３）を超えることができた。
【００６５】
図１２は、本発明の実施の形態に係る設計装置の概略的構成を示したブロック図である。図１２を参照して、設計装置５０は、コンピュータシステムによって実現可能である。設計装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）５１と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）などの主記憶装置５２と、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）などの補助記憶装置５３と、キーボードやマウスなどの入力装置５４と、モニタやプリンタなどの出力装置５５と、外部の機器と情報の授受を行なう通信装置５６とを備える。
【００６６】
補助記憶装置５３は、上記の設計方法をコンピュータシステムに実行させるためのプログラムを格納する。ＣＰＵ５１が補助記憶装置５３から当該プログラムを読み出し、主記憶装置５２にプログラムをロードする。そしてＣＰＵ５１が主記憶装置５２にロードされたプログラムを実行することによって、本発明の実施の形態に係る設計方法が実行される。
【００６７】
本発明の実施の形態に係る設計方法をコンピュータシステムに実行させるためのプログラムを提供するための手段は特に限定されるものではない。たとえばＣＰＵ５１がＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記録されたプログラムを読み出して、そのプログラムを補助記憶装置５３に格納してもよい。また、ＣＰＵ５１が通信回線を通じて提供されたプログラムを、通信装置５６を介して受信し、その受信したプログラムを補助記憶装置５３に格納してもよい。
【００６８】
また、プログラムが記録された記録媒体は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体であればよく、ＣＤ−ＲＯＭに限定されるものではない。
【００６９】
図１３は、図１２に示した設計装置の機能ブロック図である。図１３を参照して、設計装置５０は、記憶部６０と、データ入力部６１と、第１の割付部６２と、要因効果計算部６３と、調合誤差因子作成部６４と、第２の割付部６５と、決定部６６と、取得部６７と、出力部６８とを備える。
【００７０】
記憶部６０は、本発明の実施の形態に係る設計方法に必要な情報、プログラム等を記憶する。データ入力部６１は、設計方法に必要な情報を装置の外部から受付ける。データ入力部６１にデータを入力するための方法および手段は特に限定されるものではない。また、記憶部６０は、第１の割付部６２、要因効果計算部６３等の各ブロックの処理結果を記憶してもよい。あるいは、第１の割付部６２、要因効果計算部６３等の各ブロックは、処理を実行する際に、記憶部６０に記憶されている情報を読出してもよい。
【００７１】
第１の割付部６２は、内側配列に制御因子と中心値固定因子とを割り付ける。すなわち、第１の割付部６２は、ステップＳ２の処理を実行する。また、第１の割付部６２は、ステップＳ８，Ｓ２０の処理も実行する。
【００７２】
要因効果計算部６３は、第１の割付部６２により生成された内側配列に従って実験を実施して、実験により得た感度から要因効果を計算する。すなわち要因効果計算部６３は、ステップＳ４の処理を実行する。さらに、要因効果計算部６３は、ステップＳ１２の処理を実行する。
【００７３】
調合誤差因子作成部６４は、要因効果計算部６３によって計算された要因効果に基づいて、制御因子と中心値固定因子とを調合して、調合誤差因子を作成する。すなわち要因効果計算部６３は、ステップＳ６の処理を実行する。調合誤差因子作成部６４が調合誤差因子を作成した（ステップＳ６）後、第１の割付部６２は、内側配列に制御因子と中心値固定因子とを再び割り付ける（ステップＳ８）。また、調合誤差因子作成部６４は、ステップＳ１８の処理を実行する。
【００７４】
第２の割付部６５は、調合誤差因子作成部６４により作成された調合誤差因子を外側配列に割り付ける。すなわち第２の割付部６５は、ステップＳ１０の処理を実行する。要因効果計算部６３は、内側配列および外側配列の組合せに従って実験を実施して、ＳＮ比および感度とを得るとともに、当該ＳＮ比および感度から、それぞれの要因効果を計算する（ステップＳ１２）。
【００７５】
決定部６６は、ＳＮ比の要因効果および感度の要因効果を参照して、当該サイクルのＳＮ比および感度よりも好適な値となる、制御因子の最適水準組合せを決定する。すなわち決定部６６は、ステップＳ１４の処理を実行する。
【００７６】
取得部６７は、終了条件、すなわち、ＳＮ比および感度が目標値に達したという第１の条件、または、計算の制限時間に到達したという第２の条件が成立したかどうかを判定する。第１の条件または第２の条件が成立した場合、取得部６７は、そのときのＳＮ比および感度を、最終の最適水準組合せとして取得する。すなわち、取得部６７は、ステップＳ１６およびステップＳ２２の処理を実行する。出力部６８は、たとえば、取得部６７が取得した最終の最適水準組合せを示す結果を、装置の外部に出力する。
【００７７】
一方、取得部６７は、第１の条件および第２の条件のいずれも成立しない場合には、最終の最適水準組合せを取得しない。この場合、調合誤差因子作成部６４は、内側配列および外側配列の組合せに従う実験により得られた感度の要因効果に基づいて制御因子と中心値固定因子を調合して、調合誤差因子を作成する。すなわち調合誤差因子作成部６４は、ステップＳ１８の処理を実行する。
【００７８】
また、ステップＳ１８の処理が実行される場合には、第１の割付部６２は、決定部６６によって得られた制御因子の最適水準組合せの方向に制御因子をずらした上で、制御因子を内側配列に割り付ける。すなわち第１の割付部６２は、ステップＳ２０の処理を実行する。第１の割付部６２によって制御因子が内側配列に割り付けられると、第２の割付部６５は、ステップＳ１０の処理を実行する。すなわち、第２の割付部６５は、調合誤差因子を外側配列に割り付ける。
【００７９】
なお、図１３は、本発明の実施の形態に係る設計装置の１つの構成を示したものである。図１３に示される構成に限定されず、たとえば、複数のブロックを統合した構成を採用してもよい。あるいは、１つのブロックを複数のブロックに分割した構成を採用してもよい。また、各ブロックは、ソフトウェア、ハードウェアまたはソフトウェアとハードウェアとの組合せによって実現可能である。
【００８０】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、サイクルごとに発生するサイクル内最適条件の選定作業を人が行なうことなく、自動で行なうことによって、サイクルを逐次自動で連続させることができる。これによって設計期間を短縮することができ、人による作業を省力化させることができる。さらに、本発明の実施の形態に係る方法によれば、解析精度を落とすことなく大幅に計算工数を減らすことができるため、たとえば設計装置の消費エネルギーを削減することもできる。
【００８１】
以上、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、たとえば制御因子間の交互作用が大きい機器に関する設計を実施する場合に用いることができる。本発明が適用可能な技術的な分野として、以下の分野が例示される。
＜一般的にロバスト設計が適用可能な製品設計＞
・タービン発電機・水車発電機・交流発電機の電磁設計、熱設計、振動設計
・ギャードモートルの電磁設計、ギア構造設計
・高圧開閉装置、低圧開閉装置の電磁駆動系設計
・発電システム・電力系統システム・公共システム・工業システム・原子力システムの制御系設計
・シーケンサ・インバータ・クレーン電機品・計装/制御用コントローラ・クラッチ及び応用品・サーボ制御機器の制御設計、回路設計
・パワーエレクトロニクス製品の制御設計、回路設計
・車両用電機品・車両冷暖房装置の制御設計、回路設計
・エレベータ・エスカレータの制御設計、回路設計
・放電加工機・レーザ加工機の制御設計、機構設計、振動設計
・ＮＣ・ロボット及びビジョンセンターの制御設計
・カーメカトロ製品・カーオーディオ・燃料ポンプ・カーエアコン・車載情報機器・自動車用電装品の制御設計、回路設計
・圧縮機の熱設計、振動設計
・電気温水器の熱回路設計、電気、回路設計、制御設計
・ルームエアコン・パッケージエアコン・チリングエアコン・熱交換機・空調関連システム・クリーンヒータ、衣類乾燥機の熱設計、空力設計、電気、回路設計、制御設計
・送風機、扇風機、換気扇、ロスナイの空力設計、電気、回路設計、制御設計
・石油ファンヒータ、電機暖房機の熱設計、電気、回路設計、制御設計
・冷蔵庫の熱設計、電気、回路設計、制御設計
・洗濯機の機構設計、振動設計、回路設計、制御設計
・照明機器、ランプの光学設計、回路設計、制御設計
・スピーカ、ディスクオーディオ、テープオーディオの音響設計、回路設計、制御設計
・カラーテレビ、プロジェクションテレビ、ＴＶ管、大画面表示装置、ＶＴＲ、ＶＣＰ、映像情報システム（ＣＡＴＶ等）の画像設計、回路設計、制御設計
・ミサイル、電波機器、航空機用電装品の回路設計、制御設計
・宇宙機器、衛星通信装置の回路設計、制御設計、光学設計
・有線伝送装置・交換装置・画像伝送機器・パーソナル情報通信機器・光電子装置の回路設計、制御設計
・レーダ装置、単一通信機、多重通信機、アンテナ、導波管、ＰＣＭ録再機の回路設計、制御設計
・大/中形計算機・ミニコン・オフコン・パソコン・クライアントサーバの回路設計、制御設計、熱設計
・医用放射線装置・画像情報機器・超音波応用機器等の回路設計
・ＡＳＩＣ・パワーデバイス・メモリ・高周波光素子・マイコン・プリント基板・記憶媒体の生産プロセス設計、材料設計、回路設計
・ディスプレイモニタ、オーロラ管、ＴＦＴ液晶ディスプレイの画像設計、回路設計、制御設計
・燃料電池・太陽光発電の生産プロセス設計、材料設計
・自動生産機器・組立自動機器・生産設備・加工設備・高密度実装機器の機構設計、制御設計
＜その他＞
・カメラ・光学機器の光学設計
・医薬品・化学薬品・化粧品などの材料調合設計
・介助用ロボットの機構設計、回路設計、制御設計
【符号の説明】
【００８３】
１  パレート解、２，３  サイクル内条件、１１  サイクルごとのＳＮ比データ（特許文献１の方法）、１２  サイクルごとのＳＮ比データ（本発明の実施の形態の方法）、１３  目標のＳＮ比、２１  制約された実験時間、２２  サイクルごとのＳＮ比データ（非特許文献１の方法）、２３  サイクルごとのＳＮ比データ（本発明の実施の形態の方法）、５０  設計装置、５２  主記憶装置、５３  補助記憶装置、５４  入力装置、５５  出力装置、５６  通信装置、６０  記憶部、６１  データ入力部、６２  第１の割付部、６３  要因効果計算部、６４  調合誤差因子作成部、６５  第２の割付部、６６  決定部、６７  取得部、６８  出力部。
【図１】
2014174594.tif 000003
【図２】
2014174594.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2014174594.tif 000008
【図７】
2014174594.tif 000009
【図８】
2014174594.tif 000010
【図９】
2014174594.tif 000011
【図１０】
2014174594.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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