DE3908879A1 - Echtzeit-expertencomputersystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Echtzeit-Expertencomputersystem, das in der Lage ist, Expertenmaßnahmen zur Durchführung von Folgerungen ähnlich einem tatsächlichen menschlichen Experten auszuführen, und zwar auf der Basis des Wissens des Experten, und das außerdem eine übliche Datenverarbeitung vorzunehmen vermag, mit Ausnahme der Experten-Datenverarbei­ tung, die auf Echtzeitbasis durchgeführt wird.

Bei den meisten üblichen Computersystemen zur Durchführung einer Experten-Datenverarbeitung handelt es sich entweder um Expertencomputersysteme zur ausschließlichen Verwendung einer Experten-Datenverarbeitung, oder um allgemeine Echt­ zeit-Computersysteme zur Durchführung sowohl normaler Daten­ verarbeitungen auf Echtzeitbasis als auch einer Experten- Datenverarbeitung, wobei diese beiden Verarbeitungsarten gleichzeitig nebeneinander existieren.

Im Fall der Verwirklichung einer Experten-Datenverarbeitung unter Verwendung eines Expertencomputersystems erfolgt ledig­ lich eine Experten-Datenverarbeitung und solche Systeme können somit eine Datenverarbeitung auf der Grundlage einer künstlichen Intelligenz bei hoher Geschwindigkeit durchfüh­ ren und verwenden dabei Vorrichtungen mit mannigfaltiger Supportfunktion, nämlich Mensch-Maschine-Schnittstellen­ funktionen hoher Pegelhöhe mit Kathodenstrahlröhrenan­ zeige oder dergleichen. Weil es sich aber bei diesen Systemen um in sich geschlossene Systeme, also in sich abgeschlossene, unabhängige Systeme handelt, muß die Bedienungsperson die Folgerungsdaten eingeben, die für die Experten-Datenverarbeitung erforderlich sind und/oder Entscheidungen über die Ergebnisse der Schlußforderungen treffen, und zwar mittels einer üblichen Eingabe-Ausgabe- Einheit. Bei diesen Systemen besteht somit das Problem, daß sie nicht für Echtzeit-Datenverarbeitungen geeignet sind, die mittels Computersystemen durchgeführt werden, welche mit äußeren Vorgängen koordiniert werden sollen.

Wird andererseits eine Experten-Datenverarbeitung unter Verwendung eines allgemeinen Echtzeit-Computers durchge­ führt, dann können die normale Datenverarbeitung des Ein­ gangs der für die Experten-Datenverarbeitung benötigten Folgerungsdaten, die auf der Grundlage der Folgerungs­ resultate durchgeführte Steuerung und dergleichen auf Echtzeitbasis durchgeführt werden, und zwar ohne Eingriffe durch die Bedienungsperson. Weil jedoch die normale Daten­ verarbeitung und die Experten-Datenverarbeitung nebeneinander im gleichen Computersystem existieren, wird der Computer sehr hoch belastet. Dies führt zu dem Problem, daß eine Experten-Datenverarbeitung großen Umfangs nicht durchge­ führt werden kann, weil dadurch die normale Datenverarbei­ tung behindert würde.

Bei einem Expertensystem zur Durchführung einer Verfahrens­ steuerung werden die Verfahrensinformationen aus der Ver­ fahrens-Eingabeeinheit abgerufen und es werden daraus Schluß­ folgerungen auf der Grundlage dieser Informationen gezogen, wobei dann die Ergebnisse der Schlußfolgerungen über die Verfahrens-Ausgangseinheit dem Verfahren zugeführt werden, oder die Resultate der Schlußfolgerungen werden als Aus­ gang auf die Anzeigeeinheit (Kathodenstrahlröhre) gegeben.

Bisher wurde die Vor-Datenverarbeitung und die Nach-Daten­ verarbeitung für das Expertensystem durch gesonderte Pro­ gramme durchgeführt. Dabei besteht die Vor-Datenverarbeitung in einem Verarbeitungsschritt zur derartigen Verarbeitung der von einem Sensor kommenden Daten, daß diese für die Experten-Datenverarbeitung geeignet sind. Bei der Nach- Datenverarbeitung handelt es sich dagegen um einen Verfah­ rensschritt zur Bereitstellung von Führungs-Ausgangsdaten für einen Drucker oder einen Anzeigeschirm aus den Schluß­ folgerungsresultaten des Expertensystems, oder zur Abgabe dieser Daten zur Verfahrens-Ausgangseinheit. Wenn jedoch die Folgerungsregeln des Expertensystems sich ändern, so daß Änderungen der notwendigen Vor-Datenverarbeitung und Nach-Datenverarbeitung erforderlich sind, dann ist die Durchführung einer solchen Änderung schwierig, weil die Vor-Datenverarbeitung und die Nach-Datenverarbeitung Funktio­ nen entsprechen, die sich von denjenigen des Expertensystems unterscheiden. Weil die Vor-Datenverarbeitungseinheit und die Nach-Datenverarbeitungseinheit kein Bestandteil des Expertensystems sind, ist es dann erforderlich, wenn der Versuch gemacht wird, das Expertensystem mit dem Verfahren als Objekt aufzubauen, einen Systemaufbau unabhängig von der Programmierung und dergleichen durchzuführen. Wenn somit das Expertensystem abgeändert oder ergänzt werden soll, dann ist es aus dem erwähnten Grund äußerst mühsam, die erforder­ lichen Modifikationen der Schlußfolgerungen der Vor-Daten­ verarbeitungseinheit und der Nach-Datenverarbeitungseinheit durchzuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein System mit einer Trägerfunktionsvorrichtung zu schaffen, das eine Pegelhöhe gleich der Pegelhöhe eines ausschließ­ lich für die Experten-Datenverarbeitung bestimmten Computers hat, wobei das System in der Lage sein soll, eine umfang­ reiche Experten-Datenverarbeitung auf Echtzeitbasis durch­ zuführen, ohne dabei die übliche Datenverarbeitung zu be­ hindern, und das in der Lage ist, eine übliche Datenver­ arbeitung durchzuführen, wie etwa eine automatische Steuerung unter Verwendung der Ergebnisse der Experten-Datenverarbei­ tung. Darüberhinaus soll das System in der Lage sein, die Vor-Datenverarbeitung und die Nach-Datenverarbeitung für das Expertensystem mit großer Wirksamkeit durchzuführen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Schaffung eines Echtzeit-Expertencomputersystems, das geeignet ist, eine Experten-Datenverarbeitung zum Ziehen von Schlußfolgerungen unter Verwendung von Folgerungsdaten durchzuführen, und das außerdem in der Lage ist, eine übliche Betriebsdaten-Verarbeitung durchzuführen, die keine Experten- Verarbeitung darstellt, und die auf Echtzeit-Basis erfolgt. Das Echtzeit-Expertencomputersystem besteht aus einem ersten Computersystem zur Durchführung der normalen Betriebsdaten- Verarbeitung und zum Sammeln und Abgeben der Folgerungsda­ ten und einem zweiten Computersystem mit einer Folgerungs­ daten-Speichereinheit zum Speichern der vom ersten Computer­ system abgegebenen Folgerungsdaten, einer Wissensdaten- Speichereinheit zum Speichern des für das Ziehen der Schluß­ folgerungen erforderlichen Wissens, einer die Folgerungen ausführenden Einheit zum Ziehen der Schlußfolgerungen unter Verwendung der Folgerungsdaten auf der Basis des Wissens, und mit einer Folgerungsergebnis-Abgabeeinheit zur Abgabe des Ergebnisses der Schlußfolgerungen der die Schlußfol­ gerungen durchführenden Einheit, wobei das erste Computer­ system die übliche Betriebsdaten-Verarbeitung unter Ver­ wendung der Ausgangsdaten der Folgerungsergebnisse des zweiten Computersystems durchführt.

Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Echtzeit-Experten­ computersystem geschaffen, das eine Vor-Verarbeitungsein­ heit zur Durchführung von Eingabe/Überprüfungs-Operationen an Schlußfolgerungen unterworfenen Daten, eine Schlußfol­ gerungsdaten-Speichereinheit zum Speichern der von der Vor-Datenverarbeitungseinheit vorbehandelten Schlußfol­ gerunsdaten, eine Wissensspeichereinheit zum Speichern der Wissensgrundlagen zur Durchführung der Schlußfolgerungen, eine Folgerungseinheit zum Ziehen von Schlußfolgerungen un­ ter Verwendung der Schlußfolgerungsdaten auf der Grundlage des Speicherinhalts der Wissensspeichereinheit, eine Nach- Datenverarbeitungseinheit zum Verarbeiten der von der Fol­ gerungseinheit gelieferten Schlußfolgerungsergebnisse der­ art, daß die Folgerungsergebnisse eine Form erhalten, die sie als Ausgangssignale geeignet macht, eine Systemdefini­ tion-Überprüfungseinheit zum Erzeugen einer Systemsdefini­ tion, die für den Status des Systems repräsentativ ist, und schließlich eine Systemdefinition-Übertragungseinheit auf­ weist, die dazu dient, die Wissensgrundlage, die Vor-Ver­ arbeitungsdefinition und die Nach-Verarbeitungsdefinition auf der Grundlage der erzeugten Systemsdefinition zu ändern, womit auf Echtzeitbasis ein Eingang und ein Ausgang erzielt werden und die Experten-Datenverarbeitung durchgeführt wird.

Bei dem System nach der Erfindung führt das erste Computer­ system die übliche Betriebsdatenverarbeitung und die Samm­ lung der Schlußfolgerungsdaten durch, die auf Echtzeit­ basis verarbeitet werden sollen. Das zweite Computersystem führt die Experten-Datenverarbeitung zur Erzielung von Schlußfolgerungen unter Verwendung der Schlußfolgerungsdaten durch. Außerdem führt das erste Computersystem die übliche Betriebsdatenverarbeitung unter Verwendung der Schlußfol­ gerungsergebnisse durch. Weil die normale Betriebsdaten­ verarbeitung und die Experten-Datenverarbeitung zeitlich verteilt durchgeführt werden, kann auf Echtzeitbasis eine große Anzahl von Experten-Datenverarbeitungsvorgängen durch­ geführt werden, ohne daß dadurch die normale Betriebsdaten­ verarbeitung behindert wird.

Weiterhin sind bei dem System nach der Erfindung die Ein­ gabe/Überprüfungs-Funktion für das Verfahren und die Ab­ gabe/Bildschirm-Mensch/Maschine-Schnittstellenfunktion für das Verfahren, welche mittels üblicher Verfahrensüber­ wachungssteuerung durchgeführt werden, mit dem Experten­ system gekoppelt, womit die Eingabe/Überprüfungsfunktion für das Verfahren dazu veranlaßt wird, als Schlußfolgerungs- Vorverarbeitungseinheit zu wirken, während die Ausgangs/ Bildschirm-Mensch/Maschine-Folgerungsfunktion dazu veranlaßt wird, als Schlußfolgerungs-Nachverarbeitungseinheit zu die­ nen. Die Vorverarbeitung und die Nachverarbeitung können somit durch die Funktion der Echtzeit-Überwachungssteuerung realisiert werden. Damit werden bei der Verwirklichung des Verfahrens-Expertensystems die Erfordernis der Bereitstellung eines Programms für die Vorverarbeitung und für die Nachver­ arbeitung des Expertensystems zu jeder Zeit vermieden.

Weil die Funktion der Vorverarbeitung und der Nachverarbei­ tung und die gesammelte Wissensgrundlage beim erfindungsge­ mäßen System durch Ändern der Systemdefinition geändert werden, ergibt sich, daß dann, wenn eine Änderung der Verfahrensweise des Systems auftritt, die Vorverarbeitung und die Nachver­ arbeitung in geeigneter Weise durchgeführt werden, so daß die am meisten brauchbare Wissensgrundlage Verwendung findet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Erläuterungsskizze zur Erläuterung der Verfahrensweise des Systems von Fig. 1,

Fig. 3 eine Erläuterungsskizze zur Erläuterung der Verfahrensweise bei einer Ausführungsform, die es erlaubt, einen Ausgang als Führung für eine Bedienungsperson abzugeben;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher im Expertencomputersystem eine Schlußfolgerungs- Vorverarbeitungseinheit und eine Nachverarbei­ tungseinheit vorgesehen sind,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Systems nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung, die dadurch erhalten wird, daß die Ausführungsform von Fig. 5 auf die Experten- Datenverarbeitungseinheit und die Echtzeit- Verarbeitungseinheit aufgeteilt wird,

Fig. 7 ein Blockschaltbild des Inhalts der Vorverar­ beitungseinheit und der Nachverarbeitungseinheit im Falle eines Echtzeit-Überwachungssteuerungs­ systems gemäß Fig. 5, und

Fig. 8 ein Blockschaltbild des Inhalts der Vorverar­ beitungseinheit und der Nachverarbeitungsein­ heit bei dem verteilten System von Fig. 6.

Anhand von Fig. 1 wird nun der Aufbau eines Echtzeit-Ex­ pertencomputersystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Bei dem Echtzeit-Computersystem 1 handelt es sich um ein System zur Durchführung einer nor­ malen Betriebsdatenverarbeitung und zum Sammeln von Schluß­ folgerungsdaten und dieses System entspricht somit einem ersten Computersystem. Das Expertencomputersystem 2 ent­ spricht einem zweiten Computersystem zur Durchführung der Experten-Datenverarbeitung. Mit dem Expertencomputersystem 2 ist eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 33 verbunden. Die Ein­ heit 33 wird durch einen Bildschirm, ein Tastenpult, eine Eingabemaus oder dergleichen verwirklicht und führt Eingabe/ Ausgabe-Operationen in üblicher Weise durch. Das Experten­ computersystem 2 weist eine Eingabe/Ausgabe-Verbindungsein­ heit 32 auf, welche die Verbindung zwischen der Eingabe/ Ausgabe-Einheit 33 und einer Ausgabeeinheit 28 für die Wissensgrundlage und eine Schlußfolgerungs-Datenspeicher­ einheit 25 u.s.w. herstellt, wie später noch erläutert werden wird. Eine Wissensgrundlage-Speichereinheit 29 spei­ chert die Wissensgrundlage, die dadurch erhalten wird, daß das Wissen des Experten in Daten umgesetzt wird, welche vom Computer verarbeitet werden können. Die Wissensbasis-Über­ prüfungseinheit 28 ermöglicht es der Bedienungsperson Über­ prüfungsoperationen durchzuführen, wie etwa Ergänzungen, Streichungen und Änderungen des in der Einheit 29 gespeicher­ ten Wissens. Eine Wissensgrundlage-Entsprechungsspeicher­ einheit 30 speichert Entsprechungsdaten für die Umsetzung des in der Speichereinheit 29 gespeicherten Wissens in ein ausführbares Wissen. Die Schlußfolgerunsdatenspeichereinheit 25 speichert die von der Bedienungsperson mittels der Ein­ gabe/Ausgabe-Einheit 33 eingebrachten Schlußfolgerungsdaten. Eine Schlußfolgerungs-Ausführungseinheit 26 verwendet die Schlußfolgerungsdaten dazu, die Schlußfolgerungen zu ziehen, die eine Bedienungsperson auf der Grundlage des ausführbaren Wissens ziehen würde, das in der Einheit 33 gespeichert ist. Eine Schlußfolgerungs-Ergebnisspeichereinheit 27 dient zum Speichern des Ergebnisses der von der Einheit 26 gezogenen Schlüsse. Das Ergebnis der Schlußfolgerung wird über die Eingabe/Ausgabe-Verbindungseinheit 32 der Eingabe/Ausgabe- Einheit 33 zugeführt. Weiterhin sind eine Verbindungseinheit 21, eine Schlußfolgerungsdaten-Einstelleinheit 22, eine Schlußfolgerungs-Starteinheit 23 und eine Schlußfolgerungs­ ergebnisausgabeeinheit 24 vorgesehen.

Die Verbindungseinheit 21 hat die Funktion einer Schnittstel­ le zum Verbinden des Echtzeit-Computersystems 1 mit der Schluß­ folgerungsdaten-Einstelleinheit 22 der Schlußfolgerungs-Start­ einheit 23 und der Schlußfolgerungsergebnis-Ausgabeeinheit 24. Die Einheit 22 nimmt die vom Echtzeit-Computersystem 1 gesammelten Schlußfolgerungsdaten auf und speichert sie in der Speichereinheit 25. Wenn das Echtzeit-Computersystem 1 den Beginn des Verfahrens zur Herbeiführung einer Schlußfol­ gerung fordert, dann empfängt die Starteinheit 23 diesen Befehl und erlaubt der Einheit 26 eine Schlußfolgerung zu ziehen. Die Schlußfolgerungsergebnis-Abgabeeinheit 24 gibt das in der Speichereinheit 27 gespeicherte Schlußfolgerungs­ ergebnis ab. Die so abgegebene Schlußfolgerung wird dann dem Echtzeit-Computersystem 1 zugeführt.

Die vom Echtzeit-Expertencomputersystem durchgeführte Ver­ fahrensweise wird nun anhand der Fig. 2 erläutert. Das Echt­ zeit-Computersystem 1 sammelt die Schlußfolgerungsdaten (Schritt 101) und führt diese dem Expertencomputersystem 2 zu, und fordert eine Annahmebestätigung (Schritt 102). Im Expertencomputersystem 2 nimmt die Schlußfolgerungsdaten- Einstelleinheit 22 die Schlußfolgerungsdaten über die Ver­ bindungseinheit 21 auf und speichert diese in die Speicher­ einheit 25 ein, um so mitzuteilen, daß die Annahme voll­ ständig erfolgt ist (Schritt 103). Wenn das Schlußfolgerungs­ ergebnis benötigt wird, dann macht das Echtzeit-Computersystem 1 eine entsprechende Anfrage und startet die Durchführung einer Schlußfolgerung (Schritt 104). Als Folge davon erlaubt die Starteinheit 23 der Schlußfolgerungseinheit 26 den Schluß zu ziehen und anzuzeigen, daß der Anfrage vollständig entsprochen worden ist (Schritt 105). Dann fordert das Echt­ zeit-Computersystem 1 das Auslesen des Schlußfolgerungs­ ergebnisses an (Schritt 106). Die Schlußfolgerungsergeb­ nis-Ausgabeeinheit 24 entspricht dieser Anforderung und gibt das Resultat der Schlußfolgerung ab (Schritt 107). Auf der Grundlage des Schlußfolgerungsergebnisses führt dann das Echtzeit-Computersystem 1 die übliche Verarbei­ tung der Betriebsdaten durch (Schritt 108).

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß gemäß dieser ersten Ausführungsform eine Vielzahl von Experten-Maßnahmen durchgeführt werden kann, ohne dabei den üblichen Verar­ beitungsbetrieb zu behindern. Die Verwendung der Eingabe/ Ausgabe-Einheit 33 erlaubt die Verwendung von Vorrichtungen mit einer Vielzahl von Trägerfunktionen auf der Grundlage einer Bildröhre-Mensch-Maschine-Schlußfolgerungsfunktion hohen Pegels in gleicher Weise wie bei Systemen, die aus­ schließlich für die Experten-Datenverarbeitung bestimmt sind. Da die Verarbeitung unter Verteilung der Daten auf die übliche Betriebsdatenverarbeitung und auf Wissensbasis erfolgt, ist die Überprüfung der Wissensgrundlage einfach und die Aufrechterhaltung verbessert. Durch Vergrößerung des Expertencomputersystems und Verbindung mit dem Echt­ zeit-Computersystem können viele Arten von Experten-Be­ triebsweisen erfolgen, und zwar hintereinander oder parallel. Zusätzlich ist es möglich, auf einfache Weise ein Experten­ computersystem als Standardzubehör zu anderen Echtzeit-Com­ putersystemen zu schaffen.

Ein Echtzeit-Computersystem gemäß einer konkreteren zweiten Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand von Fig. 3 beschrieben, welche den Verfahrensablauf zeigt. Dieses Sy­ stem dient zur Aufstellung eines Plans für einen geeigneten Betrieb des Verfahrens durch eine Bedienungsperson. Das Echt­ zeit-Computersystem 1 nimmt Daten des Verfahrens von einem Sensor zur Überwachung des Verfahrens auf, wie dies bei einer üblichen Betriebsweise der Fall ist, sammelt aber zugleich die Verfahrensdaten, die für eine Schlußfolgerung notwendig sind. Das Expertencomputersystem 2 nimmt dann eine Schluß­ folgerung vor, wie sie für den Betrieb des Verfahrens geeig­ net ist.

Das Echtzeit-Computersystem 1 sammelt Verfahrensdaten (Schritt 111) und verarbeitet diese zu Verfahrensdaten für den übli­ chen Verfahrensbetrieb (Schritt 112). Das Ergebnis wird als Verfahrensüberwachungsinformation angezeigt (Schritt 113). Verfahrensdaten für eine Schlußfolgerung aus den gesammel­ ten Prozeßdaten werden auf das Expertencomputersystem 2 über­ tragen, und zwar mit der Aufforderung einer Annahmebestäti­ gung (Schritt 114). Das Expertencomputersystem 2 nimmt die Verfahrensdaten für die Vornahme von Schlußfolgerungen auf und speichert die Daten ein (Schritt 115). Das Echtzeit- Computersystem 1 fordert dann den Start des Expertencomputer­ systems 2 an (Schritt 116). Aufgrund dieser Anforderung führt das Expertencomputersystem 2 eine Schlußfolgerung für einen Betriebsplan durch und informiert, daß die Schlußfolgerung beendet ist (Schritt 117). Das Echzeit-Computersystem 1 for­ dert dann das Auslesen des Folgerungsergebnisses an (Schritt 118). Daraufhin gibt das Expertencomputersystem 2 das Schluß­ folgerungsergebnis ab (Schritt 119). Als Folge davon zeigt dann das Echtzeitcomputersystem 1 das Ergebnis als Betriebs­ verfahrensplan an (Schritt 120). Die Bedienungsperson führt dann den Betrieb des Verfahrens auf der Grundlage der Verfah­ rensüberwachungsinformation und/oder des Verfahrensbetriebs­ plans durch, der durch das Echtzeit-Computersystem 1 angezeigt worden ist. Weiterhin kann die Bedienungsperson die Wissens­ grundlage im Expertencomputersystem 2 überprüfen, und zwar auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 1.

Mit der eben beschriebenen zweiten Ausführungsform kann eine Expertenhandlungsweise als ein vielschichtiger Operations­ plan mit Schlußfolgerungen durchgeführt werden, ohne daß dabei die normale Datenverarbeitung beeinträchtigt wird. Der optimale Verfahrensplan steht somit in Einklang mit dem zeitlichen Ablauf des Verfahrens. Somit kann dann also selbst eine bezüglich des Verfahrensablaufs unkundige Person der Verfahrensablauf überwachen und steuern wie ein tatsäch­ licher Experte. Weil die Datenverarbeitung auf Echtzeitbasis durchgeführt wird ist es möglich, schnelle Entscheidungen in Abhängigkeit von Änderungen in den Ablaufbedingungen des Prozesses zu treffen. Darüberhinaus kann dieses System Erkenntnisse über den Verfahrensablauf als Grundwissen spei­ chern und dieses Grundwissen in der gleichen Weise fortlaufend überwachen wie dies bei Systemen der Fall ist, die ausschließ­ lich für die Expertendatenverarbeitung bestimmt sind.

Fig. 4 zeigt ein System einer Ausführungsform, bei welcher die Vorverarbeitungseinheit und die Nachverarbeitungseinheit für die Schlußfolgerungen in dem Expertencomputersystem von Fig. 1 untergebracht sind.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Einbringen der Fol­ gerungsdaten in den Folgerungsdatenspeicher 25 mittels einer Verfahrenseingangseinheit 41, worauf durch eine Vorverarbei­ tungseinheit 51 eine Vorverarbeitung erfolgt. Diese Vorver­ arbeitungseinheit 51 führt eine derartige Verfahrensinfor­ mation durch, daß die Information eine Form erhält, welche eine Folgerungsverarbeitung erlaubt. Die Folgerungsverarbei­ tung erfordert oft als Eingang nicht nur eine einfache Ver­ fahrensinformation sondern auch Informationen über Änderungen oder Werte langwährender Verfahrensumstände und Informationen verarbeiteter Ergebnisse von Vielfach-Prozeßsignalen. Aus diesem Grund ist eine Vorverarbeitung erforderlich.

Im allgemeinen sind die Eingabe/Überprüfungsfunktionen ab­ schnittsweise programmiert, auch bei Begrenzung auf die Basisfunktion, so daß dann, wenn Verfahrensdefinitionsda­ ten bereitgestellt werden, keine Notwendigkeit besteht, jedesmal ein neues Programm aufzustellen. Ein derartiger Programmabschnitt kann bei der Vorverarbeitungseinheit Verwendung finden.

Das in der Einheit 27 gespeicherte Schlußfolgerungsergebnis wird durch die Nachverarbeitungseinheit nachverarbeitet. So setzt die Folgerungsnachverarbeitungseinheit 52 das Fol­ gerungsergebnis so um, daß es auf die Ausgangseinheit 42 übergeben werden kann, oder es erfolgt eine solche Umsetzung, daß eine direkte Übergabe auf die Bildschirmeinheit 5 möglich ist. Weil das Folgerungsergebnis in Form von Werten oder Leit­ informationen angegeben wird, ist es erforderlich, den gege­ benen Wert so umzusetzen, daß er auf die Ausgabeeinheit über­ geben werden kann und/oder es ist eine Trägerfunktion für die Übergabe der Leitinformation auf die Bildschirmeinheit notwendig.

Die Ausgangs/Bildschirm-Mensch-Maschine-Folgerungsfunktion für das Verfahren ist oft abschnittsweise programmiert. Ein derartiger Programmabschnitt kann auf die Nachverarbeitungs­ einheit gegeben werden.

Weil bei der Erfindung diese Vorverarbeitungs- und Nachver­ arbeitungseinheiten mit dem Expertensystem gekoppelt sind, kann die Verarbeitung durch eine Echtzeit-Überwachungssteuerungs­ funktion realisiert werden.

Fig. 5 zeigt ein System nach einer weiteren Ausführungsform, wobei die Erfindung in noch konkreterer Weise verwirklicht ist; der durch strichpunktierte Linien umgebene Bereich ent­ spricht dem gleichen Bereich von Fig. 4.

Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der Aufbau dieser Ausführungs­ form zusätzlich zu demjenigen von Fig. 4 eine Systemdefinitions- Überprüfungseinheit 61, eine Systemdefinitions-Speicherein­ heit 64, eine Systemdefinitions-Umsetzungseinheit 65, eine Nachverarbeitungs-Definitions-Speichereinheit 66 und eine Vorverarbeitungsspeichereinheit 67 aufweist.

Die Einheit 61 dient zur Bereitstellung der Systemdefinition auf der Basis besonderer Umstände, die dem Verfahren eigen sind, das in der Floppydisk 62 gespeichert ist. Die durch diese Einheit festgelegte Systemdefinition wird in die Spei­ chereinheit 64 eingespeichert.

Ein tatsächliches Beispiel der Systemdefinition ist nachfol­ gend dargestellt. Wird als Beispiel die Reinigung des Fil­ terbetts einer Abwasseranlage mit drei Filterbetten genommen, dann sind folgende fünf Eingänge erhältlich:
Eingangsdefinitionen:

• 1. Ausgang des Trübungsmessers:
  Stromwert PV Markierung 1.
• 2. Abweichung der mittleren Trübung:
  Abweichung über 30 Minuten im Durchschnitt von 5 Minuten der PV Markierung 2.
• 3. Laufzeit des Filterbetts 1:
  kontinuierliche Einschaltzeit der DI Markierung 10,
  Stromwert.
• 4. Laufzeit des Filterbetts 2:
  kontinuierliche Einschaltzeit der DI Markierung 11,
  Stromwert.
• 5. Laufzeit des Filterbetts 3:
  kontinuierliche Einschaltzeit der DI Markierung 12,
  Stromwert,

wobei PV und DI die Abkürzung für Verfahrenswert bzw. digita­ len Dateneingang darstellen und die Markierungsnummern ledig­ lich zur Unterscheidung dienen.

Diese Verhältnisse drücken die Eingangskennungen und ihre ent­ sprechenden Verfahrensereignisse aus. Soll beispielsweise der Trübungsmesser bezeichnet werden, so erkennt das System dies am Stromwert der PV-Markierung 1.

Die Ausgangssignale im Fall der Reinigung der entsprechenden Filterbette ergeben sich wie folgt:
Ausgangsdefinitionen:

• 1. Reinigungsausgang (Filterbett 1):
  DO-Markierung 10 Start.
• 2.  Reinigungsausgang (Filterbett 2):
  DO-Markierung 21 Start.
• 3.  Reinigungsausgang (Filterbett 3):
  DO-Markierung 22 Start.

Diese Verhältnisse drücken die Ausgangskennungen und ihre ent­ sprechenden Verfahrensereignisse aus. So bestimmt beispielswei­ se ein Reinigungsausgang (Filterbett 1) den Start der DO-Mar­ kierung 20.

Diese Werte bilden die Folgerungs-Vorverarbeitungsdefinition bzw. die Folgerungs-Nachverarbeitungsdefinition.

Die Definition des Grundwissens kann folgendermaßen angegeben werden
"Wenn sich das Filterungsvermögen vermindert, dann soll eine Reinigung des Filterbetts erfolgen, welches die längste Laufzeit hat."

• 1. Verminderung des Filtervermögens:
  eine Trübung über einem vorgebenen Wert deutet einen Anstieg der Trübungstendenz.
  eine Trübung über einem vorgeschriebenen Wert:
  der Trübungsmesser zeigt einen Wert über xxx ppm an.
  Erhöhungstendenz der Trübung:
  Die Abweichung der mittleren Trübung steigt über xxx ppm.
  Trübungsmesser: Eingangsdefinition.
  Abweichung der mittleren Trübung:
  Eingangsdefinition.
  Filterbett mit längster Laufzeit:
  Filterbett mit der längsten Betriebszeit unter den Betriebszeiten von Filterbett 1, Filterbett 2 und Filterbett 3.
  Betriebszeit des Filterbetts 1:
  Eingangsdefinition.
  Betriebszeit des Filterbetts 2:
  Eingangsdefinition.
  Betriebszeit des Filterbetts 3:
  Eingangsdefinition.
  Filterbett:
  Filterbett mit der längsten Betriebszeit.
• 3. Es erfolgt eine Reinigung:
  Es wird ein Reinigungs-Ausgangssignal für das Filterbett mit der längsten Betriebszeit bereitgestellt.
  Reinigungs-Ausgangssignal (Filterbett 1):
  Ausgangsdefinition.
  Reinigungs-Ausgangssignal (Filterbett 2):
  Ausgangsdefinition.
  Reinigungs-Ausgangssignal (Filterbett 39):
  Ausgangsdefinition.

Diese Definition umfaßt, wie oben erwähnt, drei Phasen. Die erste Phase besteht in der Klärung der Frage, was unter Verminderung der Filterfähigkeit verstanden wird, um so festzulegen, welches Eingangssignal bereitgestellt werden soll; die zweite Phase besteht in der Durchführung der Rei­ nigung des Filterbetts mit der längsten Betriebszeit auf der Grundlage der Erfahrung, daß das Filterbett mit der längsten Betriebszeit im allgemeinen am meisten verschmutzt ist; die dritte Phase besteht in der Bereitstellung eines Reinigungs-Ausgangssignals.

Die in der Definitions-Speichereinheit 64 gespeicherte System- Definitionen des Eingangs, des Ausgangs und des Wissensstan­ des werden gemeinsam durch die Definitions-Umsetzeinheit 45 so verteilt, daß sie eine Form erhalten, die sie geeignet macht als Wissensgrundlage für die Vorverarbeitungsdefini­ tion und für die Nachverarbeitungsdefinition. Es erfolgt eine Einspeicherung in die Speichereinheit 29 für die Wis­ sensgrundlage, in die Speichereinheit 67 für die Vorverarbei­ tungsdefinition und in die Speichereinheit 66 für die Nach­ verarbeitungsdefinition.

In der Einheit 30 werden diese Wissensgrundlage, die Vorver­ arbeitungsdefinitionen und die Nachverarbeitungsdefinitionen so umgesetzt, daß sie eine für das Ziehen von Schlußfolgerun­ gen geeignete Form erhalten. Diese Operation besteht aus einer Reihe von Entscheidungsoperationen des vorverarbeiteten - nach­ verarbeiteten Bestimmungsteils der Definitionen und in einem nachfolgenden Ersatz oder Umsetzen der Quellentexte der vorver­ arbeiteten und nachverarbeiteten Verfahrens-Eingangs/Ausgangs- Funktionen. Wenn beispielsweise die Eingangsdefinition des Trübungsmessers bestimmt wird, dann wird diese durch einen Eingangs/Ausgangs-Funktionsquellentext "PVget" (PV-Markierung 1) ersetzt, was einem Unterroutine-Programm entspricht, welches beispielsweise in C-Sprache geschrieben ist. Dieses Unterrouti­ ne-Programm drückt ein tatsächliches Ereignis aus, so daß in diesem Fall der Stromwert der PV-Markierung 1 erhalten wird.

Andererseits werden in der Folgerungs-Vorverarbeitungseinheit 51 und der Folgerungs-Nachverarbeitungseinheit 52 Eingangs/Aus­ gangs-Funktionen entsprechend Operationsfolgen bereitgestellt, die von der Einheit 30 durchführbar sind. Wenn die Einheiten 51 Eingangsdaten empfangen, dann wird eine entsprechende Ein­ gangsfunktion mit den Eingangsdaten verknüpft und auf die Ein­ heit 26 gegeben. Wenn die Einheit 52 Ausgangsdaten empfängt, dann wird eine entsprechende Ausgangsfunktion mit den Ausgangs­ daten verknüpft und die Ausgangsoperation durchgeführt.

Durch diesen Aufbau ist es möglich, durch bloße Änderung der Systemdefinition die Wissensgrundlage, die Vorverarbei­ tungsdefinition und die Nachverarbeitungsdefinition in ge­ wünschter Weise zu ändern, ohne daß es erforderlich wäre, spezielle Programme aufzustellen.

Die Eingangs/Ausgangs-Funktionen können in der Folgerungs­ einheit 26 bereitgestellt werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei welcher die Konfiguration von Fig. 5 auf das Experten-Datenverarbeitungs­ system und das Echtzeit-Verarbeitungssystem aufgeteilt ist, wobei diejenigen Komponenten, die denjenigen von Fig. 5 ent­ sprechen, mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind und auch auf eine nochmalige Erläuterung verzichtet wird.

Weil die Konfiguration dieser Ausführungsform in zwei Teile aufgeteilt ist, unterscheidet sie sich von der Ausführungs­ form nach Fig. 5 durch einige Komponenten, nämliche eine Definitions-Informationsausgangseinheit 68 zur Abgabe einer umgesetzten Systemdefinition, einer Folgerungsdaten-Eingangs­ einheit 53 zur Annahme des vorverarbeiteten Ergebnisses der Folgerungs-Vorverarbeitungseinheit 51, und einer Folgerungs- Ergebnisausgangseinheit 54 zur Überführung des in der Folge­ rungs-Ergebnisspeichereinheit 27 gespeicherten Folgerungs­ ergebnisses in die Folgerungs-Nachverarbeitungseinheit 54, wobei diese Komponenten auf der Seite des Experten-Daten­ verarbeitungssystems vorgesehen sind. Weil die Folgerungs- Starteinheit 23 durch ein Ausgangssignal der Folgerungs-Vor­ verarbeitungseinheit 51 gestartet wird, erfolgt ein automa­ tischer Start eines Folgerungsvorgangs dann, wenn die Vorver­ arbeitungsdefinition geändert wird.

Die Fig. 7 und 8 sind Blockschaltbilder zur Erläuterung des Aufbaus der Vorverarbeitungseinheit und der Nachverarbeitungs­ einheit. Fig. 7 zeigt den Aufbau für das Echtzeit- Überwachungssteuerungssystem mit Verfahrenssteuereinheit, und Fig. 8 zeigt den Aufbau mit einem Verarbeitungssystem als Echtzeit-Funktionseinheit und ein Verarbeitungssystem als Experten-Funktionseinheit, einschließlich Schlußfolge­ rungseinheiten 140, die voneinander getrennt sind; außerdem ist eine Verbindungsfunktionseinheit 130 vorgesehen, welche die Verbindung zwischen den gesonderten Einheiten herstellt.

Die Verfahrenssteuereinheit 100 der Funktionseinheiten von Fig. 7 führt die Expertensteuerung durch.

Bei den Ausführungsformen nach diesen Figuren werden die von der Verfahrens-Eingangseinheit 41 aufgenommenen Verfah­ renswerte einer Überprüfung dahingehend unterworfen, ob ei­ ne Verfahrensänderung vorliegt, und zwar durch einen Ver­ fahrensdetektorabschnitt 111 über den Verfahrensdateneingang 43. Sind die Verfahrenswerte in einen Speichereinheitsab­ schnitt eingespeichert, dann werden sie so verarbeitet, daß sie die Form von Eingabedaten erhalten, und zwar in einem Eingabeverarbeitungsabschnitt 113, worauf sie in einen Spei­ cherabschnitt 114 eingespeichert werden. In anderen Worten, der Verfahrensdaten-Speicherabschnitt nimmt die erforderliche Datenverarbeitung vor, beispielsweise die Umformung von Ana­ logdaten in binäre Ziffern, die dann einen normalen bzw. ei­ nen unnormalen Zustand bezeichnen, und zwar unter Verwendung eines vorbestimmten Kriteriums oder eine Majoritätsentschei­ dung, wenn eine Vielzahl von Eingangsdaten empfangen wird. Der Eingabeverarbeitungsabschnitt bzw. Ablageverarbeitungs­ abschnitt nimmt fortlaufend Verfahrenswerte zu jedem vorgege­ benen Intervall auf und gibt diese in den vorgegebenen Bereich des Eingabe (Ablage)-Datenspeicherabschnitts. Die im Abschnitt 114 gespeicherten Eingabedaten werden so umgestellt, daß sie eine Form erhalten, die es ermöglicht, daß sie durch ei­ ne Ausgangsverfahrenseinheit 44 ausgedruckt werden können. Die so umgestellten Eingabedaten werden somit dem Drucker 9 zugeführt, in welchem sie verarbeitet werden. Andererseits werden diese Eingabedaten einem statistisch-analytischen Verarbeitungsabschnitt 115 zugeführt, in welchem eine nu­ merische Rechenoperation erfolgt, die für die Eingangsde­ finitionen erforderlich ist. Diese numerischen Berechnun­ gen stellen Standardableitungen dar, beispielsweise zur Mittelwertbildung. Das erhaltene Ergebnis wird in einem statistisch-analytischen Datenspeicherab­ schnitt 116 eingespeichert und auf einem Bildschirm 7 dargestellt, und zwar über einen statistisch-analytischen Wiedergabe-Verarbeitungsabschnitt 45. Die entsprechenden Ausgangssignale des Verfahrens-Detektorbereichs 111, des Verfahrensdaten-Speicherabschnitts 112, des Eingabedaten- Speicherabschnitts 114 und des statistisch-analytischen Datenspeicherabschnitts 116 werden direkt auf die Verfah­ renssteuereinheit 100 von Fig. 7 gegeben. Andererseits wer­ den sie einer Folgerungseinheit 140 über eine Verbindungs­ einheit 130 (Fig. 8) zugeführt, wo eine Schlußfolgerung in Art einer Expertenentscheidung durchgeführt wird.

Das Folgerungsergebnis wird einem Führungsausgang-Verfah­ rensabschnitt 121, einem Befehlsausgang-Verfahrensabschnitt 122 und einem Verfahrensdaten-Ausgangsabschnitt 123 zuge­ führt, wobei sich diese Komponenten in der Nachverarbei­ tungseinheit 120 befinden. Es gibt einige Arten von Ausgangs­ verfahrensdaten, wie etwa Daten, die sich auf den Start- Stop-Betrieb von Einheiten beziehen, sowie Daten, die sich auf die Steuerung festgelegter Werte beziehen. Die Führung bzw. Anleitung wird auf dem Bildschirm 6 visuell dargestellt, die Nachricht bzw. der Befehl wird visuell durch den Bild­ schirm 5 und den Drucker 8 dargestellt, und die Prozeßdaten werden ein zweites Mal über die Verfahrensausgangseinheit 42 dem Verfahren zugeführt.

Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird also selbst dann, wenn eine Änderung im Systemprozeß aufgetreten ist, nur eine Änderung bzw. Abänderung der Systemdefinition erforderlich sein, um die Wissensgrundlage und die Definitionen der Vor- und Nachverarbeitungsvorgänge automatisch zu ändern, so daß es nicht erforderlich wird, die Vor- und Nachverarbeitungsvorgänge zu ändern. Darüber hinaus kann die Darstellung des Schlußfolgerungsergebnisses des Expertensystems durch die Darstellungsmethoden der Echt­ zeit-Überwachungssteuerfunktion in konventioneller Weise übernommen werden. Insbesondere kann das Expertensystem realisiert werden, das gegenüber der üblichen Echtzeit- Überwachungssteuerfunktion eine geringe Möglichkeit hat, ein Gefühl der physikalischen Störung zu geben.

Claims (7)

1. Echtzeit-Expertencomputersystem, das eine Experten- Datenverarbeitung für das Ziehen von Schlußfolge­ rungen aus Folgerungsdaten unter Verwendung eines Wissensstan­ des sowie eine normale Betriebs-Datenverarbeitung auf Echt­ zeit-Basis ermöglicht, gekennzeichnet durch ein erstes Computersystem zur Durchführung der normalen Be­ triebs-Datenverarbeitung und zum Sammeln und Abgeben der Fol­ gerungsdaten, und durch ein zweites Computersystem mit einer Folgerungsdaten-Steuereinheit zum Steuern der vom ersten Com­ putersystem abgegebenen Folgerungsdaten, mit einer Wissens­ stand-Speichereinheit zum Speichern der Wissensdaten für die Durchführung von Schlußfolgerungen, mit einer die Schlußfol­ gerungen durchführenden Einheit unter Verwendung der Folge­ rungsdaten und auf der Basis des gespeicherten Wissensstandes, und mit einer Folgerungsergebnis-Ausgangseinheit zur Abgabe des Ergebnisses der von der Schlußfolgerungseinheit gezogenen Schlüsse, wobei das erste Computersystem die normale Betriebs- Datenverarbeitung unter Verwendung des vom zweiten Computer­ system abgegebenen Schlußfolgerungsergebnisses durchführt.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Computersystem durch Ver­ bindungselemente miteinander verbunden sind.

3. Echtzeit-Expertencomputersystem, gekennzeichnet durch eine Vorverarbeitungseinheit zur Eingabe von Folgerungsdaten und zum Umsetzen dieser Daten in eine derarti­ ge Form, daß aus ihnen auf der Grundlage von Vorverarbeitungs­ definitionen Schlußfolgerungen ziehbar sind, eine Folgerungs­ daten-Speichereinheit zur Speicherung der von der Vorverarbei­ tungseinheit vorverarbeiteten Folgerungsdaten, eine Wissensstand- Speichereinheit zum Speichern des Wissensstandes, der als Grundlage für die Durchführung von Schlußfolgerungen dient, eine Schlußfolgerungseinheit zum Ziehen von Schlußfolgerun­ gen unter Verwendung der Folgerungsdaten und auf der Grundla­ ge des im Wissensstand-Speicher gespeicherten Wissens, eine Nachverarbeitungseinheit zur derartigen Verarbeitung der von der Schlußfolgerungseinheit erhaltenen Folgerungsergebnisse, daß diese als Signale auf der Grundlage von Prozeßdefinitio­ nen abgebbar sind, eine Systemdefinition-Überprüfungseinheit zur Erzeugung einer Systemdefinition, die repräsentativ für den Status des Systems ist, und durch eine Systemdefinition- Umsetzeinheit zum Aufteilen der Systemdefinition auf die Wissensbasis, der Vorverarbeitungsdefinition und der Nachver­ arbeitungsdefinition auf der Grundlage der erzeugten System­ definition, wobei die Dateneingabe und die Datenabgabe auf Echtzeit-Basis erfolgen und die Experten-Datenverarbeitung dazwischen durchgeführt wird.

4. Echtzeit-Expertencomputersystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schlußfolgerungs-Start­ einheit, welche der Schlußfolgerungseinheit erlaubt, aus von der Vorverarbeitungseinheit abgegebenen Daten Schlüsse zu ziehen.

5. Echtzeit-Expertencomputersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aufge­ teilt ist, derart, daß die Vor- und die Nachverarbeitungs­ einheit als Echtzeit-Verarbeitungseinheit und andere Teile als Experten-Verarbeitungseinheiten dienen, wobei eine Ein­ gangs/Ausgangs-Schnittstelle im äußeren Bereich vorgesehen ist, die einen Datenaustausch zwischen den beiden Verarbei­ tungseinheiten erlaubt.

6. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverarbeitungseinheit einen Ereignisdetektor­ abschnitt, der Änderungen der Verfahrensdaten ermittelt, ei­ nen Verfahrensdaten-Speicherabschnitt, in welchem die Ver­ fahrensdaten gespeichert werden, einen Eingabeverfahrensab­ schnitt, der den Speicherbereich für die Eingabe der Verfah­ rensdaten festlegt, einen Eingabedatenspeicherabschnitt, ei­ nen statistisch-analytischen Verfahrensabschnitt, der eine statistisch-analytische Verarbeitung vornimmt, die für die Eingangsinformationen erforderlich ist, und einen statistisch- analytischen Datenspeicherabschnitt aufweist, der das Ergebnis des statistisch-analytischen Verfahrensabschnitts speichert.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachverarbeitungseinheit einen Anleitungs-Aus­ gangsverarbeitungsabschnitt, der auf der Grundlage des Schluß­ folgerungsergebnisses eine Anleitung abgibt, einen Befehl-Aus­ gangsverarbeitungsabschnitt, der aus dem Schlußfolgerungsre­ sultat Befehle bzw. Meldungen abgibt und einen Verfahrensdaten­ ausgangsabschnitt aufweist, der Verfahrensdaten auf der Grund­ lage des Schlußfolgerungsergebnisses abgibt.