DE19742448C1 - Diagnosemodul zum Erstellen einer Diagnose für elektrisch ansteuerbare Systeme und Diagnoseeinrichtung zum Erstellen einer Gesamtsystemdiagnose - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnosemodul zum Erstellen einer Diagnose für elektrisch ansteuerbare und innerhalb eines Gesamtsystems angeordnete Systeme.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Diagnoseeinrichtung für ein Gesamtsystem mit elektrisch ansteuerbaren und innerhalb des Gesamtsystems angeordneten Systemen.

Für eine Vielzahl von Anwendungen von aus elektrisch ansteuerbaren Bauteilen be­ stehenden komplex vernetzten Gesamtsystemen wie z. B. aus dem Bereich der Automatisierungstechnik, der Prozeßleittechnik, der Schaltkreisentwicklung oder der Fahrzeugelektronik ist es für die Fehlerdiagnose notwendig, das Normal- und Fehlverhalten der einzelnen Bauteile, die Auswirkungen dieses Verhaltens auf andere Bauteile und insbesondere auf das Gesamtsystem genau zu kennen.

Durch Datenmaterial über die Gesamtsysteme, z. B. aus deren Entwicklungsphase, ist es möglich, das Verhalten der Bauteile mittels Modellen zu beschreiben und durch Simulation Wissensdaten über das Verhalten der einzelnen Bauteile rechner­ gesteuert zu erzeugen. Bekannte Simulationsverfahren erlauben zwar die Nachbil­ dung von einzelnen Bauteilen und Teilsystemen, scheitern aber sehr oft, wenn die Simulationen auf das Gesamtsystem ausgedehnt werden sollen. Dies ist unumgäng­ lich, wenn die Auswirkungen des Einzelbauteilverhaltens oder des Verhaltens von Teilgruppen auf das Gesamtsystem untersucht werden sollen. Weitere deklarative Beschreibungsverfahren entnehmen das Diagnosewissen aus Bibliotheken oder verwerten gezielt Erfahrungswissen.

In DE 41 24 542 C2 ist eine Fehlerdiagnoseeinrichtung zur Bestimmung einer Fehlerursache bei einem geprüften Gerät mit einer Detektiereinrichtung und einer Speichereinrichtung beschrieben, wobei die Detektiereinrichtung die Parameter des geprüften Geräts detektiert. In der Speichereinrichtung sind ein Suchbaum mit Kno­ ten, die jeweiligen Untereinheiten des geprüften Geräts entsprechen, sowie den Knoten jeweils zugeordnete Testtabellen, in denen jeweils wenigstens ein von der Detektiereinrichtung zu detektierender Parameter sowie eine diesbezügliche Test­ bedienung angegeben sind, eine Fehlerwahrscheinlichkeitstabelle entsprechend den Resultaten von Tests gemäß der wenigstens einen Testbedingung und Namen von Tochterknoten vorab abgespeichert, wobei in einer Testtabelle, die einem Knoten mit wenigstens drei Tochterknoten zugeordnet ist, zusätzlich wenigstens zwei zu detek­ tierende Parameter und Testbedingungen angegeben sind. Außerdem ist in der Speichereinrichtung vorab eine Such/Interferenzeinrichtung abgespeichert, die ent­ lang des Suchbaums Knoten auswählt und die zugehörigen Testtabellen auswertet, wobei sie die Knotenauswahl nach dem Ergebnis der Auswertung der Testtabellen vornimmt.

In der Patentschrift US 5,099,436 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Systemfehlerdiagnose beschrieben, die auf einer hybriden Wissensdarstellung des zu diagnostizierenden Systems basieren. Während der Systemlaufzeit erfaßte Daten werden mit einer ereignisbasierten Systemdarstellung verglichen, die eine Vielzahl von vordefinierten Ereignissen umfaßt. Ein Ereignis wird erkannt, wenn die erfaßten Daten mit den kritischen Parametern des Ereignisses übereinstimmen. Das erkannte Ereignis und ein zugehöriger Satz von Mehrdeutig­ keitsgruppeneffekten, welche Komponenten kennzeichnen, die entsprechend einem zugeordneten Sortiereffekt in einer Mehrdeutigkeitsgruppe neu sortiert werden sollen, werden analysiert. Außerdem können ein Symptomfehlermodell und ein Nichtfunktionsmodell analysiert werden, um die Symtomfehlerbeziehungen und die Art der Nichtfunktionen festzustellen, die auf den Systemlauf anwendbar sind. Jede anwendbare Symtomfehlerbeziehung und jede Art der Nichtfunktion wird auch einem Satz von Mehrdeutigkeitsgruppeneffekten zugeordnet, der die Mehrdeutig­ keitsgruppe neu sortiert. Beginnend mit jenen Komponenten in der Mehrdeutigkeits­ gruppe, deren Nichtfunktionieren am wahrscheinlichsten ist, wird ein Strukturmodell analysiert, und als Ergebnis der Analyse werden Reparaturvorschläge mit am System auszuführenden Tests ausgegeben.

Aus der Patentschrift US 5,661,668 ist die Verwendung von Graphen und deren Vereinfachung für komplexe Systeme, zu denen auch Diagnoseeinrichtungen zäh­ len, entnehmbar. Die Korrelation von beobachteten Ereignissen zu spezifischen Pro­ blemen wird in zwei Aktivitäten aufgespalten: in die Erzeugung von effizienten Grup­ pen von Fehlerereignissen und in das Entschlüsseln des Ereignisstroms.

Redundante Daten werden bei der Erzeugung der Gruppen von Fehlerereignissen eliminiert, was zu einer stark reduzierten Datenmenge führt. Die Gruppen von Feh­ lerereignissen werden mit beobachteten Symptomen verglichen, was die notwendige Rechenkomplexität erheblich reduziert.

Strukturelle Grundzüge einer rechnergestützten Fehlerdiagnoseeinrichtung für ein Kraftfahrzeug sind in den Veröffentlichungen N. Waleschkowski et al., "Ein wissens­ basiertes Fahrzeug-Diagnosesystem für den Einsatz in der Kfz-Werkstatt" Grund­ lagen und Anwendungen der künstlichen Intelligenz, Springer-Verlag, 1993, Seite 277, sowie N. Waleschkowski et al., "Wissensmodellierung und Wissenserwerb am Beispiel der Fahrzeugdiagnose", Zeitschrift künstliche Intelligenz KI 1/95, Seite 55, beschrieben. Diese Einrichtung enthält eine Diagnoseablaufbereitstellungssstufe mit einer Wissensbasis, die ein Strukturmodell über den hierarchischen Aufbau des technischen Systems aus einzelnen Teilsystemen, ein Wirkungsmodell über die Wirkungsbeziehungen zwischen den einzelnen Teilsystemen und ein den Diagnose­ ablauf bestimmendes Fehlermodell beinhaltet, das die Zusammenhänge zwischen Fehlerursachen und deren Auswirkungen sowie geeigneten Prüfabläufen und Repa­ raturen darstellt.

Bei diesen bekannten Verfahren zur Generierung von Diagnosewissen handelt es sich um deklarative Verfahren, d. h. Fehler werden nur festgestellt aufgrund vorbe­ kannter und vorher definierter bzw. eingestellter Ereignisse. Bestimmte vorbekannte Wirkungsketten sind ebenfalls abgespeichert und erlauben eine Beschreibung des Systemverhaltens, indem die bei der Diagnose festgestellten Symtome durch Ver­ gleich mit den vorgegebenen Wirkungsketten bestimmten Fehlern zuordenbar sind. Fehler lassen sich somit durch die bekannten, auf die festgestellten Symtome ange­ wandten Mustererkennungsverfahren erkennen.

So erlaubt z. B. die Spezifikation des Normalverhaltens in einem bestimmten Be­ triebszustand und der Vergleich mit der Realität das Erkennen und Lokalisieren von Fehlern. Häufig werden in der Praxis auch Grenzwerte genutzt, die bei Über- oder Unterschreitung auf einen Fehler hinweisen.

Deklarative Verfahren sind dort nicht geeignet, wo sich die zu diagnostizierenden Teil- oder Gesamtsysteme kontinuierlich und teilweise sehr kurzfristig ändern und weiterentwickeln und zur selben Zeit mehrere unterschiedliche Varianten im Einsatz sind. Die deklarativen Diagnosesysteme erfordern dann einen hohen Erstellungs- und Wartungsaufwand.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Diagnosemodul und eine Diagnoseein­ richtung zum Erstellen einer Diagnose bereitzustellen, die die genannten Nachteile nicht aufweisen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch das Diagnosemodul mit den Merkmalen des Anspruch 1 und die Diagnoseeinrichtung gemäß Anspruch 7.

Das Diagnosemodul erstellt eine auf Modelle eines Gesamtsystems gestützte Dia­ gnose für elektrisch ansteuerbare und innerhalb des Gesamtsystems angeordnete Systeme. Es enthält Mittel zum Aufstellen eines Reduktionsgraphen, der einen Kopf­ graph mit Knoten aufweist, die nur feste oder meßbare Größen haben.

Die Mittel zum Aufstellen des Reduktionsgraphen umfassen Mittel zum Zerlegen der elektrisch ansteuerbaren Systeme in Komponenten, die einen oder mehrere Grund­ bausteine umfassen, Mittel zum Erfassen der elektrischen Verbindungen zwischen den Grundbausteinen und zwischen den Komponenten, Mittel zum Zuordnen von diskreten elektrischen Zustandswerten zu den Grundbausteinen, Mittel zum Definie­ ren der Betriebszustände und der möglichen Komponentenzustände der einzelnen Komponenten in Relation zu den elektrischen Zustandswerten der zu einer Kompo­ nente gehörenden Grundbausteine, Mittel zum Festlegen der für die Diagnose not­ wendigen und an den Grundbausteinen und Komponenten meßbaren Größen, Mittel zum Ermitteln von Grundbausteinen, die auf die festgelegten meßbaren Größen keinen Einfluß haben und Mittel zum Zusammenfassen und Eliminieren der ermit­ telten einflußlosen Grundbausteine.

Das Diagnosemodul enthält weiter Mittel zum Erfassen der für die Diagnose not­ wendigen meßbaren Größen, zum Interpretieren der meßbaren Größen im Kopf­ graph, zum Abbilden der im Kopfgraph durchgeführten Interpretation auf die Ebene der Grundbausteine und zum Abbilden der auf die Grundbausteine abgebildeten Interpretation auf die Ebene der Komponenten, wobei letztere fehlerverdächtige und/oder fehlerhafte Komponenten als Diagnoseergebnis angeben.

Das Diagnosemodul berücksichtigt sowohl die Struktur der Systemkomponenten als auch die Beziehungen zwischen den Komponenten, den Komponenten und den Grundbausteinen sowie das Komponentenverhalten. Das Gesamtsystem mit seinen elektrisch ansteuerbaren Systemen wird somit über die direkte Nutzung seiner Schaltplandaten dargestellt und die riesigen Datenmengen werden sinnvoll kompri­ miert.

Die Fehlermeldung wird mittels eines einfachen Modells, dem auf Knoten mit festen oder meßbaren Größen reduzierten Kopfgraph, analysiert. Die Fehleranalyse erfolgt somit erst zum Diagnosezeitpunkt. Dies bietet den Vorteil, bis zum Diagnosezeit­ punkt hinzukommendes Wissen über das Gesamtsystem oder über Teilsysteme in die Fehleranalyse miteinzubeziehen.

So sind z. B. auch während der Lebensdauer des zu diagnostizierenden Systems durch Alterungsprozesse, bestimmtes Nutzerverhalten oder Umwelteinflüsse sich ändernde Ausfallwahrscheinlichkeiten berücksichtigbar.

Die für die Diagnose erforderliche Wissensgenerierung erfolgt direkt aus den Kon­ struktionsunterlagen bzw. Schaltplänen des zu untersuchenden Gesamtsystems mittels des Reduktionsverfahrens. Dazu müssen die Konstruktionsunterlagen die Komponenteninformationen mit den elektrischen Zustandswerten sowie Hinweise auf die meßbaren Größen enthalten. Bei dieser Art der Diagnosewissensgenerierung fallen die sonst erforderlichen zeitaufwendigen Simulationen weg, die das Normal- und Fehlverhalten einzelner Komponenten auf das Gesamtsystem übertragen.

Die Diagnoseeinrichtung liefert eine Fehleraussage über das Gesamtsystem. Sie enthält außer dem Diagnosemodul zum Erstellen der auf Modelle eines Gesamt­ systems gestützten Diagnose für die elektrisch ansteuerbaren und innerhalb des Gesamtsystems angeordneten Systeme Mittel zum Erstellen einer auf die funktio­ nalen Zusammenhänge zwischen den einzelnen elektrisch ansteuerbaren Systemen gestützten Diagnose für das Gesamtsystem. Mit diesen Mitteln ist ein aus zwei Teil­ graphen bestehender Graph erstellbar, wobei der erste Teilgraph die Struktur der Komponenten und der zweite Teilgraph die Beziehungen zwischen den Gesamt­ systemfunktionen und den Funktionen der einzelnen Komponenten darstellt. Die Diagnoseeinrichtung enthält weiter Mittel zum Generieren von Fehleraussagen über das Gesamtsystem sowie von Aussagen zur Nutzungsbeeinträchtigung von Ge­ samtsystemfunktionen.

Die Diagnoseeinrichtung liefert nicht nur fehlerhafte Komponenten sondern trifft darüberhinaus noch Fehleraussagen über das Gesamtsystem, wobei es für den Nutzer des Gesamtsystems besonders vorteilhaft ist zu erkennen, ob und wo eine fehlerhafte Gebrauchsfunktion vorliegt.

Ein weiterer Vorteil für den Nutzer ist es, wenn die Diagnoseeinrichtung zusätzlich Mittel zum Vorschlagen von geeigneten Abhilfemaßnahmen umfaßt, wie in Unter­ anspruch 12 ausgeführt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand von Zeichnungen be­ schrieben, von denen zeigen:

Fig. 1 einen Reduktionsgraphen

Fig. 2 den Verfahrensablauf zum Erstellen der auf Systemmodelle gestützten Diagnose

Fig. 3 die Ausgangssituation für die Analyse eines meßbaren Knoten a im Kopfgraph

Fig. 4 die Schlußfolgerung über eine Sternreduktion.

Die wesentlichen Komponenten, die in der Peripherie von Automatisierungsgeräten auftreten, sind Widerstände, Schalter, Leitungen, Stecker, Lampen, Leitungsbündel, Sensoren, Relais, Sicherungen, Magnetventile, Motoren und Signalgeber. Ein Teil der Komponenten läßt sich in Aggregate A zusammenfassen. Die Aggregatinforma­ tionen mit den Strukturbeziehungen stehen üblicherweise in einer datenverarbei­ tungstechnischen Form zur Verfügung. Diese Informationen sind bereits während den Produktentwicklungsphasen z. B. in CAD-Systemen vorhanden oder können aus modellbasierten Programmen abgeleitet werden.

Die Peripherie eines Gesamtsystems ist als Graph modellierbar, in dem die Grund­ bausteine die Kanten repräsentieren. Zur Verbindung der Grundbausteine sind Ver­ bindungspunkte notwendig, die im Graph als Knoten auftreten.

Das gesamte Verhalten der elektrischen Peripherie charakterisiert der elementare Peripheriegraph G_ep.

In einem elementaren Peripheriegraph G_ep können die Knotenpotentiale P_i oder die Ströme I_i durch einen Grundbaustein meßbar sein. Die Meßbarkeit des Knotenpo­ tentials P_i oder des Zweigstromes I_i hängen von der örtlichen Lage und der Struktur des gesamten Systems ab und können die Werte meßbar oder nicht meßbar an­ nehmen.

Ausgehend von dem elementaren Peripheriegraphen G_ep läßt sich mit den aus der Netzwerkanalyse bekannten Grundoperationen eine Graphenreduktion durchführen, in der die wesentlichen Verhaltenseigenschaften hinsichtlich der beobachtbaren physikalischen Größen enthalten sind.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann ein Reduktionsgraph G_r aus mehreren Untergraphen bestehen. Zu diesen gehören der elementare Peripheriegraph G_ep, mehrere Zwischengraphen G_t und ein Kopfgraph G_h. Die Knoten und Kanten der einzelnen Untergraphen sind miteinander verbunden und bilden die Reduktionsvorschrift ab.

Die im elementaren Peripheriegraphen enthaltenen und spezifizierten elektrischen Eigenschaften werden durch das Reduktionsverfahren bezüglich der meßbaren Größen vereinfacht. Die Verhaltenseigenschaften der elektrischen Komponenten sind durch die Reduktion eindeutig auf die Elemente im Kopfgraph abgebildet. Hin­ gegen ist ausgehend vom Kopfgraph eine eindeutige Abbildung der Elemente auf die Komponentenebene nicht sichergestellt. Diese Eigenschaft ist bedingt durch die in Relation zu den verursachenden Komponenten begrenzten Information. Praktisch bedeutet dies, daß ein bestimmtes Fehlersymptom mehrere Fehlerursachen charakterisiert.

Die Reduktion erfolgt mit den Grundoperationen. Nach jedem Reduktionsdurchlauf verringert sich die Anzahl der Knoten N_i. Der elementare Grundgraph G_ep wird so lange bearbeitet, bis kein Knoten und keine Kante mehr aus den Graphen entfernt werden können.

Am Ende des Reduktionsverfahrens besteht der Kopfgraph aus Knoten mit festem oder meßbaren Potentialen. Alle Knoten mit unbekannten Potentialen sind im Kopf­ graphen G_h entfernt. Der Kopfgraph enthält nun alle im elementaren Peripherie­ graphen spezifizierten diskreten Zustände.

Insbesondere für komplexe Gesamtsysteme mit einer Vielzahl von Komponenten ist die für die Erstellung der Reduktionsgraphen notwendige Zeit beträchtlich.

Daher kann es vorteilhaft sein, vor dem eigentlichen Reduktionsverfahren eine Clusterung durchzuführen, die die Erkenntnis berücksichtigt, daß sich nicht alle Be­ triebs- und Fehlzustände von Komponenten auf alle Systemgrößen auswirken. Es existieren vielmehr räumlich unabhängige Bereiche, in denen sich gewisse Zustände von Komponenten auswirken, und Bereiche, die nicht von allen Komponenten be­ einflußt werden.

Die Clusterung erlaubt es, auch sehr komplexe vernetzte Gesamtsysteme zu unter­ suchen, da die sich anschließende Diagnose auf ein lokales Problem reduziert wird.

In Fig. 2 ist schematisch der Verfahrensablauf zum Erstellen der auf Systemmodelle gestützten Diagnose dargestellt.

Zunächst ist mit den vorab beschriebenen Schritten ein Reduktionsgraph aufzustel­ len, der den Ausgangspunkt für die modellbasierte Diagnose bildet. Dazu sind die elektrisch ansteuerbaren Systeme in Komponenten mit einem oder mehreren Grundbausteinen zu zerlegen.

Danach werden die elektrischen Verbindungen zwischen den Grundbausteinen und zwischen den Komponenten erfaßt und den Grundbausteinen diskrete elektrische Zustandswerte zugeordnet. In Relation zu den elektrischen Zustandswerten der zu einer Komponente gehörenden Grundbausteine werden die Betriebszustände und die möglichen Komponentenzustände der einzelnen Komponenten definiert und die für die Diagnose notwendigen und an den Grundbausteinen und Komponenten meßbaren Größen festgelegt. Schließlich werden Grundbausteine ermittelt, die auf die festgelegten meßbaren Größen keinen Einfluß haben. Die ermittelten einfluß­ losen Grundbausteine werden zusammengefaßt und eliminiert.

Der so aufgestellte Reduktionsgraph weist einen Kopfgraph auf, dessen Knoten entweder ein festes Potential besitzen oder deren Potential am Knoten messbar ist. Nach dem Erfassen der für die Diagnose notwendigen meßbaren Größen werden die meßbaren Größen im Kopfgraph interpretiert.

Zusätzlich können Mittel zum Erfassen von Fehlermeldungen vorgesehen sein. Eine eingehende Fehlermeldung wird erfaßt, indem die elektrisch messbaren Größen überwacht werden und als Eingangsinformation für die Diagnose zur Verfügung stehen.

Über bekannte Fehlererkennungsverfahren kann zwischen Normal- und Fehlverhal­ ten eines Teilsystems unterschieden werden. Die sich daraus ergebenden Symptome oder Fehlermeldungen werden für die nachfolgende Diagnose interpre­ tiert. Die Interpretation findet im Kopfgraph G_h statt unter Berücksichtigung aller für die Diagnose notwendigen Informationen in Form von messbaren physikalischen Größen.

Die im Kopfgraphen G_h erzeugten Erklärungen für das aufgetretene Symptom bildet ein weiterer Verarbeitungsschritt auf die Grundbausteine des elementaren Periphe­ riegraphen G_ep ab. Dies ermöglicht Schlußfolgerungen im Reduktionsgraph auf der Ebene der Grundbausteine.

Die auf die Grundbausteine abgebildete Interpretation wird anschließend auf die Ebene der Komponenten abgebildet. Der Übertrag von errechneten diskreten Werte des elementaren Peripheriegraphen G_ep auf die Komponentenebene erlaubt es, mögliche fehlerhafte und/oder verdächtige Komponenten zu ermitteln.

In Systemen, die nur durch zwei meßbare Größen oder Potentiale beschreibbar sind, können mögliche Fehlermeldungen die Zustände Unterbrechung des Ansteuerungs­ kreises, Kurzschluss nach Masse oder Kurzschluss nach V_cc darstellen.

Bei einer Vielzahl von unterschiedlichen Potentialen im System ist eine beliebige Fehlermeldung durch einen Potential- oder Stromfehler, hervorgerufen durch die einzelnen Sternwiderstände am messbaren Knoten, zu beschreiben. Damit die fehlerhafte Komponente lokalisiert werden kann, sind folgende Voraus­ setzungen zu beachten:

• - Es existiert ein Reduktionsgraph mit Knoten N_i dessen Potentiale P_i im Diagnosecluster alle bekannt sind.
• - Es existieren mögliche diskrete Werte für die einzelnen Grundbau­ steine U_i.
• - Für die Lokalisierung von Spannungsfehlern müssen alle Knoten­ potentiale des zu analysierenden Knotens und der entsprechenden Nachbarknoten bekannt sein.
• - Für die Lokalisierung von Stromfehlern, muß beim zu analysierenden Knoten N_a mindestens ein Strom I_i durch einen Grundbaustein U_i, das Potentiale des zu analysierenden Knotens und der entsprechenden Nachbarknoten bekannt sein.

Bei der Analyse im Kopfgraphen wird jeweils nur ein messbarer Knoten a berück­ sichtigt. Die Außenknoten i besitzen für diese Betrachtung ein festes Potential oder es wird als fest angenommen. Die Ausgangssituation ist in Fig. 3 dargestellt.

Für eine Potentialabweichung gilt:

Das gemessene Potential soll durch die diskreten Widerstandswerte erklärt werden und alle möglichen Kombinationen der einzelnen Werte aus dem Kopfgraph bilden die Kandidatenmenge. Zu allen möglichen Kombinationen werden die sich daraus einstellenden Knotenpotentiale ermittelt. Stimmt das hypothetisch ermittelte Potential mit dem gemessenen Potential überein, so bilden die in der Kombination vorhande­ nen diskreten Werte eine Erklärung für die aktuelle Beobachtungen.

Für einen Stromfehler gilt:

Die Berechnung des Stromfehlers setzt die Kenntnis des Spannungspotentials am Messknoten a und an den Außenknoten i voraus. In die Berechnung gehen alle messbaren Ströme I_aj ein. Die Pfeile sind alle zum Knoten a gerichtet.

Auch hier bilden alle Kombinationen der einzelnen Werte des Kopfgraphen die mög­ lichen Erklärungen für den Stromfehler. Ist das Potential zwischen einem Außen­ knoten i und dem Innenknoten a gleich, so liefert die Gleichung keine Aussage über den entsprechenden Sternwiderstandswert R_i.

Handelt es sich um ein undefiniertes Potential am Messknoten, so können direkt ohne Kenntnisse der möglichen diskreten Werte des Kopfgraphen die Elemente be­ stimmt werden.

Bei Messungenauigkeiten werden die ermittelten Werte für die Fehlerlokalisierung bereits fest vordefinierten Werten zugewiesen. Ein relativ hoher Strom wird bei­ spielsweise im Vergleich zum Normalstrom einem Kurzschluß mit I_i = ∞ gleichgestellt. Messungenauigkeiten lassen sich hierdurch eliminieren.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den hypothetisch errechneten Wert einer Be­ urteilung zu unterziehen, in wieweit er mit der Realität übereinstimmt. Damit lassen sich die einzelnen Ergebnisse gewichten und in der weiteren Bearbeitung priorisie­ ren.

Ergebnis der Analyse im Kopfgraphen ist eine Menge von diskreten Werten der ein­ zelnen Elemente, die das beobachtete Symptom erklärt.

Die im Kopfgraph durchgeführte Analyse wird nun auf die Ebene der Grundbausteine abgebildet. Dazu müssen im Reduktionsgraphen übergeordnete diskrete Werte durch untergeordnete Werte erklärt werden. Einige untergeordnete diskrete Werte können direkt angegeben werden. So ist bei allen Graphenelementen, die nur einen diskreten Wert oder mehrere gleiche Werte enthalten, der untergeordnete Wert un­ abhängig vom übergeordneten Wert bereits bekannt. Die untergeordneten Werte können direkt aus den übergeordneten Ersatzwerten ermittelt werden ohne, daß ein untergeordneter Wert für die Berechnung zur Verfügung steht. Allgemein betrachtet ist das Ergebnis immer mehrdeutig, da es sich bei der Reduktion um eine Abstrak­ tion des Systems und um eine Zusammenfassung mehrerer untergeordneter zu einem übergeordneten Wert handelt. Für bestimmte Sonderfälle ergeben sich trotz diesem allgemeinen Verfahren die untergeordneten Werte direkt aus der Abstrakti­ onsoperation und den übergeordneten Werten.

Für alle Graphenelemente in untergeordneter Ebene mit alternativen diskreten Werte ist eine Schlussfolgerung im Reduktionsgraphen notwendig.

Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, die Werte aus dem darunterliegenden Graphen zum nächsthöheren hin zu berechnen und auf Übereinstimmung mit den bekannten Werten zu prüfen.

Möglich ist auch, direkt aus den bekannten übergeordneten Werten und unter Be­ rücksichtigung des Typs der Reduktionsoperation auf die diskreten Werte der unter­ geordneten Graphenelemente zu schließen.

Eine Suche mit gezielter Berechnung gewährleistet unter Annahme eines bekannten Werts eine systematische Suche und es können Bedingungen, die sich durch die Reduktionsoperation ergeben, in die Suche einfließen. Mit den im folgenden ange­ gebenen Bedingungen lassen sich unmögliche Wertekombinationen von vornherein ausschließen.

Schlußfolgerung über Serienreduktion:

Für die Serienreduktion mit den Grundbausteinen des Typs Widerstände R_k und Spannungsquellen Q_v gelten folgende Randbedingungen:
für Widerstände: V = R
für Spannungsquelle mit gleicher Zählrichtung: V = U

Schlußfolgerung über Parallelreduktion:

Die Berechnung der einzelnen verursachenden Werte sind bei den Grundbausteinen des Typs Widerstände R_k und Stromquellen Q_i wie folgt zu vereinfachen:
für Widerstände: R = 1/V
für Stromquellen mit gleicher Zählrichtung: QI = V

Anders als bei bekannten Reduktionsverfahren erfolgen die Serien- und Parallel­ reduktion nicht nur mit zwei Komponenten, sondern können eine beliebige Ordnung aufweisen. Daraus ergeben sich Vorteile hinsichtlich einer kompakteren und effi­ zienteren Darstellung des Gesamtsystems.

In Fig. 4 ist die Schlußfolgerung über eine Sternreduktion dargestellt.

Um aus den Werten des Vielecks die entsprechenden Werte des Sterns zu berech­ nen, gilt zwischen den beiden Schenkelwiderständen R_ν0, R_µ0 und dem Ersatzwider­ stand R_νµ die Beziehung:

R_νµ ≧ R_ν0 + R_µ0

Die aus den elementaren Peripheriegraphen gewonnenen einzelnen diskreten Werte können nun noch in die entsprechenden Zustände der Komponenten übertragen werden.

Aufgrund des nicht eindeutigen Rückschlußverfahrens können Widersprüche in den diskreten Zuständen auftreten. Die Komponentenzustände lassen sich in die drei Kategorien "defekt", "O. K." und "möglicherweise defekt" einteilen. Widersprüchliche Aussagen infolge der Schlußfolgerung zwischen "O. K." und einem beliebigen Fehlerzustand ergeben den Zustand "möglicherweise defekt".

Für jede Beobachtung gibt es eine Menge von möglichen Erklärungen. Die einzelnen Erklärungen können aufgrund einer einfachen Annahme priorisiert werden. Unter der Voraussetzung, daß die Ausfallwahrscheinlichkeit P einer Komponente z. B. eine exponentielle Verteilung der Form

P(t) = 1 - e^-λ^t

aufweist und die Ausfallwahrscheinlichkeit aller Komponenten für alle beliebigen Zeitpunkte t_x die gleiche Größe umfaßt, ergibt sich die Wahrscheinlichkeit eines n- fach-Fehlers nach folgender Beziehung:

unter Voraussetzung

Dies gilt unter der Annahme, daß zwischen den Komponenten keine Wahrschein­ lichkeitsabhängigkeiten bestehen. Hieraus kann abgeleitet werden, daß je höher die Ordnung des Fehlers ist, desto unwahrscheinlicher das Auftreten des Fehler­ zustands ist, oder formal ausgedrückt:

P_n-1-fach(t) < P_n-fach(t)
mit P_n-1-fach(t) ∈ [0,1]

Die Ausgabe des Diagnoseergebnisses erfolgt mit einer Priorisierung der Anzahl der defekten Komponenten je Diagnoseergebnis. Bei vorhandener oder während der Laufzeit des Gesamtsystems ermittelter Ausfallwahrscheinlichkeit kann die Ausgabe des Diagnoseergebnisses auch nach einer entsprechenden Priorisierung durchge­ führt werden.

Während der Schlußfolgerung im Reduktionsgraph oder bei der Abbildung der Dia­ gnoseergebnisse auf die einzelnen Komponenten ist es möglich, Inkonsistenzen zwischen den aus den Messungen gewonnenen Erkenntnissen und dem Modell zu erkennen. Sind beispielsweise in einem untergeordneten Graphen die errechneten diskreten Werte nicht enthalten, handelt es sich um eine Inkonsistenz.

Die Ursache für die Inkonsistenz können einerseits in den durchgeführten Messun­ gen auftreten oder aber im Diagnosewissen, dem Modell, liegen. Fehler in den Mes­ sungen hervorgerufen durch äußere Einflüsse oder eine fehlerhafte Messeinrichtung bewirken fehlerhafte Messergebnisse, die wiederum die Inkonsistenz verursachen.

Mit den beschriebenen Vorgehensweisen werden aus dem komplexen Gesamt­ system unter Berücksichtigung der Komponentenstruktur und unter Anwendung ge­ eigneter Clusterungverfahren die für die Diagnose notwendigen Informationen zu­ sammengestellt. Die Modellgenerierung beschränkt sich dabei auf eine notwendige und somit begrenzte Komponentenzahl des Gesamtsystems, was zu einer erheb­ lichen Beschleunigung des Diagnoseprozesses führt.

Ein unzureichendes Modell, d. h. ein Modell mit nicht hinreichendem Detaillierungs­ grad zur Beschreibung des Fehlerfalls, bildet die zweite Ursache für die Inkon­ sistenz. Der zweite Fall ist durch Fehlermodelle mit unterschiedlichem Detailierungs­ grad zu eliminieren. Dies bedeutet, daß das zugrundeliegende Fehlermodell im Falle einer Inkonsistenz erweitert wird, indem ein neuer Detaillierungsgrad festgelegt wird und der Diagnoseablauf erneut startet. Die Erweiterung wird entsprechend den Auf­ trittswahrscheinlichkeiten der Fehler je Komponente vorgenommen.

Die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung enthält ein Diagnosemodul, das nach dem ausführlich beschriebenen Verfahren für jedes elektrisch ansteuerbare System eine Diagnose erstellt. Die ermittelten Ergebnisse der individuellen Systemdiagnosen werden einer hierarchisch aufgebauten, die funktionalen Zusammenhänge zwischen den elektrisch ansteuerbaren Systemen berücksichtigenden Gesamtsystemstruktur zur Verfügung gestellt.

Darstellbar ist die hierarchische Struktur durch einen gerichteten Graphen, der aus zwei Teilgraphen besteht. Der erste Teilgraph beschreibt die physikalische Struktur der einzelnen Komponenten. Der zweite Teilgraph charakterisiert die abgestuften Beziehungen der Funktionen des Gesamtsystems und der einzelnen Komponenten. Beide Graphen bestehen aus Knoten N_i und Kanten E_j.

Die Kanten N_i repräsentieren die Relationen zwischen den einzelnen Knoten. Zu den Knoten des Graphen gehören Komponenten c_i, Funktionen f_j und Verbindungsope­ rationen o_k. Jeder Knoten besitzt zusätzliche Informationen, die in Attributen abgelegt sind.

Der erste Teilgraph enthält als Knoten die jeweils im System verbauten Komponen­ ten und wird deshalb als kompositionelle Hierarchie bezeichnet. Zu den Attributen der Knoten gehört die Information, ob die jeweilige Komponente eine kleinste tauschbare Einheit darstellt. Ein Attribut zeigt auch an, ob ein Knoten eine Über­ menge bildet. Die Übermengen erlauben es, die einzelnen Komponenten besser zu strukturieren. Beispielsweise gehören zur Übermenge der Automatisierungsgeräte alle einzelnen Automatisierungsgeräte. Die Verbindung der einzelnen Komponenten untereinander erfolgt jeweils mit einer konjunktiven Verknüpfung, da die einzelnen Systeme jeweils eindeutig einer Überkomponente zuzuordnen sind. Die Richtung der Kanten verweist zur jeweils darüberliegenden Überkomponente.

Der zweite Teilgraph beschreibt die Funktionshierarchie. In diesem Teilgraph sind die einzelnen Funktionen als Knoten aufgeführt. Jeder Knoten, der eine Funktion darstellt, enthält als Attribut die Ebene der Ausgabe und die der Kritikalität. Die Ebene der Ausgabe dient zur Unterscheidung von Fehlermeldungen für unterschied­ liche Benutzergruppen des Gesamtsystems, so z. B. für den Anwender oder für den Servicetechniker.

Zusätzlich enthält der zweite Teilgraph Verbindungsoperationen. Die Verbindungs­ operationen bestehen aus konjunktiven und disjunktiven Verbindungselementen so­ wie aus Negationen. Zur Verbindung der einzelnen Knoten enthält der hierarchische Funktionsgraph gerichtete Kanten, die jeweils auf die nächsten übergeordneten Funktion verweisen. Zwischen zwei Funktionen können eine oder mehrere Verbin­ dungsoperation liegen, die die logischen Abhängigkeiten zwischen den Über- und Unterfunktionen darstellen. Einzelne Funktionen, die sich jeweils auf die Normal­ funktion der einzelnen Teilsysteme beziehen, bilden jeweils die Grundlage für mehrere Überfunktionen. Zur Mehrfachverwendung sind daher Verbindungsopera­ tionen im Teilgraph enthalten.

Zur Verbindung der beiden Teilgraphen enthält der Gesamtgraph Kanten, in der die jeweiligen elementaren Grundkomponenten auf die elementaren Teilfunktionen ab­ gebildet werden.

Die hierarchische Struktur umfaßt die zu einer fehlerhaften Komponente gehörende kleinste tauschbare Einheit, die zu einer gegebenen Funktion oder Komponente er­ mittelt werden kann.

Die in dieser hierarchischen Systemdarstellung enthaltenen Informationen können auf unterschiedliche Art und Weise genutzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, aus einer defekten Komponente die jeweils beeinträchtigten Funktionen in der ent­ sprechenden Ebene zu ermitteln. Eine weitere Möglichkeit bestimmt ausgehend von einer defekten Funktion die verursachenden Komponenten. Eine Mischung der beiden Verfahren, in der jeweils eine bestimmte Anzahl von defekten Komponenten und ausgefallenen Funktionen bekannt ist und hieraus alle unbekannten Zustände der Komponenten und Funktionen bestimmt werden, ist ebenso vorstellbar.

Zur Schlussfolgerung in der hierarchischen Darstellung sind dynamische Daten not­ wendig, die die aktuellen Zustände der einzelnen Komponenten und Funktionen re­ präsentieren. Zu diesen dynamischen Daten gehören die drei Zustände "fehlerfreie Komponente/Funktion", "unbekannter Zustand" und "fehlerhafte Komponente/Funk­ tion".

Um von bekannten untergeordneten Zuständen mittels der Verbindungsoperationen auf übergeordnete Zustände zu schließen, werden mit den drei Zuständen Relatio­ nen aufgestellt, die jeweils einen Ausgangswert einer Verbindungsoperation mit ein oder zwei Eingangszuständen in Relation setzen.

Nach diesem Schema kann eine Schlussfolgerung auch von einer übergeordneten Ebene auf eine untergeordnete Ebene erfolgen.

Zur Ermittlung der kleinsten tauschbaren Einheit einer Komponente mit dem Zustand "fehlerhafte Komponente/Funktion" wird der Teilgraph, der die Komponente enthält, in Richtung der Kanten solange durchlaufen, bis das Suchverfahren auf eine Kom­ ponente trifft, die das Attribut kleinste tauschbare Einheit und den Zustand "fehlerhafte Komponente/Funktion" enthält. Die Zustände der übergeordneten Kom­ ponenten ergeben sich durch Relationen.

Sind die Zustände der einzelnen Komponenten bekannt, ermittelt ein Suchverfahren zuerst die Zustände der Funktionen in der untersten Ebene des zweiten Teilgraphen. Danach werden in diesem Graph in Richtung der gerichteten Kanten alle Funktionen gesucht, die den Zustand "fehlerhafte Komponente/Funktion" mit der zuvor festge­ legten Ausgabeebene aufweisen. Der Zustand der einzelnen Elemente im Graph ergibt sich während des Suchvorgangs aus den aufgestellten Relationen. Die ermit­ telten Funktionsknoten liefern jeweils die Informationen über die ausgefallenen Funktionen mit der entsprechenden Kritikalität.

Ist der Ausfall einer Funktion bekannt, können die verursachenden Komponenten ermittelt werden. Ausgehend von der Funktion mit dem Zustand "fehlerhafte Kompo­ nente/Funktion" bestimmt das Verfahren alle untergeordneten Funktionszustände bis zur untersten Ebene mit Hilfe der aufgestellten Relationen. Die Zustände der Grundfunktionen stellen die Komponentenzustände dar und können auf die Grund­ komponenten abgebildet werden. Aus den Grundkomponenten lassen sich die klein­ sten tauschbaren Einheiten ermitteln. Bei der Analyse sind nur die Funktionen und Komponenten von Interesse, die den Zustand "fehlerhafte Komponente/Funktion" oder "unbekannter Zustand" aufweisen. Eine auftretende disjunktive Verbindungs­ operation bildet jeweils einen alternativen Pfad und somit eine alternative Menge an verursachenden Komponenten.

Für komplexe vernetze Gesamtsysteme, die aus einer Vielzahl von Komponenten bestehen, ist die möglichst automatische Erstellung der Funktions- und Komponen­ tenhierarchie aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßig, insbesondere wenn zusätz­ lich eine Vielzahl von Versionen und Varianten der Systeme auftreten. Eine Analyse der zugrundeliegenden Wissensbasis zeigt, daß die Funktionshierarchie mit steigen­ dem Genauigkeitsgrad einer immer weiteren Spezialisierung durch die eigentliche Implementierung unterliegt. Funktionen, die auf einer sehr hohen Abstraktionsebene liegen, sind kaum oder überhaupt nicht durch die Implementierung gekennzeichnet. Funktionen in der untersten Ebene weisen hingegen eine sehr starke, von den ein­ zelnen Komponenten geprägte Implementierungsabhängigkeit auf. Der oberste Teil der Funktionen kann bezüglich der Version und Varianten eines Systems als fest angenommen werden, hingegen ist der untere Teil der Funktionshierarchie jeweils durch die einzelne Implementierung geprägt.

Die Komponentenhierarchie ist im wesentlichen aus einer Bibliothek entnehmbar. Die einzelnen Attribute der Komponenten können in der Komponentenbiliothek ab­ gelegt werden. Daten aus der Entwicklungsprozeßkette oder aus den Produktions­ unterlagen liefern die genaue Anzahl der im Gesamtsystem verbauten Einheiten. Eine Gruppierung der einzelnen Komponenten kann ebenfalls durch die Kompo­ nentenbibliothek erfolgen. Ebenso können in der Komponentenbibliothek die grund­ legenden Funktionen abgelegt werden.

Der Erstellungsaufwand für den festen Teil der Funktionshierarchie mit den einzel­ nen Attributen ist ein einmaliger Vorgang, da sich nur noch geringfügige Änderun­ gen, etwa bei einer Weiterentwicklung des Gesamtsystems, ergeben. Daher kann der feste Teil der Funktionshierarchie auch aus einer Gesamtsystembibliothek ent­ nommen werden.

Der implementierungsabhängige Teil der Funktionshierarchie wird mit Datenmaterial über das Gesamtsystem, z. B. mit Daten aus dem Entwicklungsprozeß des Systems oder mit Konstruktionszeichnungen oder Schaltplänen, erstellt. Hierzu dienen die auftretenden Signal-, Energie- und Informationsflüsse als Eingangsdaten. Jeder ein­ zelne Signal-, Energie- oder Informationsfluss enthält eine bestimmte feste Funktion im Gesamtsystem. So ist z. B. im Gesamtsystem eines Fahrzeugs ein Signalfluss vorhanden mit der Aufgabe, die Geschwindigkeit im Anzeigeinstrument darzustellen. Alle Komponenten mit den entsprechenden Komponentenfunktionen ermöglichen die Geschwindigkeitsanzeige. Die einzelnen Verbindungsoperationen des zweiten Teilgraphen ergeben sich direkt durch den Signalfluss.

Für elektrische Komponenten in der Peripherie von Automatisierungsgeräten können ebenso die Normalzustände der im Kopfgraphen auftretenden Elemente herangezo­ gen werden, um die zu einer Funktion gehörenden Komponenten zu ermitteln. Hierzu werden die in der Peripherie vorhandenen elektrischen Komponenten mit ihrem Normalzustand entsprechend dem oben beschriebenen Reduktionsverfahren in einem Kopfgraphen abgebildet. Für jeden Ein-/Ausgang des Automatisierungsge­ räts sind feste Funktionen aus der Spezifikation des Automatisierungsgeräts be­ kannt. Diese Funktionen lassen sich den einzelnen Elementen im Kopfgraphen zu­ ordnen, die am entsprechenden Ein-/Ausgang des Automatisierungsgeräts liegen. Von den einzelnen Elementen des Kopfgraphen mit den entsprechenden Funktionen sind nun die beteiligten Komponenten zu bestimmen. Zwischen den Komponenten befindet sich jeweils eine konjunktive Verbindung. Hierdurch ist es möglich, die Funktionen der einzelnen in der Peripherie vorhandenen elektrischen Komponenten automatisch zu ermitteln und schließlich in eine Funktionshierarchie einzutragen.

Gegenüber bekannten und z. B. in Wiedmann, Hans: "Objektorientierte Wissensre­ präsentation für die modellbasierte Diagnose an Fertigungseinrichtungen", Berlin, Springer-Verlag 1993 ausführlich geschilderten funktionalen Systembeschreibungen ist mit dem vorliegenden Ansatz die hierarchische Struktur in beliebigen logischen Abhängigkeiten darstellbar. Die Verbindung der Funktions- und Komponentenhierar­ chie erfolgt jeweils nur über die untersten Ebenen und vereinfacht so die automati­ sche Erstellung und die Konsistenz der beiden Betrachtungsebenen, Funktionen und Komponenten, erheblich.

Aus den Komponenten lassen sich die beteiligten Funktionen in unterschiedlichen Abstraktionsebenen ermitteln. Ebenso können aus den fehlerhaften Funktionen die beteiligten Komponenten hervorgehen.

Über die so aufgebaute Gesamtsystemstruktur können unter Berücksichtigung der fehlerverdächtigen Komponenten Fehleraussagen über das Gesamtsystem erstellt werden. Der beschriebene Aufbau der Gesamtsystemstruktur bietet gleichzeitig die Möglichkeit, Aussagen zur Nutzungsbeeinträchtigung von Funktionen des Gesamt­ systems zu treffen.

Bei der Diagnose hochkomplexer Gesamtsysteme kann es vorteilhaft sein, Fehler in teilsystemübergreifenden Vernetzungen zu lokalisieren. Hierzu ist ein übergeordne­ tes Modell notwendig, dem eine funktionale Wirkungsbeschreibung zugrunde liegt. Damit lassen sich die auftretenden Signal-, Energie- und Informationsflüsse be­ schreiben. Zur Lokalisierung von Fehlern zwischen den Teilsystemen dient ein Ver­ fahren, das auf dem in J. Sticklen et al., "Troubleshooting based on a Functional Device Representation: Diagnosing Faust in the External Active Thermal Control System of Space Station FRREDOM", AAAI Workshop Reasoning About Function, Washington D. C., 11.7.1993, pp.149-156, beschriebenen FR-Dx-Algorithmus auf­ baut und diesen weiterentwickelt.

Mit der funktionalen Wirkungsbeschreibung wird für das reale System ein gerichteter Funktionsgraph erstellt, in dem die einzelnen Funktionen der Komponenten mit den zu beobachtenden Systemgrößen abgebildet sind. Die Kanten des Funktionsgraphs bilden die einzelnen Funktionen der Komponenten nach und die Knoten charakteri­ sieren die Systemgrößen. Für Kanten und Knoten sind binäre Aussagen über deren Zustand, Normalzustand oder Fehlerzustand, möglich.

Zur adäquaten Darstellung des realen Systems sind Verbindungselemente zwischen den einzelnen Informationsflüssen erforderlich. Sollen sowohl Wirkungen bei Nor­ malverhalten als auch Wirkungen bei fehlerhaftem Verhalten dargestellt werden, so werden neben konjunktiven auch disjunktive Systemabhängigkeiten dargestellt. Außer den Verbindungselementen benötigt der Funktionsgraph Abzweigungen, die die einzelnen Systemgrößen für verschiedene weitere Abhängigkeiten bereitstellen können.

Mittels eines Graphentransversierungsverfahrens ergeben sich die einzelnen Ab­ hängigkeiten zwischen den Systemgrößen und den Funktionen. Ausgehend von jeder einzelnen Systemgröße wird der Graph entgegen der gerichteten Kanten durchlaufen und hieraus werden die einzelnen Relationen ermittelt.

Die Gesamtsystembeschreibung erfolgt mit einer disjunktiven Normalform, in der eine Systemgröße durch mehrere disjunktiv und konjunktiv verknüpfte Funktionen dargestellt ist.

Die Wirkungsrelationen sind in einer dreidimensionalen Funktionsmatrix darstellbar, wobei in einer Ebene die Spalten jeweils die Systemgrößen und die Zeilen jeweils die Funktion der Komponenten darstellen. Die Elemente innerhalb einer Ebene sind konjunktiv verknüpft und die Verbindung zwischen den einzelnen Ebenen geschieht disjunktiv.

Das Erstellen des Funktionsgraphs und der Funktionsmatrix hängt ab vom Aufbau der einzelnen Informationsquellen. Neben den z. B. aus der Entwicklungsprozeßkette des Gesamtsystems generierbaren Informationen können auch deklarative Bezie­ hungen zwischen den Systemgrößen und den Komponenten als Modell abgelegt werden, da die zur Verfügung gestellten Beschreibungselemente das Erfassen be­ liebiger Abhängigkeiten zwischen Systemgrößen und Komponenten erlauben. In die Diagnose können so auch deklarative Beziehungen miteinfließen.

Die funktionalen Wirkungsbeschreibungen lassen sich problemlos erstellen, weil die Methode keine exakten mathematischen Beziehungen benötigt, sondern nur die Relationen zwischen den Ein- und Ausgangsgrößen erfaßt.

Das Verfahren berücksichtigt nicht nur fehlerhafte Funktionen sondern auch Systemgrößen, die keinen Fehler aufweisen. Als Eingangsgröße können zusätzlich auch Informationen über defekte Komponenten aus Teilsystemdiagnosen berück­ sichtigt und in die Verarbeitung miteinbezogen werden.

Dieses erweiterte FR-Dx-Verfahren erlaubt die Darstellung und Diagnose von kom­ plexen vernetzten Systemen mit unterschiedlichen Arten von Komponenten, so z. B. von elektronischen, mechanischen und/oder hydraulischen Komponenten.

Wie bei allen modellbasierten Diagnoseverfahren sind, im Gegensatz zu den dekla­ rativen Verfahren, mit dem erweiterten FR-Dx-Verfahren auch Mehrfachfehler er­ kennbar.

Wesentlich bei diesem Verfahren ist, daß primär nicht die defekten Komponenten, sondern die fehlerhaften Funktionen das Ergebnis der Diagnose ausmachen.

Die Diagnoseeinrichtung enthält vorteilhafterweise einen Datenspeicher, damit die ermittelten Diagnoseergebnisse und sonstige für die Diagnose relevante Daten ge­ speichert werden können.

Vorteilhaft ist eine Dialogsteuereinheit, die den Dialog mit den Nutzern des Gesamt­ systems steuert. Handelt es sich bei dem Gesamtsystem beispielsweise um ein Fahrzeug, so sind als Nutzer der Fahrer oder das Werkstattpersonal anzugeben. Diesen wird der Dialog erleichtert, wenn die Fehleraussagen und die Aussagen zur Nutzungsbeeinträchtigung audiovisuell aufbereitet sind. Hierfür können an der Dia­ gnoseeinrichtung entsprechende Mittel vorgesehen werden.

Eine weitere Erleichterung für den Nutzer ist es, wenn er nicht nur Fehleraussagen über das Gesamtsystem erhält, sondern wenn ihm ausgehend von dem vorhande­ nen Wissen über die Gesamtsystemstruktur noch zusätzlich Abhilfemaßnahmen vor­ geschlagen werden.

Der Aufbau und die Wirkungsweise des in der Diagnoseeinrichtung eingesetzten Diagnosemoduls erlauben es, die Diagnoseeinrichtung nicht nur dann zu Diagnose­ zwecken einzusetzen, wenn eine Fehlermeldung eingeht. Die Diagnoseeinrichtung kann vielmehr während der üblichen Nutzung des Gesamtsystems, in dem Beispiel des Fahrzeugs während des Fahrbetriebs, ohne Beeinträchtigung der Nutzungs­ handlung eingesetzt werden.

Claims (14)

1. Diagnosemodul zum Erstellen einer Diagnose für elektrisch ansteuerbare und inner­ halb eines Gesamtsystems angeordnete Systeme, wobei die Diagnose sich auf Mo­ delle des Gesamtsystems stützt, mit den Merkmalen:

• 1. Mittel zum Aufstellen eines Reduktionsgraphen mit einem Kopfgraph, dessen Knoten nur feste oder meßbare Größen haben, wobei die Mittel umfassen: Mittel zum Zerlegen der elektrisch ansteuerbaren Systeme in Komponenten, die einen oder mehrere Grundbausteine umfassen, Mittel zum Erfassen der elektrischen Verbindungen zwischen den Grundbausteinen und zwischen den Komponenten, Mittel zum Zuordnen von diskreten elektrischen Zustandswerten zu den Grund­ bausteinen, Mittel zum Definieren der Betriebszustände und der möglichen Kom­ ponentenzustände der einzelnen Komponenten in Relation zu den elektrischen Zustandswerten der zu einer Komponente gehörenden Grundbausteine, Mittel zum Festlegen der für die Diagnose notwendigen und an den Grundbausteinen und Komponenten meßbaren Größen, Mittel zum Ermitteln von Grundbau­ steinen, die auf die festgelegten meßbaren Größen keinen Einfluß haben und Mittel zum Zusammenfassen und Eliminieren der ermittelten einflußlosen Grundbausteine;
• 2. Mittel zum Erfassen der für die Diagnose notwendigen meßbaren Größen;
• 3. Mittel zum Interpretieren der meßbaren Größen im Kopfgraph;
• 4. Mittel zum Abbilden der im Kopfgraph durchgeführten Interpretation auf die Ebene der Grundbausteine und
• 5. Mittel zum Abbilden der auf die Grundbausteine abgebildeten Interpretation auf die Ebene der Komponenten, wobei diese Mittel als Diagnoseergebnis fehlerver­ dächtige und/oder fehlerhafte Komponenten angeben.

2. Diagnosemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Diagnose verschiedene Modelle des Gesamtsystems verwendbar sind und die Modelle sich in der Genauigkeit der Gesamtsystembeschreibung unterscheiden.

3. Diagnosemodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Modell des Gesamtsystems direkt aus den Konstruktionsunterlagen entnehmbar ist.

4. Diagnosemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Diagnosemodul Mittel zum Erfassen einer Fehlermeldung vorhanden sind und eine Fehlermeldung durch die Mittel zum Interpretieren der meßbaren Größen im Kopfgraph interpretierbar ist.

5. Diagnosemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fehlerverdächtigen und/oder fehlerhaften Komponenten nach ihrer Ausfallwahr­ scheinlichkeit sortierbar sind.

6. Diagnosemodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Berechnung der Ausfallwahrscheinlichkeit alle bis zum Generieren von Fehleraussagen über das Gesamtsystem vorhandenen Informationen über das Gesamtsystem einfließen.

7. Diagnoseeinrichtung für ein Gesamtsystem mit elektrisch ansteuerbaren und inner­ halb des Gesamtsystems angeordneten Systemen, mit den Merkmalen:

• 1. Diagnosemodul zum Erstellen einer auf Systemmodelle gestützten Diagnose für jedes elektrisch ansteuerbare und in Komponenten zerlegbare System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Diagnosemodul als Diagnoseergebnis fehlerverdächtige und/oder fehlerhafte Komponenten angibt;
• 2. Mittel zum Erstellen einer auf die funktionalen Zusammenhänge zwischen den einzelnen elektrisch ansteuerbaren Systemen gestützten Diagnose für das Gesamtsystem, wobei mit den Mitteln ein aus zwei Teilgraphen bestehender Graph erstellbar ist und der erste Teilgraph die Struktur der Komponenten darstellt und der zweite Teilgraph die Beziehungen zwischen den Gesamtsystemfunktionen und den Funktionen der einzelnen Komponenten darstellt; und
• 3. Mittel zum Generieren von Fehleraussagen über das Gesamtsystem und von Aussagen zur Nutzungsbeeinträchtigung von Gesamtsystemfunktionen.

8. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Diagnoseeinrichtung Mittel zum Erstellen von Diagnosen für Teilsysteme vorhanden sind und mit diesen Mitteln ein Funktionsgraph erstellbar ist, der die Funktion der Komponenten sowie das Gesamtsystem beschreibende Systemgrößen abbildet.

9. Diagnoseeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Diagnoseeinrichtung Mittel zum Steuern des Dialogs mit den Nutzern der Dia­ gnoseeinrichtung vorhanden sind.

10. Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Diagnoseeinrichtung Mittel zum Speichern von Daten, insbesondere von Diagnoseergebnissen und Fehleraussagen, vorhanden sind.

11. Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erstellen einer Diagnose für das Gesamtsystem so gestaltet sind, daß Informationen über Systemgrößen, die die Normalfunktion des Gesamtsystems beschreiben, Informationen, die auf ein Fehlverhalten hinweisen und Informationen, die in den Mitteln zum Speichern von Daten gespeichert sind, aufnehmbar sind.

12. Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die die Fehleraussagen generierenden Mittel weitere Mittel zum Vorschlagen von Abhilfemaßnahmen umfassen und die Vorschläge über die Mittel zum Steuern des Dialogs den Nutzern der Diagnoseeinrichtung zugänglich sind.

13. Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Diagnoseeinrichtung Mittel zur audiovisuellen Ein- und Ausgabe von Informationen vorhanden sind.

14. Diagnoseeinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung während des üblichen Betriebs des Gesamtsystems einsetzbar ist und über die gesamte Nutzungsdauer des Gesamtsystems eine kontinuierliche Überwachung sicherstellbar ist.