設計工学・システム部門（以下，本部門）は，設計工学とシステム工学が統合・融合された分野横断的色彩が強い部門組織である．本部門が対象とする分野及び領域は，設計学・設計方法論・設計知，最適設計，製品開発・情報管理，設計組織，サービス工学，システム工学，ヒューマンインタフェース，感性工学，人工物工学など，極めて広範囲にわたっている．とくに，人が幸せな気持ちになるのを支援する技術，感性や感動など価値を飛躍的に向上させるDelight設計，魅力価値設計技術は，豊かで質の高い生活を支える生活基盤技術であり，システムエンジニアリング技術，デジタルエンジニアリング技術とともに，本格的な設計工学・システム技術として産業分野への展開が期待されている．
2017年度における本部門の活動については，まず年次大会において，部門単独セッションとして「ヒューマンインタフェース」，他部門との合同セッションとして「解析・設計の高度化・最適化」，「システムズエンジニアリング」，「感性設計と脳計測」，「交通機関の安全安心シミュレーション」，「交通・物流機械の自動運転」のオーガナイズドセッション6件，基調講演1件，先端技術フォーラム3件，ワークショップ1件を実施し，活発な議論，意見交換がなされた．第27回設計工学・システム部門講演会は，山口県下関市の海峡メッセにて9月13日から15日にかけて開催された．発表件数123件，参加者数179名で，オーガナイズドセッション・一般セッション16件さらに，D&Sコンテストが企画実施された．加えて，特別講演4件，ワークショップ3件が実施され，このうち特別講演3件とワークショップ2件は，市民公開講座として，一般開放した．このうち，ワークショップ1「下関，公園と建築のタイムアクシスデザインを考える」や特別講演4「海響館これまで，そして今後」など地域と密着した講演やイベントも多く，盛大な講演会であった．
国際的な事業として，2010年からマレーシアで隔年開催されてきた経緯を持つiDECON2017は，日本とマレーシアの学術交流の場となるユニークな国際会議である．第6回目となる本会議は，日本機械学会生産システム部門と設計工学・システム部門の主催で2017年9月7日から8日にかけて大阪難波にある大阪府立大学I-siteなんばにおいて開催された．会議は，講演会場3部屋を使ってのパラレルセッションで51件の発表，2件の基調講演からなるプログラムであった．また，日中韓の国際会議であるThe Asian Conference on Design and Digital Engineering（ACDDE2017）が本部門の共催で，8月24日から27日にかけて中国の張家界にて開催された．主として日本，中国，韓国より設計工学とデジタルエンジニアリングの分野の研究者が集まった．さらに，日韓のワークショップである国際会議Asia Design Engineering Workshop（ADEWS2017）が本部門共催で，12月11日から12日にかけて韓国Seoul National Universityで開催された．本会議は，2000年よりDesign（Digital）Engineering Workshop（DEWS）の名称で日本と韓国の持ち回りで開催され，2014年からThe Design Society Asia Chapterの公式な行事として開催されることになり，参加者の広がりを見せている．
高度メディア社会，超高齢社会という急激な社会構造の変革の中で，第4次産業革命「インダストリー4.0」等の技術革新など，世界に先駆けて新たな価値を創造し，イノベーションを生み出すシステムづくりは，本部門の得意とする重要な分野であり，研究会，講演会の開催等，活発な事業活動を展開していることから，本部門の存在価値がますます高まっている．
ものづくりにおける最適化・最適設計の研究を眺めると，トポロジー最適化に代表されるような形態・形状創成設計を対象とする研究，成形技術開発などの生産技術を対象とする研究，そして最適化手法に焦点を当てた研究に大別できる．トポロジー最適化では，複数材料の利用を想定した剛性最大化に関する研究[1]や，トポロジー最適化を用いて狭あい流路を設計した研究[2]など，シミュレーションを中心とした応用研究が進んでいる．また，トポロジー最適化で得られた最適構造形態の妥当性を金属3Dプリンタで試作・検証した研究[3]や複雑形状部品の荒加工工程の形状決定に応用した研究[4]など，シミュレーションに加え検証実験を伴った研究事例が増えつつあり，トポロジー最適化の有用性が実証されていくと考えられる．生産技術分野では，機械学習と最適化を融合した技術を薄板成形やプラスチック射出成形へ応用した研究[5, 6]や，タービン発電機のコイルエンドの材料同定に応用した研究[7]，発電プラントにおける起動時間短縮と寿命消費低減するような起動曲線を自動生成する研究[8]など，実際の生産・製造の課題に対する解決策の一つとして最適設計法が使われており，その活用分野が広がりつつある．最適化手法の研究について眺めると，進化的計算と称される多点同時探索型手法の開発は継続的に行われているようであるが，勾配法を用いた手法が再び注目されるようになっており，加速勾配法を弾塑性解析に応用した研究[9]や，交互方向乗数法（Alternation direction method of multipliers: ADMM）をトラス構造の位相最適化に適用した研究[10]が挙げられる．ADMMを少し工夫するだけで，これまで求解困難であった混合整数計画問題に対し，極めて効率的かつ高精度で最適解を求めることができる点は大いに注目できよう．また，産業界からの協力を得て，応答曲面を用いた最適設計のベンチマーク問題が提案されている[11]．このベンチマークでは，単一目的や多目的最適化，変数の種類（連続/離散/混合），応答曲面の方法（KrigingやRadial Basis Function）など，様々な側面からアプローチができるようであり，興味のある読者はこのベンチマークに取り組んでもらいたい．
サービス工学は，工学的視点から製品機能と人的行為を同等・複合的に設計対象として価値を創造することを目的としたもので，設計方法論や分析などの研究が進められている．経営やマーケティング，設計，情報処理など分野を広く扱う研究のため，研究領域の俯瞰と注力すべきテーマの指針を示すべく，体系的な整理が継続的に行われている．
2017年度の設計工学・システム部門講演会（D&S2017）では，サービス工学・知識工学に関して，アナリシスに関するアプローチ，シンセシスに関するアプローチ，タイムアクシスデザイン／デザイン科学，および情報・知能・システムデザインのセッションが組まれた．これらのセッションでの研究発表から，新たな研究の潮流とテーマが明瞭になってきた．すなわち，コンテキストに着目した文脈価値，価値の経年変化に着目したタイムアクシスデザイン，IoT（Internet of Things）・AI（Artificial Intelligence）の台頭に伴う機械×情報のシステムデザインである．これらの名称は，学術用語・分野を表すまで成熟したものではないが，本稿では，それぞれ文脈価値デザイン，タイムアクシスデザイン，情報・知能・システムデザインと呼称し，その背景と主要な論点について述べる．
顧客に販売する商品そのものの価値（交換価値）から，顧客が使用することで初めて得られる価値（使用価値，経験価値）に着目したデザイン理論・方法論の開発の取り組みが進んできた．近年，特に提供者と受給者（顧客，ユーザー）の双方が協働し，その相互作用によって価値を共創していくフレームワークに関心を集めている．共創を進めるには，提供者と受給者など関わるステークホルダーが適切な知識，スキルを持つことが必要であり，そのために双方のコンテキストを構造的に把握し，そこで生まれる価値（文脈価値）を明らかにする取り組みが始まっている．D&S2017においては，製品・サービス設計におけるコンテキスト抽出手法や価値共創を支援するコンテキストモデル化など特徴ある報告がなされた．これらは共創をエンジニアリングで解明する試みで，探索的な研究である．今後，コンテキストの構造化から価値創造プロセスのモデル化と実践方法の研究へと進展していく可能性がある．
タイムアクシスデザインは，時間軸を導入したデザイン理論・方法論，および思想である．モノづくりにおいて，工業製品一般に，物質的な価値は購入時が最も高く，使用に伴い，その価値が減衰していく．一方，手工芸品や骨董品は，長年の使用と共に価値が成長していく．このような特性に着目したデザイン理論・方法論の研究は，製品のライフサイクルエンジニアリング，およびサービスエンジニアリングと融合し始めてきた．これらの研究はそれぞれ独自に行われてきたが，D&S2017では同じセッションで研究発表と意見交換が行われるようになった．これは，製品とサービスを異質なものとして別々に設計するのではなく，ユーザーの要求を実現する機能を設計し，さらに機能を製品または／かつサービスで具現化する設計技術が成熟してきたこと，さらに機能をユーザーに提供しつつユーザー・製品・サービス全体の系を継続的に維持することの必要性が高まってきたことによると考えられる．
IoT機器の爆発的な増加と，機器から集めた情報の高度な分析・変化の予測により，業界の垣根を越えた新たなビジネスや社会システムを創る時代が来ている．ここでは，様々な事象をデータ化し，データを集約し，効率良くデータを処理し，正しく分析・判断する情報工学と，現状のシステム構造を分析し，より効用の高い構造を造るシステム工学の融合が重要である．この課題意識の下，D&S2017では情報・知能・システムデザインのセッションが新たに開設された．日本機械学会，情報処理学会，電子情報通信学会など，異なる活動背景を持つ研究者と実務者が集い，活発な意見交換が行われた．機械系と情報系の異なる思考や問題の解き方を交差させ，気付きを得られる場となった．その後も，このような広い工学分野の思考で設計できるように，工学分野を跨った議論が続けられている．
以上のように，サービス事業の現場で新たに起こりつつある変化を先取りしたトピックが新たな動きとして表れてきた．今後，サービス事業の現場での研究成果の実証や試行が増えていくにつれ，これらのトピックがサービス工学・知識工学の一分野として確立され，技術開発が進んでいくことが期待される．
人が直接使用する機械の開発において，ヒューマンインタフェースは重要な設計要件である．インタフェースの設計においては，ユーザーにとって使いやすく，わかりやすい操作系を実現するユーザビリティの設計だけでなく，使用の快適性や楽しさといった感性や感情を伴う経験を提供することも重要な課題となってきている．すなわち，人にとって安全で（当たり前品質），使いやすい（一元品質）だけでなく，快適で豊かなユーザー体験もたらす魅力品質を伴ったヒューマンインタフェースの設計が求められている．この魅力品質を設計する方法論として感性設計がある．感性設計は，ユーザーの感覚や感性に評価を依存する感性価値の設計である．感性設計においては，感性を物理的な設計要件として記述する必要があり，そのための方法論や手法が盛んに研究されている．
2017年9月13（水）～15（金）に山口県下関で開催した第27回設計工学・システム部門講演会においては，オーガナイズドセッション「ヒューマンインタフェース・ユーザビリティ」，「感性と設計」において，例年，ヒューマンインタフェース・感性設計に関する発表および議論が交わされている．2017年度は，「ヒューマンインタフェース・ユーザビリティ」において7件，「感性と設計」において7件の発表があり活発な質疑・討論が展開された．また，2017年度の日本機械学会年次大会（埼玉大学）において，本部門と機素潤滑設計部門との合同で「感性設計と脳科学」と題したセッションが企画され，7件の発表と参加者による議論がなされた．近年急速に発展しつつある脳計測技術や，視線などの行動計測を組み合わせて，客観的な計測値にもとづいて感性評価を行い，設計へフィードバックしようとする取り組みが盛んである．また，最近注目されている深層学習などのAI手法を活用して人の感性をモデリングする試みが見られた．年次大会では，当部門が主催する「ヒューマンインタフェース」と題するセッションも例年行われており，今年度は7件の講演と活発な議論があった．
海外に目を向けると，アメリカ機械学会（ASME）IDETC/CIEにおいてEmotional Engineeringのセッションが定着している．そのほか，Multimodal INTerfaces for Engineering Design（MINTED），Methods, Processes and Strategies for User Interface（MPS-UI）などのヒューマンインタフェースに関係するセッションがあった．隔年で実施されている，工学設計に関する国際会議International Conference on Engineering Design2017がブリティッシュコロンビア大学で開催され，Design for Emotion，Experience Design, Design Ergonomics, Physiological Experiment, User and Customer Experience, Multisensory Product Experienceなどのセッションで，ヒューマンインタフェース，および感性設計に関する活発な議論が見られた．このように，設計工学分野において，国内外を問わず，ヒューマンインタフェースおよび感性設計に関わる研究は盛んに行われている．
ところで，我が国では，内閣府が平成28～32年度の第5期科学技術基本計画としてSociety 5.0を提唱している．これは，サイバーフィジカルシステムを活用した人間中心の社会の実現を目指すものである．今後，真の人間中心社会の実現に向けて，サイバーフィジカルシステムを踏まえた新しいヒューマンインタフェースおよび感性設計への展開が期待される．
マルチスケールモデルベースの設計技術は，分析しようとする現象をマルチスケールに亘ってモデル化し，与えられた状況を数学的なモデルで予測することにより，実際の現象を，より正確に反映した設計をめざすものである．近年は，実際の現象に伴う原子スケールの分析から，車両運行時の流れ解析や台風の移動経路予測などにもマルチスケールモデルベースの分析や設計が可能となっており，現代産業において，プロセスの解明と，設計を効果的かつ経済的に進行するための不可欠な技術となってきた[1, 2]．
特に開発対象の規模が大きいほど，実際のシステムを構成する前の研究開発段階で，マルチスケールモデルベースによって現象を正確に分析・予測することにより，パフォーマンスの最適化が可能になる．その事例の一つに，計算流体力学（CFD，Computational Fluid Dynamics）をベースにした半導体プロセス時に発生するフッ素ベースのガスを分解するシステム最適化の研究開発が報告されている[3]．これは，研究開発段階でマルチスケールモデルベースの設計を活用して，電極と触媒の構造的な最適化設計を行い，ガスの分解システムの最適化を行ったものである．また，密度関数（DFT，Density functional theory）をベースにして，電極の性能と信頼性を原子レベルで予測し，効率的な電極構造との組み合わせをモデル化して，実際の駆動まで考慮した研究が報告されている[4]．これは，DFTを介して，物質や分子内部の電子の状態と，そのエネルギーを計算できる量子力学理論にマルチスケールモデルベースの設計技術を適用したものである．さらに，物質表面の超高解像度の物性分析を用いた電極，電解質，触媒などの物理的，化学的特性の詳細な研究開発が進められている[5]．
このように，マルチスケールモデルベースの設計技術は，小さなスケールで細部を効率的にキャプチャし，その情報を使用することで，より大規模なマクロモデルとすることができる．これにより構成部品やシステムのパフォーマンスと故障モードの詳細までも精度よく評価することができる．既存の設計技術では，コンポーネントと全体システムを別々のスケールで同時にモデリングする必要があったため，解像度の高いモデリングのためには，かなりの費用と時間をかける必要があった．たとえば，航空機胴体または翼，レース用車両のシャーシ，風力タービン，スポーツ用品などに複合材料を用いる場合が多いが，複合材料用いてシステム全体の構造性能を解析する際は，個々の部品をどこまで詳細にモデリングするかが重要な課題となる．複合材料製の個々の部品は，ラミネートモデルを用いることで，そのコンポーネントまで表示することが可能である[6]．解析対象の規模が小さいほど，適切な評価のための詳細な設計情報を得ることができるが，大規模なシステム分析や設計の場合，規模をキャプチャするために，かなりのコストと時間を要する．さらには，計算が困難な場合が多い．
今後，このような大規模なシステム分析やプロセス設計に関して，効果的かつ経済的に分析や設計を行うために，マルチスケールモデルベースの設計技術はますます不可欠となっていくと考える．また，近年の材料，プロセス，形状，部品の技術革新によって，これまで以上に構造の軽量化・高強度化が要求され，複数の材料を組み合わせた新複合材料の作成や実験が継続的に行われていくと考える．さらに，多くの産業分野において，重要な設計目標である軽量化を実現するために，新しい繊維とマトリックスから成る複合材料や異種組合せ材料の役割は大きい．このような複合材料や異種組合せ材料で構成された部品やシステムのパフォーマンスと故障モードを精度よく評価するためにも，マルチスケールモデルベース設計技術は不可欠となっていくと考えられる．
設計教育を，設計のために必要な要素技術（A）の教育と，設計そのものの実践能力（B）の教育，に分類できるとすると，前者（A）は各教育機関において教育の質保証も含めて力を注いで行われているが，後者（B）は教育自体が困難であり，PBL（Project Based Learning）演習などで各機関独自の方法で試行錯誤的に取り組まれている実状にある．
本項では，設計教育における近年の動向と抱える問題を整理した上で，2016年に（A）において近年めざましい進歩があった概念を説明し，（B）における国際的な最新トピックについて紹介する．
設計において，特に近年，3次元CADの活用拡大とともに，3次元CAEの活用が広がっている．自動車の開発を例に挙げると，計算機能力が不十分であった1990年代初頭までは，物理式や実験式による評価計算が中心であったものが，2000年代に入りCAEのCAD連携強化技術が進んだ結果，設計において3D-CADベースのCAEが行われるようになり，振動モードや応力，変形解析などによる部品評価が多用されるようになった．その結果，3D-CADネイティブな若手エンジニアや専門課程を学ぶ学生の一部に，新しい変化が表れ始めてきている．それは，発生している物理現象や実験値の意味を深く考え理解する前に，とにかく3D-CADデータを活用して，計算機パワーを駆使して3D-CAEによる評価を行ってみる，というアプローチの変化である．計算機や3D-CAE解析の技術が高度化した結果，このアプローチでも何らかの計算結果が得られる場合も出現してきた結果として，このような変化が観測されている．
設計に求められる機能や目標性能という視点から，物理現象の本質を見極め，それを的確に表現した物理式・実験式に置き換えて計算する，というアプローチは，かつては唯一であったため通常のアプローチであったものが，近年の3D-CAD/CAEの高度化により却って失われつつある．このような背景を受け近年，この3次元モデル先行型の設計に相反するアプローチ・概念が提案されてきている．FOA（First Order Analysis）[1]は，構造強度を詳細3D-CAEにより評価する前に，位相構造レベルで解析を実施し，構造設計に役立てようというアプローチであり，近年さまざまな拡張がなされ設計現場で用いられている．Modelica [2]は，振動や動力性能，油圧システムなど複合物理領域における全体機能を記述し，シミュレーションするための言語であり，部品評価と製品全体の性能とをつなぐモデルを構築することができ，Simulation XやDymoraなどといった様々な実装が商用化されている．日本機械学会では大富らにより1DCAE [3]が提案され，物事の本質をつかみ設計へと活かす，設計の源流ともいえる活動が取り組まれている．1DCAEは主に構造系の設計を対象に進化したFOAの研究成果を受けて，構造だけでなく一般の設計工学の課題へと拡張したものであると理解することができる．1DCAEに基づく教育として2017年6月までに9回に及ぶ講習会を開催し盛況を博すなど，産業界からも関心を集めている．
創造行為としての設計そのものを対象とした設計教育は，世界的に標準として採用されている教材は，4力や制御のように確立しておらず，いまだ盛んに研究開発されている状況である．しかしながら，創造設計の重要性は広く認識され，PBL（Project Based Learning）の考え方を取り入れて，各教育機関で独自の理念や方法に基づいて教育が行われている[4, 5]．その活動成果の場として，学ぶ側が創造的な設計を実践し，その成果を競い合う，という場が提供されており，国際設計コンテストは年々盛り上がりを見せている[6]．2017年以降は，このような各教育機関による試行錯誤的な創造設計教育が融合体系化され，教科書のような形で形式知化されていくことが期待される．
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