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複合システム論講座

システムを部品としてより大きなシステムを構築するための理論とその応用

複合システム論とは「システムを部品としてより大きなシステムを構築するための理論体系」という意味です．研究室の目標は，複雑なシステムを扱うための理論や技術，特に自動制御やスケジューリングの方法を発展させて，医療や工業に応用していくことです．現在，「医療システム」，「プロセス制御の理論」，「システム最適化」などの話題を扱っています．

教員

土居伸二 ( Shinji DOI )

土居 伸二教授（工学研究科 電気工学専攻）

研究テーマ

  • 生体システム工学・理論生物学
  • 非線形システム工学
  • 確率的ダイナミカルシステム
  • 計算論的電気生理学
  • 工学基礎・数理情報工学

連絡先

桂キャンパス A1棟 4階420号室
TEL: 075-383-2200
E-mail: doi(at)kuee.kyoto-u.ac.jp
https://turbine.kuee.kyoto-u.ac.jp/~doi/

田中 俊二 ( Shunji TANAKA )

田中 俊二准教授（国際高等教育院）

研究テーマ

  • 生産スケジューリング問題
  • 自動倉庫システムの入出庫計画
  • エレベータ群管理問題

連絡先

桂キャンパス A1棟 4階418号室
TEL: 075-383-2204
E-mail: tanaka(at)kuee.kyoto-u.ac.jp
https://turbine.kuee.kyoto-u.ac.jp/~tanaka/

木村 真之 ( Masayuki KIMURA )

木村 真之特定講師（国際高等教育院）

研究テーマ

  • 非線形振動
  • エネルギー局在現象

連絡先

桂キャンパス A1棟 4階418号室
TEL: 075-383-2204
E-mail: kimura.masayuki.8c(at)kyoto-u.ac.jp
https://turbine.kuee.kyoto-u.ac.jp/~kimura/indexJ.html

研究テーマ・開発紹介

医療システム工学

本研究では、手術や治療による患者の負担をできるだけ軽減することを目的として、患者の生理状態を適切に維持するための自動制御システムの開発を行っています。また、患者の状態をできるだけ正確に把握することを目的として、脳波等に基づいた状態推定法の研究も行っています。現在までに、手術中の出血量を低減する血圧制御システムと麻酔薬投与量を低減する静脈麻酔鎮静度制御システムの臨床応用を行い、いずれもその有効性が確認されました。現在、以下のような研究を行っています。

手術中の麻酔制御システム
手術時には、患者の鎮静・鎮痛・筋弛緩の3要素をできるだけ少ない薬剤投与量で適切に維持することが望ましい。そこで、これらを測定するための適切な指標に関する研究と3要素すべてを自動的に適切なレベルに維持するための制御システムの開発を行っている。
術後糖尿病患者のための血糖値制御システム
高齢者や糖尿病患者などが手術後に一時的に高血糖状態になる術後糖尿病は、縫合不全や感染症などの原因となるため、回避することが望まれます。そこで、一時的な変化も適切に表せる血糖値調節機構のモデルと血糖値を自動的に適切なレベルに維持する制御システムの開発を行っています。
精神疾患患者の状態推定
薬物療法の効果が見られない精神疾患患者に対して行われる修正型電気痙攣療法のパラメータを最適に決定することを目的として、治療による患者の状態変化を推定する方法について研究しています。

プロセス制御の理論

本研究では、工場などで用いられるプロセス制御に関する理論的検討を行っています。具体的には、以下のような研究を行っています。

2自由度制御系の設計法に関する研究
制御系の特性としては、設定した値にうまく調節できるかどうかを表す目標値追従特性と外乱の影響をどれだけ抑えられるかを表す外乱抑制特性が重要です。これらを独立に調整できる2自由度制御系の設計法に関する研究を行っています。
むだ時間を含むプラントに対する制御法に関する研究
システムの入出力経路には、物質の流れや信号の測定に擁する時間などによる遅れが含まれることがよくあります。この遅れをむだ時間といいますが、むだ時間があると、シャワーの温度調節のように先を予測して調節しなければ適切な調節が行えません。このようなむだ時間を含むプラントに対する制御法として、状態予測制御法やモデル予測制御法などがありますが、これらの制御法を用いた制御系の設計法と解析に関する研究を行っています。

システム最適化

本研究では、現実世界における様々な問題を最適化問題としてとらえ、その解法の研究や解析を行っています。現在、以下のような問題を対象としています。

生産スケジューリング(Production Scheduling, Machine Scheduling)問題
スケジューリング問題とは、工場などにおける仕事や機械・人の作業計画を作成する問題で、最適な解を求めるのは一般に非常に困難です。このような問題に対し、効率よく最適解を求めたり、最適に近い解を高速に求めたりするための方法の研究を行っています。
自動倉庫システム(Automated Storage and Retrieval System; AS/RS)の入出庫計画問題
自動倉庫システムとは、荷物の入出庫を自動化するためのシステムであり、荷物を収納するための棚と、棚への荷物の出し入れを行う搬送装置（スタッカークレーン）から構成されています。このような自動倉庫システムにおいて入出庫の計画を立てる問題を最適化問題として扱い、その解法の研究を行っています。
エレベータ群管理(Elevator Group Control)問題
エレベータの複数のかごを協調的に効率よく動作させることにより搬送能力を向上させる問題を最適化問題としてとらえ、研究を行っています。とくに、行き先階登録方式（destination hall-call registration）と呼ばれる方式を採用したエレベータを扱っています。