【技術士二次試験：機械設計】最適設計を用いるために検討すべきこととは？

　最適設計は決定すべき主要なパラメータ（設計変数）を選択し、安全性や有用性などを確保するために課せられる条件（制約条件）を満足する領域（許容設計領域）の中で、コスト、機能、重量などの設計の目的とするもの（目的関数）を最適化（最小化あるいは最大化）するような設計変数を決定するような設計を最適設計をいいます。

　私は機械技術者として25年以上働いており技術士一次試験にも合格しておりますが、最適設計は機能と品質の両立、及びコストダウンを行う上で重要な手法であると考えます。　

　そこでこの記事では、「最適設計」を用いるために検討すべき事項について解説します。

　この記事を参考にして「最適設計」を用いるために検討すべきことが理解できれば、技術士二次試験に合格できるはずです。

1.最適設計を用いるために検討すべき項目

　最適設計を用いるために検討すべき項目を以下に3つ挙げる。

• ①評価規範の設定
• ②最適設計問題の定式化
• ③最適化手法の選定

2.検討項目の具体的な取組内容

上記1.検討項目の具体的な取組内容を以下に述べる。

• ①評価規範の設定
  　目的関数（最適にしたいもの）、制約条件、設計変数を決定する。
• ②最適設計問題の定式化
  　設計変数から目的関数の値を導く計算モデルを作成する。
  　（例：表計算ソフト、CAE（Computer Aided Engineering）、実験、数式（関数））
• ③最適化手法の選択
  　最適化アルゴリズムを選択する。
  　〈最適化アルゴリズムの例〉
  　　・関数最適化
  　　・確率論的手法
  　　・近似最適化手法
  　　・多目的最適化手法
  　　・ニューラルネットワーク（深層学習）
  　　・品質工学的手法　など

3.取組を進める際に留意すべき事項

　上記2.の取組みを進める際の留意点を以下に述べる。

• ①評価規範の設定
  　設定した目的関数、制約条件、設計変数が、最終的な設計解の最適性に及ぼす影響は多大である。このため設計者自身の知識や経験だけに頼るのはリスクがあり、知識工学的手法等の活用に留意すべきである。
• ②最適設計問題の定式化
  　最適設計問題の定式化にあたっては、利用可能な解析や最適化のためのツール群や計算機の能力を視野に入れることに留意すべきである。
• ③最適化手法の選択
  　最適化アルゴリズムは上記のとおり多くの手法があり、目的に応じた適切な手法を選択する。

以上

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