DE4116309C2 - Steuerverfahren für eine Produktionsanlage unter Durchführung eines Inferenzvorganges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm, das eine Ausbildung eines bekannten Produktionssystems darstellt, das bei­ spielsweise auf Seite 49 des "Expert System Introduc­ tion Actual Practice Guide" vom 4. Oktober 1988, ver­ öffentlicht von Denki Shoin, beschrieben ist.

Das Produktionssystem enthält eine Wissensbasiseinheit 1 zum Speichern einer Wissensbasis, die als ein Satz von Arbeitsregeln definiert ist. Mit der Wissensbasis­ einheit 1 ist ein Arbeitsspeicher 2 verbunden, der als ein Bereich zum vorübergehenden Speichern einer Zwi­ schenhypothese anzusehen ist, die zu modifizieren (die Modifikation schließt ein Neuschreiben und Addieren ein) und anhand der Arbeitsregeln der Wissensbasis aus­ zuführen ist. Mit der Wissensbasiseinheit 1 und dem Arbeitsspeicher 2 ist eine Inferenzmaschine 3 verbun­ den, um die Arbeitsregeln entsprechend den Inhalten des Arbeitsspeichers 2 aus der Wissensbasis anzuwenden.

Es erfolgt eine Beschreibung der Arbeitsweise.

Eine für die Inferenz benutzte Arbeitsregel wird aus denen, die in der Wissensbasiseinheit 1 gespeichert sind, ausgewählt.

In dem Produktionssystem gibt der Arbeitsspeicher 2, der vorübergehend die im Verlauf der Inferenz erhaltene Zwischenhypothese speichert, einen gegenwärtigen Status wieder.

Die Inhalte des Arbeitsspeichers 2 werden den Bedingun­ gen, die in einen Bedingungsteil der in der Wissensba­ siseinheit 1 gespeicherten Arbeitsregel eingeschrieben sind, angepaßt. Wenn als Bedingungen mit den Inhalten des Arbeitsspeichers 2 übereinstimmen, wird die Ar­ beitsregel als eine anwendbare ausgewählt.

Wenn eine Mehrzahl von Arbeitsregeln ausgewählt ist, wird weiterhin eine dieser Arbeitsregeln ausgewählt.

Die eine hieraus ausgewählte Arbeitsregel wird gezündet (angewendet), und dann wird ein in einen Prozeßteil geschriebener Vorgang durchgeführt.

Die Inhalte des Arbeitsspeichers 2 sind so neu ein­ schreibbar.

Danach wird der Zyklus wiederholt. Wenn kein einzelnes Stück von anwendbarer Arbeitsregel verblieben ist, oder wenn ein Beendigungsbefehl, der in den Prozeßteil der gezündeten Arbeitsregel eingeschrieben ist, durchge­ führt wird, wird die Inferenz beendet.

Das bekannte Inferenzsystem ist in vorbeschriebener Weise ausgebildet. Wo die Anzahl der Objekte bzw. End­ geräte für die Inferenz gleich 1 ist, ist das System wirksam. Im Fall einer Fabriksteuerung, für die das System tatsächlich angewendet wird, existiert eine Vielzahl (mehrere hundert oder sogar mehrere tausend) von Motoren oder Ventilen einer Art als Endgeräte. Aus diesem Grund ist, wenn das System direkt für eine Fa­ briksteuerung eingesetzt wird, die Ausbildung wie in Fig. 5 dargestellt. Die Wissensbasiseinheit 1 und die Arbeitsspeicher 2 werden erheblich vergrößert. Dies erfordert den Einsatz eines Speichers mit hoher Kapazi­ tät. Außerdem ist es während der Durchführung der Infe­ renz für ein Endgerät nicht zulässig, die Inferenz an­ derer verbleibender Endgeräte durchzuführen, bis die Anpassung mit allen Arbeitsregeln der Wissensbasis beendet ist. Die Fabriksteuerung, bei der eine On-Line- Inferenz erforderlich ist, stellt ein solches Problem dar, daß die Erfassung eines Fehlers verzögert wird.

Demgemäß ist es zur Vermeidung der vorbeschriebenen Probleme die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren für eine Produktionsanlage unter Durch­ führung eines Inferenzvorganges für die Steuerung einer Vielzahl von Endgeräten im On-Line-Verfahren, wobei die Endgeräte für die Durchführung von Arbeitsvorgängen vorgesehen sind, durch Verwendung einer gespeicherten Wissensbasis, die als ein Satz von Arbeitsregeln, die für eine Vielzahl von Endgeräten einer Art geschrieben sind, ausgebildet ist, und von Steuerparametern, die für die individuellen Endgeräte vorbereitet und erfor­ derlich sind, wenn eine Arbeitsregel der Wissensbasis angewendet wird, anzugeben, das in der Lage ist, eine modulare On-Line-Steuerung aller Endgeräte durchzufüh­ ren, so daß eine Verzögerung einer Fehlererfassung ver­ mieden und eine Reduzierung der notwendigen Speicher ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ male. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Steuerverfahren ist gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:

• (a) automatische Auswahl der anzuwendenden Arbeitsre­ gel aus der Wissensbasis;
• (b) automatische Auswahl des Endgerätes, das dem Infe­ renzvorgang unterworfen wird;
• (c) automatische Auswahl der Steuerparameter für das ausgewählte Endgerät aus einer von der Wissensba­ sis getrennt verwalteten Parameterspeichereinheit;
• (d) automatische Anpassung der ausgewählten Arbeits­ regel an die ausgewählten Steuerparameter;
• (e) Durchführung des Inferenzvorganges für das ausge­ wählte Endgerät durch automatische Entscheidung der Anwendbarkeit der ausgewählten Arbeitsregel;
• (f) Wiederholen der Schritte (b), (c), (d) und (e) für alle Endgeräte; und
• (g) Wiederholen der Schritte (a) bis (f) für alle Ar­ beitsregeln.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Illustration des Steuerverfahrens gemäß einem Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 und 3 Flußdiagramme, die den Ablauf des erfin­ dungsgemäßen Steuerverfahrens erläutern,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines bekannten Pro­ duktionssystems, und

Fig. 5 ein Blockdiagramm eines bekannten Pro­ duktionssystems mit einer Vielzahl von Endgeräten.

Gemäß Fig. 1 enthält ein Inferenzsystem eine Wissens­ basiseinheit 1, die eine Wissensbasis speichert, die aus einem Satz von Arbeitsregeln besteht, in denen dia­ gnostische Inhalte einer Vielzahl von Endgeräten einer Art auf der Grundlage von Produktionsregeln in zum Bei­ spiel WENN-DANN-Form ausgedrückt sind. Verbunden mit der Wissensbasiseinheit 1 ist eine Arbeitsspeicher­ auswahleinheit 2b zur Durchführung des Lesens und Schreibens durch Auswahl nur eines Arbeitsspeichers des gegenwärtigen Endgerätes zur Benutzung, wenn das gegen­ wärtige Endgerät modifiziert und ausgeführt wird auf der Grundlage der Arbeitsregel der Wissensbasis.

Eine Arbeitsspeichereinheit 2a ist definiert als eine Ansammlung von Arbeitsspeichern. Vorbereitet in diesem Arbeitsspeicher pro Endgerät ist ein Bereich zum vor­ übergehenden Speichern jeder Zwischenhypothese, die zu modifizieren und auszuführen ist anhand der Arbeitsre­ gel der Wissensbasis mit einem Fortschreiben der Infe­ renz von jedem der Vielzahl von Endgeräten.

Das Inferenzsystem enthält weiterhin eine Parameter­ speichereinheit (4a), die als eine Ansammlung von Spei­ cherbereichen anzusehen ist, die pro Endgerät vorberei­ tet sind, zum Speichern einer Vielzahl von Attributwer­ ten der jeweiligen Endgeräte. Diese Attributwerte sind erforderlich, wenn die Arbeitsregeln der Wissensbasis­ einheit 1 auf die Vielzahl von Endgeräten angewendet werden. Eine Parameterauswahleinheit 4b ist mit der Parameterspeichereinheit 4a verbunden. Die Parameter­ auswahleinheit 4b bereitet eine Wissensbasis vor ent­ sprechend einem neuen Endgerät durch selektives Lesen nur des Parameters eines neuen Endgerätes, wann immer das gegenwärtige Endgerät ersetzt wird, und weiter durch Einsetzen dieser Parameter in eine Gruppe von Arbeitsregeln der Wissensbasiseinheit 1.

Eine Inferenzmaschine 3 ist mit der Wissensbasiseinheit 1, der Arbeitsspeicherauszahleinheit 2b und der Parame­ terauswahleinheit 4b verbunden. Die Inferenzmaschine 3 wendet die Arbeitsregel aus der Wissensbasis entspre­ chend den Inhalten des Endgeräte-Arbeitsspeichers des gegenwärtigen Endgerätes der Arbeitsspeicherauswahlein­ heit 2b an. Dieser Anwendungsvorgang wird ausgeführt durch Vorbereitung der neuen Wissensbasis entsprechend dem gegenwärtigen Endgerät aus der Parameterspeicher­ einheit 4a und der Wissensbasiseinheit 1 und weiterhin durch Betätigung der Arbeitsspeicherauswahleinheit 2b.

Die Arbeitsweise dieses Inferenzsystems wird in Verbin­ dung mit den Flußdiagrammen nach Fig. 2 und 3 erläu­ tert.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, daß die Inferenzmaschine 3 sich noch in einem nicht ausge­ führten Status der Inferenz befindet. Es wird auch an­ genommen, daß die Parameterauswahleinheit 4b und die Arbeitsspeicherauswahleinheit 2b, die noch nicht arbei­ ten, sich in einem Zustand befinden, in dem das Setzen der Anfangswerte beendet ist (ein Zustand vor Arbeits­ beginn).

Wenn die Bedienungsperson zuerst die Inferenzmaschine 3 startet (Schritt S1), gibt diese Instruktionen, um eine Regelnummer zu initialisieren (Schritt S2), macht ein Inkrement (Schritt S2A) und initialisiert eine Endgerä­ tenummer (Schritt S3). Die Inferenzmaschine 3 infor­ miert dann die Parameterauswahleinheit 4b, um die Para­ meter zu laden (Schritt S4).

Die Parameterauswahleinheit 4b liest eine Vielfalt von Attributwerten des ersten Endgerätes von einem Parame­ ter 1 der Parameterspeichereinheit 4a (Schritt S5). Diese Attributwerte werden in der Wissensbasiseinheit 1 gesetzt (S6). Die Parameterauswahleinheit 4b bereitet eine Wissensbasis entsprechend dem ersten Endgerät vor und informiert die Inferenzmaschine 3 vom Ende dieser Vorbereitung (Schritt S7).

Nach Erhalt dieser Information (Schritt S8) zeigt die Inferenzmaschine 3 der Arbeitsspeicherauswahleinheit 2b an, einen Arbeitsspeicher auszuwählen (Schritt S9).

Auf der Grundlage dieser Anzeige wählt die Arbeitsspei­ cherauswahleinheit 2b einen Arbeitsspeicher 1 für das erste Endgerät aus der Arbeitsspeichereinheit 2a aus (Schritt S10). Die Inferenzmaschine 3 wird über die Beendigung der Auswahl informiert (Schritt S11). Mit dieser Anordnung wird das Inferenzsystem für das erste Endgerät ausgestaltet.

Nach Erhalt der Information über die Beendigung dieses Vorgangs (Schritt S12) beginnt die Inferenzmaschine 3 eine Anpassung hinsichtlich der ersten Arbeitsregel zwischen den in der Wissensbasiseinheit 1 gespeicherten Arbeitsregeln (Schritte S13, S14).

Wenn das angepaßte Ergebnis anwendbar ist, wird die Arbeitsregel angewendet bzw. gezündet (Schritt S15). Diese Folge der Ausführung wird von der Arbeitsspei­ cherauswahleinheit 2b in einen Speicherbereich eines Arbeitsspeichers 1 der Arbeitsspeichereinheit 2a einge­ schrieben. Nach Beendigung des Schreibvorgangs (Schritt S16) informiert die Arbeitsspeicherauswahleinheit 2b die Inferenzmaschine 3 entsprechend (Schritt S17).

Nach Empfang der Schreibbeendigungsinformation (Schritt S18) beurteilt die Inferenzmaschine 3, ob die Anpassung der ersten Arbeitsregel der Wissensbasiseinheit 1 in bezug auf alle Endgeräte durchgeführt wurde oder nicht (Schritt S19).

Wenn die Anpassung der ersten Arbeitsregel der Wissens­ basiseinheit 1 in bezug auf alle Endgeräte noch nicht beendet ist, kehrt der Vorgang zum vorhergehenden Schritt S4 zurück zur Anpassung mit der nächsten Gruppe von Endgeräten. Die Anpassung mit der nächsten Gruppe von Endgeräten wird in der vorbeschriebenen Weise wie­ derholt durchgeführt.

Wenn die Anpassung der ersten Arbeitsregel der Wissens­ einheit 1 in bezug auf alle Endgeräte beendet ist, wird geprüft, ob die Anpassung aller Arbeitsregeln beendet ist oder nicht (Schritt S20). Wenn nicht, wird als nächstes die anzupassende Arbeitsregel auf den neuen Stand gebracht (Schritt S2A). Um die Anpassung mit dem ersten Endgerät zu beginnen, wird diese wiederholt in der vorbeschriebenen Weise durchgeführt, wobei der vor­ genannte Schritt S3 durchlaufen wird.

Diese Vorgänge werden wiederholt, und es folgt, daß die Anpassung aller Arbeitsregeln der Wissensbasiseinheit 1 mit allen Endgeräten vollendet wird. Hierdurch werden die Inferenzergebnisse mit Bezug auf die Vielzahl von Endgeräten erhalten (Schritt S21).

Wenn das abgeleitete Ergebnis nicht anwendbar ist, wird im Schritt S15 die Inferenzmaschine 3 von einem Blind­ ende (Schritt S22) informiert.

Es ist zu beachten, daß die Arbeitsspeicherauswahlein­ heit 2b in eine Arbeitsspeicher-Informationsbehand­ lungseinheit und eine Arbeitsspeicher- Zugriffseinheit unterteilt werden kann. Die Arbeitsspeicher-Informa­ tionsbehandlungseinheit übermittelt und empfängt die Informationen zu und von der Inferenzmaschine 3 und wählt den Arbeitsspeicher aus. Die Arbeitsspeicher-Zu­ griffseinheit liest und schreibt die Information aus dem und in den Arbeitsspeicher.

Es ist auch möglich, die Parameterauswahleinheit 4b in eine Parameter-Informationsbehandlungseinheit und eine Wissensbasis-Vorbereitungseinheit zu unterteilen. Die Parameter-Informationsbehandlungseinheit übermittelt und empfängt die Information zu und von der Inferenzma­ schine 3 und wählt weiterhin die Parameter aus. Die Wissensbasis-Vorbereitungseinheit bereitet eine Wis­ sensbasis entsprechend dem Endgerät durch Verwendung der ausgewählten Parameter vor.

Daneben kann eine Funktion der Parameterauswahleinheit 4b auf die Parameter-Informationsbehandlungseinheit begrenzt sein. Die Wissensbasiseinheit 1 kann die Wis­ sensbasis-Vorbereitungseinheit enthalten. Die Inferenz­ maschine 3 kann in eine Inferenzmaschinen-Ausführungs­ einheit zur tatsächlichen Ausführung der Inferenz und eine Inferenzmaschinen-Behandlungseinheit zur Übertra­ gung und zum Empfang der Informationen zu und von der Arbeitsspeicher-Auswahleinheit 2b und der Parameteraus­ wahleinheit 4b teilbar sein.

Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel wird nach Beendigung der Anpassung des Zustandsteils der Arbeits­ regel hinsichtlich jedes der Endgeräte der Vorgang, wenn der gezündet bzw. angewendet werden kann, unmit­ telbar von dem Prozeßteil ausgeführt. Der Arbeitsablauf ist nicht hierauf beschränkt. Nur der Anpassungsvorgang des Zustandsteils wird vorher durchgeführt. Die Anpas­ sungsergebnisse werden als anwendbare Kennzeichen in der Inferenzmaschine 3 oder der Parameterspeicherein­ heit 4a gespeichert. Nach Beendigung der Anpassung einer Arbeitsregel mit allen Endgeräten werden die Da­ ten der anwendbaren Kennzeichen nacheinander ausgele­ sen. Für die ausgewählten Endgeräte wird die vorher angepaßte Arbeitsregel gezündet durch Betätigung der Arbeitsspeichereinheit 2a und der Parameterauswahlein­ heit 4b. Nur eine oder eine Mehrzahl von Arbeitsregeln aus denjenigen mit den anwendbaren Kennzeichen werden gezündet gemäß den vorbestimmten Zuständen (der gleiche Vorgang wie die herkömmliche Konfliktlösung wird durch­ geführt). Eine Reihe von in den Flußdiagrammen der Fig. 2 und 3 gezeigten Operationen kann wiederholt werden, bis sich Beendigungsbedingungen eingestellt haben.

Die Art der Speicherung der Arbeitsregeln der Wissens­ basiseinheit 1 ist auf eine hierarchische Struktur ge­ gründet, in der ein Satz von Arbeitsregeln (Regelgrup­ pe) entsprechend den Kategorien klassifiziert ist, und das durch eine Regelgruppe abgeleitete Ergebnis schreibt eine Verbindung mit der nächsten Regelgruppe vor. Auf der Grundlage dieser Struktur wird die Infor­ mation über die Gruppe und den Namen der anzupassenden Arbeitsregel zur Inferenzmaschine 3 oder der Parameter­ speichereinheit 4a gegeben. Wenn die Inferenz fort­ schreitet, wird die Gruppen/Namensinformation der ge­ genwärtig anzupassenden Arbeitsregel in bezug auf die individuellen Endgeräte gelesen. Mit dieser Anordnung ist es möglich, einer solchen Situation zu entsprechen, daß die an die individuellen Endgeräte anzupassenden Regelgruppen unterschiedlich sind. Als Folge können genauere und angemessenere Ergebnisse in bezug auf die jeweiligen Endgeräte erhalten werden.

Wie dargelegt wurde, zeigt die Erfindung die folgenden Wirkungen. Eine Arbeitsregel der Wissensbasis wird an­ gepaßt durch Auswahl des Arbeitsspeichers und der Wis­ sensbasis für jedes aus der Vielzahl der darin beste­ henden Endgeräte. Es ist möglich, eine Nutzlosigkeit der Speicher des Rechners für die Inferenz der Vielzahl von Endgeräte einer Art in der Fabrik zu verhindern. Zusätzlich kann, während die Inferenz für ein Endgerät durchgeführt wird, die parallele On-Line-Inferenz der Vielzahl von Endgeräten durchgeführt werden, ohne auf die Durchführung der Inferenz anderer verbleibender Endgeräte zu verzichten.

Claims (7)

1. Steuerverfahren für eine Produktionsanlage unter Durchführung eines Inferenzvorganges für die Steuerung einer Vielzahl von Endgeräten im On-Line-Verfahren, wobei die Endgeräte für die Durchführung von Arbeitsvorgängen vorgesehen sind, durch Verwendung einer gespeicherten Wissensbasis, die als ein Satz von Arbeitsregeln, die für eine Vielzahl von Endgeräten einer Art geschrieben sind, ausgebildet ist, und von Steuerparametern, die für die individuellen Endgeräte vorbereitet und erforderlich sind, wenn eine Arbeitsregel der Wissensbasis angewendet wird,
gekennzeichnet durch
die Verfahrensschritte:

• (a) automatische Auswahl der anzuwendenden Ar­ beitsregel aus der Wissensbasis;
• (b) automatische Auswahl des Endgerätes, das dem Inferenzvorgang unterworfen wird;
• (c) automatische Auswahl der Steuerparameter für das ausgewählte Endgerät aus einer von der Wissensbasis getrennt verwalteten Parameter­ speichereinheit;
• (d) automatische Anpassung der ausgewählten Ar­ beitsregel an die ausgewählten Steuerparame­ ter;
• (e) Durchführung des Inferenzvorganges für das ausgewählte Endgerät durch automatische Ent­ scheidung der Anwendbarkeit der ausgewählten Arbeitsregel;
• (f) Wiederholen der Schritte (b), (c), (d) und (e) für alle Endgeräte; und
• (g) Wiederholen der Schritte (a) bis (f) für alle Arbeitsregeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (e) Unterschritte enthält zur Durchführung, wenn die Arbeitsregel anwendbar ist, einer Modifikation und Ausführung für das Endgerät zu dieser Zeit, und zur Beendigung, wenn die Ar­ beitsregel nicht anwendbar ist, der Operation als Blindvorgang.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (e) einen Unterschritt enthält zur Speicherung anwendbarer Kennzeichen für das Endge­ rät zu dieser Zeit, und daß der Schritt (f) einen Unterschritt enthält, um die Modifikation und Aus­ führung an dem ausgewählten Endgerät zu bewirken.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (e) einen Unterschritt enthält zur Speicherung anwendbarer Kennzeichen für das Endge­ rät zu dieser Zeit, und daß

• (h) eine Modifikation und Ausführung an dem aus­ gewählten Endgerät auf der Grundlage der ge­ speicherten anwendbaren Kennzeichen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (h) zum Anwenden wenigstens nur einer Arbeitsregel unter den vorgegebenen Zustän­ den zwischen Arbeitsregeln, die durch die darin gespeicherten anwendbaren Kennzeichen spezifiziert sind, vorgesehen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin die Schritte umfaßt:
Annehmen einer hierarchischen Struktur, in der die Arbeitsregeln der Wissensbasis in Regelgruppen angeordnet sind, die entsprechend einer Mehrzahl von Kategorien klassifiziert sind, so daß ein abgeleitetes Ergebnis erhalten wird durch Anwen­ dung einer Regelgruppe, die eine Verbindung mit der nächsten Regelgruppe vorschreibt, und die Pa­ rameter die Informationen über die Gruppe und den Namen der anzupassenden Arbeitsregel enthalten; und
Inbeziehungsetzen, wenn die Inferenz fortschrei­ tet, der Gruppe und des Namens der zu dieser Zeit anzupassenden Arbeitsregel mit jedem der Endgerä­ te.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Inferenzsystem für jedes individuelle End­ gerät ausgebildet ist, und daß die parallele Infe­ renz für alle Endgeräte durchgeführt wird.