JP3670324B2 - 情報処理装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、視覚的な指示に従って各種の情報を処理する情報処理装置およびたとえば視覚的な指示に従って制御仕様を自動生成する制御プログラム設計支援装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
各種プラントなどを制御するプログラマブルコントローラにあっては、これを有効に作動させるための制御実行プログラムを必要とする。
【0003】
近年では制御実行プログラムを自動生成することが可能となってきた。このことにより、制御実行プログラム自動生成装置の入力となる制御仕様の設計作業がプログラム作成過程の中での支援対象として注目されている。
【0004】
制御仕様の設計方法としては、フローチャート形式で機器の動作の流れを実行順に示す方法が一般的である。また、この方法に対し、入力の際のフローチャート形式の表現と機器動作のイメージとを補間するために、対象機器や加工材料をディスプレイ上に図形を用いて模式的に表し、その図形を操作することにより、視覚的に制御仕様を記述する方法も提案されている。
【0005】
視覚的な指示方法としては、フローチャート形式と類似なレベルの動作レベルの指示方法と、状態空間モデルを背景としたプランニングを用いて指示レベルを高度化した状態指示レベルの指示方法とが提案されている。状態空間モデルを背景とした方法では、特願平4−328997号に示されているように、制御対象となる設備全体の状態と設備を構成する機器の状態とを含み、各状態間を機器の動作と機器間の相互作用を表現した副次的状態遷移と各設備状態を構成機器の状態との接続関係とで関係付けして設備の状態空間を表現したモデルを用いるようにしている。
【0006】
前者の方法では制御対象の動作と動作が終了する状態との指示のやり易さが、また後者の方法では特に初期状態と目標状態との設定作業のやり易さが制御プログラム設計支援装置全体の使い易さに大きく影響する。
【0007】
視覚的な指示方法としては、ボタンやメニュー等を用いて行うのが最も一般的である。これに対し、特開平5−7325号公報に示されているように、メニューを用いずに、ドラッグ・アンド・ドロップのように、対象図形に対する直接的な操作を用いて視覚的な指示を行う方法も提案されている。後者の方法では、操作を受ける図形の組合せによるシステムの挙動を表形式にまとめて定義することが行なわれている。
【0008】
しかしながら、これら従来の視覚的な指示方法、たとえばボタンやメニュー等を用いた方法では、操作数が多くなるとメニュー等の選択作業もユーザにとって大きな負担となることが問題となっている。これに対し、図形への直接的な操作による視覚的な指示方法では、メニューやボタンを用いる場合よりもユーザの操作負担が比較的少ない。しかし、類似の操作の意味が設計者によって異なることが多く、操作から連想されるシステムの挙動もユーザによって異なることから、ユーザによって使い易さの度合いが大幅に異なる問題があった。
【0009】
さらに、操作と挙動とを結び付ける規則については、グラフィックユーザインターフェース(GUI)の設計者がGUI中の図形等の組合せについて全て列挙し、それに対応する挙動を表形式にまとめて定義することが行なわれているが、この作業はGUIが複雑になるにつれて次第にGUI設計者の大きな負担となっている。
【0010】
また、図形を用いた操作を行うものでは、ユーザが行なった操作をシステム(制御プログラム設計支援装置)がどのように解釈したのかは、システムの挙動を見なければユーザには分からない。このように、ユーザの操作誤りがシステムの挙動後になって判明するので、挙動の取消しや,やり直しなどが起こり易く、誤った操作を行なったことによるユーザへの心理的な影響もあり、作業効率低下の原因となっていた。
【0011】
一方、特願平4−328997号では、プランニングの効率をあげるためにスコープという概念を採り入れている。スコープは基本スコープと探索用スコープとがある。基本スコープは制御対象が持つ幾つかの作業目的に対し、どの機器が各作業に参加するかを記述することにより表現され、木構造をなしている。探索用スコープは、設計者が指示した目標状態に至る制御にどの機器が参加するのかを表すもので、機器のリストで表される。状態空間上での状態探索を行なう際には基本スコープから作成される。
【0012】
特願平4−328997号では、複数の作業に重複して参加する機器が多くない場合や、制御において物理的な構成の変化があまりないような対象で、一つあるいは少数の作業単位で収まるような制御仕様の生成には効率良く解を得ることができる。しかし、幾つもの作業に参加するような機器が多く存在する場合や、初期状態から目標状態に至る制御が複数の機器の多くの動作を含む場合、すなわち幾つもの作業を跨ぐような制御を設計者が求めている場合には、効率良く探索範囲を絞り込むのが困難である。
【0013】
また、幾つもの作業を跨ぐような制御を設計者が求めた場合、初期状態と目標状態との間にある作業が必ずしも全てマッチングしない可能性があり、制御に参加すべき機器を必ずしも全て選択できない可能性があった。
【0014】
また、設計者が求めている制御を導くのに巨大な探索範囲を必要とするのかどうか設計者に知らせる術がなかった。また、探索処理が失敗した場合に、無駄な探索が際限なく行なわれるのを防ぐために、時間や探索したパスの長さで制限を加える方法が一般的であるが、この方法では時間や長さの設定によっては、探索が失敗していないのに打ち切られたり、失敗に気付くまでに非常に長い時間や計算機上のリソースをかける結果になるという問題があった
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、対象機器や加工材料をディスプレイ上に図形を用いて模式的に表し、その図形を操作することにより、視覚的に制御仕様を記述できるようにした従来の制御プログラム設計支援装置にあっては、操作数が多くなるにしたがって使い易さが極端に悪化し、ユーザに大きな負担を掛ける問題があった。
【0016】
また、状態空間モデルを背景とし、上述した視覚的な指示手法を採用した制御プログラム設計支援装置にあっては、初期状態から目標状態に至る制御が複数の機器の多くの動作を含む場合等においては、制御仕様の解を効率良く得ることが困難であった。
【0017】
そこで本発明は、画面上での操作の意図を自動的に読取り、意図している動作を実行する機能を備えた情報処理装置を提供することを第1の目的としている。
また、本発明は、上記情報処理装置を応用し、表示対象の初期状態と目標状態とを自動生成し、この初期状態と目標状態とに基づいて制御仕様を生成する制御プログラム設計支援装置を提供することを第2の目的としている。
【0018】
また、本発明は、状態空間モデルを背景とし、たとえば画面上での操作に基づいて制御仕様を生成できるとともに、制御仕様の解を効率良よく得られる制御プログラム設計支援装置を提供することを第3の目的としている。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、対象を表示する画面を備えるとともに上記画面に対する操作が可能な入力手段と、前記画面に表示される前記対象に関するオントロジーと上記オントロジーの語彙を用いて記述したユーザ意図解析用文法とを知識として持つ知識保持手段と、前記画面に対する操作の意図を前記ユーザ意図解析用文法を用いて解析する解析手段と、この解析手段の解析結果に応じた動作を実行する挙動実行手段とを備えた情報処理装置を要旨としている。
【0020】
また、上記第1の目的を達成するために、請求項2に係る発明は、対象を表示する画面を備えるとともに上記画面に対する操作が可能な入力手段と、前記画面に表示される前記対象に関するオントロジーと上記オントロジーの語彙を用いて記述したユーザ意図解析用文法とを知識として持つ第1の知識保持手段と、前記画面に対する操作の意図を前記ユーザ意図解析用文法を用いて解析する解析手段と、この解析手段の解析結果に応じた動作を実行する挙動実行手段と、前記解析手段の解析結果説明文を生成するために前記オントロジーの語彙を用いて記述した確認文生成用文法を知識として持つ第2の知識保持手段と、前記挙動実行手段で動作を実行させる前に前記第2の知識保持手段の文法を用いて上記挙動実行手段の挙動に関する事柄の説明文を生成し、生成した説明文を前記入力手段を介して報知する挙動確認手段とを備えた情報処理装置を要旨としている。
【0021】
なお、対象に関するオントロジーは、上記対象の状態のオントロジーも含むことが好ましい。
【0022】
また、上記第2の目的を達成するために、請求項4に係る発明は、制御対象や加工材料を表示する画面を備えるとともに上記画面に対する操作が可能な入力手段と、前記画面に表示される前記制御対象や加工材料に関するオントロジーと上記オントロジーの語彙を用いて記述したユーザ意図解析用文法とを知識として持つ知識保持手段と、前記画面に対する操作の意図を前記ユーザ意図解析用文法を用いて解析し、解析結果に基づいて表示対象の初期状態と目標状態とを生成する手段と、この手段によって得られた初期状態と目標状態とを基に制御仕様を生成する手段とを備えた制御プログラム設計支援装置を要旨としている。
【0023】
また、上記第2の目的を達成するために、請求項5に係る発明は、制御対象や加工材料を表示する画面を備えるとともに上記画面に対する操作が可能な入力手段と、前記画面に表示される前記制御対象や加工材料に関するオントロジーと上記オントロジーの語彙を用いて記述したユーザ意図解析用文法とを知識として持つ第1の知識保持手段と、前記画面に対する操作の意図を前記ユーザ意図解析用文法を用いて解析し、解析結果に基づいて表示対象の初期状態と目標状態とを生成する手段と、この手段によって得られた初期状態と目標状態とを基に制御仕様を生成する手段と、前記画面に対する操作の意図を解析した結果の説明文を生成するために前記オントロジーの語彙を用いて記述した確認文生成用文法を知識として持つ第2の知識保持手段と、前記制御仕様を生成させる前に前記第2の知識保持手段の文法を用いて前記解析した結果に関する事柄の説明文を生成し、生成した説明文を前記入力手段を介して報知する確認手段とを備えた制御プログラム設計支援装置を要旨としている。
【0024】
なお、制御対象や加工材料に関するオントロジーは、上記制御対象や加工材料の状態のオントロジーも含むことが好ましい。
【0025】
また、上記第3の目的を達成するために、請求項7に係る発明は、制御対象の状態空間のモデル上での探索を行なうことにより制御手順を求める制御プログラム設計支援装置において、制御対象の中の機器をグルーピングし、制御対象の状態によりどの機器のグループが有効かを決定するためのマッチング条件を知識として備えた知識保持手段と、制御対象の初期状態と目標状態とを用いて有効な機器のグループのうちから探索範囲を限定するスコープを決定するスコープ決定手段とを備えている。
【0026】
また、上記第3の目的を達成するために、請求項8に係る発明は、制御対象の状態空間のモデル上での探索を行なうことにより制御手順を求める制御プログラム設計支援装置において、制御対象の中の機器をグルーピングし、制御対象の状態によりどの機器のグループが有効かを決定するためのマッチング条件を知識として備えた知識保持手段と、制御対象の初期状態と目標状態とを用いて前記機器のグループが有効になる順番を決定する手段と、探索された制御対象の状態から有効な機器のグループを切替え、有効な機器のグループに基づいて探索範囲を限定するスコープを決定しては切替えるスコープ決定・切替え手段とを備えている。
【0027】
なお、探索を開始する前に探索の計算量を決定する要因から探索にかかる計算量を見積る見積手段をさらに備えていることが好ましい。
【0028】
また、前記初期状態と前記目標状態とを用いて決定された機器のグループが有効になる順番から探索処理の失敗を予測する予測手段をさらに備えていることが好ましい。
【0029】
【作用】
オントロジーは、哲学では存在論という意味であるが、人工知能では物事を表現する際の基本となる最小単位(プリミティブ)の集合という意味を持っている。さらに、人工知能の一分野の知識処理では、通常は、知識ベース内の知識を記述する語彙として用いる。オントロジーに含まれる各語彙は対象としているドメインやタスクに含まれる概念に対応している。概念に上位下位関係による階層があるようにオントロジーの語彙にも上位下位関係による階層を持つ。
【0030】
オントロジーを定義する具体的な担い手は、通常、オブジェクト指向やフレームシステムの概念に組み込まれている、class 、relation 、function、object、constants といったものをあげることができる。なお、後述する実施例ではオントロジーを、オブジェクト指向プログラミングの概念に基づいたクラスとその階層、あるいはオブジェクト指向データベース(OODB)のスキーマを用いて表現しているものとして説明するが、同様の目的を達成するものであれば、必ずしもオブジェクト指向プログラミングの概念に拘る必要はない。
【0031】
請求項1および2に係る情報処理装置では、表示対象に関するオントロジーとオントロジーの語彙を利用した文法を備えているので、オントロジーの範畴にあるものを表示対象とする限り、GUI設計者がGUIを作成する都度、図形操作と挙動とを結ぶ規則を作らなくても、表示対象がオントロジーのどの概念に属するのかを指定するだけで、所望のGUIを作成することができる。また、ユーザインタフェースの設計者やユーザが異なっても類似の操作の意味が同様に解釈されて実行されるため、操作と挙動との結び付きがどのユーザからも受け入れられ易く、操作数が多くても、その操作がユーザにとって負担となるようなことはない。
【0032】
また、請求項4および5に係る制御プログラム設計支援装置では、制御対象を模式的に表示する画面を作成する都度、図形操作とユーザの意図する制御対象の状態変化とを結ぶ規則を作らなくても、図形の表す制御対象がオントロジーのどの概念に属するのかを指定するだけで、所望のGUIを作成することができるので、GUIの作成効率を向上させることができる。また、操作数が多くても操作がユーザにとって負担となることがなく、設計者やユーザが異なっても類似の操作の意味が同じになり、図形操作と制御対象の状態変化との結び付きがどのユーザからも受け入れられ易くなる。
【0033】
また、請求項7および8に係る制御プログラム設計支援装置では、幾つもの作業に参加するような機器が多く存在する場合や幾つもの作業を跨ぐような制御を設計者が求めている場合にも探索範囲を充分に絞り込めるため、効率の良い探索を行なうことができる。また、幾つもの作業を跨ぐような制御をユーザが求めた場合でも、制御に参加するべき機器を漏らさず選択するため、探索の失敗を防ぐことができる。また、ユーザが求めている制御を導くのに巨大な探索範囲を必要とするのかどうかを、探索を開始する前にユーザに知らせることができるので、不用意に大規模な探索を行なうのを防ぐことができる。
【0034】
【実施例】
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。
【0035】
図1には本発明の第1の実施例に係るユーザの視覚的な操作を解釈して動作する情報処理装置のブロック構成図が示されている。
【0036】
また、図2には図1に示される情報処理装置を応用した第2の実施例に係る制御プログラム設計支援装置のブロック構成図が示されている。この図2に示される装置は、特願平4−328997号で扱っているようなプランニングにより制御プログラムの仕様作成を支援する装置に関連した装置であって、プランニングを行なう際の目標状態を視覚的な操作から得るようにした装置である。
【0037】
後述する説明から判るように、図1に示される装置が備えている知識ベースに対して、図2に示されている装置が備えている知識ベースは、基本構成がそのままで、構成要素がプランニングを行なう際の目標状態を視覚的な操作から得るための要素に特化されたものになっている。また、図1に示される装置の処理を行なう部分に対して、図2に示されている装置の処理を行う部分は、基本的には同様の構成をなし、プランニングを行なう際の目標状態を視覚的な操作から得るための装置に特化されたものになっている。
【0038】
このことからも分かるように、図1および図2に示されている装置を応用することによって、広くユーザの視覚的な操作を解釈して動作するための装置を構築できる。特に、オブジェクト指向あるいはエージェント指向などの概念で扱えるような、個体(あるいはオブジェクト、エージェント)の属性と、その挙動と状態とがはっきりした形で表現できる対象を持つシステムのオペレーションに関する対象知識を扱う装置には容易に適用できる。
【0039】
図1に示されるユーザの視覚的な操作を解釈して動作する情報処理装置は、大きく分けて、知識ベース10と、処理系20とで構成されている。
【0040】
知識ベース10は、少なくとも表示データ11、オントロジー12、ユーザ意図解析用文法13、挙動辞書14、確認文生成用文法15、表示対象状態16、表示対象17の知識を持つ。この知識ベース10の持つ知識は、処理系20における後述する入出力制御部22、ユーザ意図解析部23、ユーザ意図確認部24、挙動実行部25等により参照される。
【0041】
表示データ11は、本実施例装置が扱う表示対象の図形データなどのデータである。この表示データ11の少なくとも一部は、表示対象や表示対象の状態に関するオントロジーの語彙を用いて表現され、表示対象やその状態の変化に伴なって後述する入出力制御部22が表示データを切替えることができるようになっている。
【0042】
オントロジー12は、表示対象とその状態に関するオントロジー化された知識である。このオントロジー12は、表示データ11、ユーザ意図解析用文法13、確認文生成用文法15、挙動辞書14、表示対象状態16、表示対象17等を表現するために用いられるとともに後述するユーザ意図解析部23およびユーザ意図確認部24により参照される。
【0043】
ユーザ意図解釈用文法13は、後述する入出力デバイス21を介してユーザが与える指示からユーザの意図を解析するための文法知識である。解釈に適用される文法規則が決まると、その規則を用いて確認文生成用文法15や挙動辞書14を検索することができる。
【0044】
挙動辞書14は、ユーザの指示を解釈した結果に基づいて後述する挙動実行部25を実行させる挙動の知識である。
【0045】
確認文生成用文法15は、ユーザの指示を解釈した結果をユーザに確認するための文を生成するために用いられる文法知識である。
【0046】
表示対象状態16は、表示対象の状態に関する知識であり、後述する入出力制御部22、ユーザ意図解析部23、ユーザ意図確認部24、挙動実行部25等より参照される。
【0047】
表示対象17は、表示対象に関する知識であり、後述する入出力制御部22、ユーザ意図解析部23、ユーザ意図確認部24、挙動実行部25等より参照される。
【0048】
一方、処理系20は、入出力デバイス21、入出力制御部22、ユーザ意図解析部23、ユーザ意図確認部24、挙動実行部25から構成されている。
【0049】
入出力デバイス21は、ユーザからの指示を受取って入出力制御部22に伝え、入出力制御部22の制御によりユーザに表示画面を出力したり、あるいは文字データや音声データなどを出力する。
【0050】
入出力制御部22は、表示対象17、表示対象状態16、表示データ11等の知識を参照して、入出力デバイス21を制御する。
【0051】
ユーザ意図解析部23は、オントロジー12、ユーザ意図解析用文法13、表示対象17、表示対象状態16の知識等を参照してユーザの意図を解析する。
【0052】
ユーザ意図確認部24は、オントロジー12、確認文生成用文法15、表示対象17、表示対象状態16の知識を参照して、ユーザの意図として装置が解釈したものをユーザに確認を取るための文を生成し、これを入出力制御部22に渡す働きをする。
【0053】
挙動実行部25は、ユーザの指示を解釈した結果に基づいて実行すべき挙動を挙動辞書14から参照し、さらに対象に関する知識や対象の状態に関する知識を参照して挙動を実行する。
【0054】
先に説明したように、図2に示される装置は、図1に示される情報処理装置を応用し、特願平4−328997号で扱っているようなプランニングにより制御プログラムの仕様作成を支援する装置に関連した装置であって、プランニングを行なう際の目標状態を視覚的な操作から得るようにした制御プログラム設計支援装置である。
【0055】
したがって、ここでは図2に示される制御プログラム設計支援装置30の構成を説明した後に、代表して図2に示される装置30の動作を説明する。
【0056】
この図2に示されている制御プログラム設計支援装置30は、鋼板を巻回してコイルを製作するラインおよび製作されたコイルを運搬するラインを持つプラント設備の各機器を制御する制御プログラムの作成に必要な制御仕様の設計支援を対象にしたもので、大きく分けて、知識ベース40と、処理系50とで構成されている。
【0057】
知識ベース40は、少なくとも機器・加工材料表示データ41、オントロジー42、ユーザ意図解析用文法43、目標状態生成手順44、確認文生成用文法45、機器・加工材料・センサ状態46、機器・加工材料・センサ47の知識を持つ。また、この知識ベース40の持つ知識は、処理系50の後述する入出力制御部52、ユーザ意図解析53、ユーザ意図確認部54、目標状態生成部55等により参照される。
【0058】
機器・加工材料表示データ41は、本実施例装置が扱う機器・加工材料の図形データなどの表示データ知識である。このデータの少なくとも一部は、機器・加工材料や機器・加工材料の状態に関するオントロジーの語彙を用いて表現され、機器・加工材料やその状態の変化に伴なって後述する入出力制御部52が表示データを切替えることができるようになっている。
【0059】
オントロジー42は、機器・加工材料・センサとその状態に関するオントロジー化された知識である。このオントロジー42は、機器・加工材料・センサ表示データ41、ユーザ意図解析用文法43、確認文生成用文法45、目標状態生成手順44、機器・加工材料・センサ47、機器・加工材料・センサ状態46等を表現するために用いられるとともに後述するユーザ意図解析部53により参照される。
【0060】
ユーザ意図解釈用文法43は、後述する入出力デバイス51を介してユーザが与える指示からユーザの意図を解析するための文法知識である。解釈に適用される文法規則が決まると、その規則を用いて確認文生成用文法45や目標状態生成手順44を検索することができる。
【0061】
目標状態生成手順44は、ユーザの指示を解釈した結果に基づいて目標状態を生成するための手順となる知識である。この部分には、図30や図32に示すような手順知識が格納されている。
【0062】
確認文生成用文法45は、ユーザの指示を解釈した結果をユーザに確認するための文を生成するのに用いられる文法知識である。
【0063】
機器・加工材料・センサ状態46は、機器・加工材料・センサの状態に関する知識である。この知識は、後述する入出力制御部52、ユーザ意図解析部53、ユーザ意図確認部54、目標状態生成部55等より参照される。
【0064】
機器・加工材料・センサ47は、機器・加工材料・センサに関する知識である。この知識は、後述する入出力制御部52、ユーザ意図解析部53、ユーザ意図確認部54、目標状態生成部55等より参照される。
【0065】
一方、処理部50は、入出力デバイス51、入出力制御部52、ユーザ意図解析部53、ユーザ意図確認部54、目標状態生成部55、初期状態設定部56、制御仕様生成部57から構成されている。
【0066】
入出力デバイス51は、ユーザからの指示を受取って入出力制御部52に伝え、入出力制御部52の制御によりユーザに図11〜図14等に示す画面を出力したり、あるいは文字データや音声データなどを出力するデバイスである。
【0067】
入出力制御部52は、機器・加工材料・センサ47、機器・加工材料・センサ状態46、表示データ41等の知識を参照して、入出力デバイス51を制御する。
【0068】
ユーザ意図解析部53は、オントロジー42、ユーザ意図解析用文法43、対象に関する知識、対象の状態に関する知識等を参照してユーザの意図を解析する。
【0069】
ユーザ意図確認部54は、オントロジー42、確認文生成用文法45、機器・加工材料・センサに関する知識、機器・加工材料の状態に関する知識を参照して、ユーザの意図として装置が解釈したものをユーザに確認を取るための文を生成して入出力制御部52に渡す。
【0070】
目標状態生成部55は、ユーザの指示を解釈した結果に基づいて参照されるべき目標状態生成手順を参照し、さらに機器・加工材料・センサに関する知識や機器・加工材料・センサの状態に関する知識を参照して目標状態生成手順を実行する。
【0071】
初期状態設定部56は、ユーザの指示を解釈した結果に基づいて参照されるべき目標状態生成手順を参照し、さらに機器・加工材料・センサに関する知識や機器・加工材料・センサの状態に関する知識を参照して初期状態を設定する。
【0072】
制御仕様生成部57は、目標状態生成部55から受け取った図26〜図28に示すような目標状態を基に制御仕様を生成する。
【0073】
そして、生成された制御仕様は、制御プログラム生成装置60に与えられる。この制御プログラム生成装置60は、受け取った制御仕様を基に機器・加工材料などの制御対象61の制御プログラムを生成する。
【0074】
なお、この制御プログラム設計支援装置30が出力した目標状態を制御対象61の初期状態の設定にも用いることができる。
【0075】
図3および図4には本実施例装置で用いているオントロジーの語彙の概念階層の一例が示されている。
【0076】
図の中で、機器や加工材料やセンサの下位にあるコイルカーや薄板や停止位置1検出等は機器や加工材料やセンサに関するオントロジーの語彙の一部であり、機器状態の下位にある搭載中や支持中等は機器・加工材料・センサの状態に関するオントロジーの語彙の一部である。
【0077】
このオントロジーの語彙やその構成を、たとえば制御分野でコンセンサスのとれた文献(鉄鋼便覧等)に基づいて構築し、このオントロジーに基づいて後述する図6や図7に示す文法を作成することにより、設計者やユーザによらず、広く標準的な、しかも制御分野一般に用いることのできる操作規則とすることができる。
【0078】
図5にはオントロジーの語彙に含まれる言葉であるコイルカーの定義の一記述例が示されている。
【0079】
図中71はコイルカーが他の知識を記述する際に用いる名前、物理構成、状態図形、コイルカーが扱う加工材料等に関する属性項目であり、72は属性値である。属性値には、薄板や昇降位置状態のようなオントロジーの語彙の言葉や定数や何らかのデータ等が登録される。
【0080】
実装では、クラス属性やインスタンス(オブジェクト)の属性値の型等を用いて行なってもよい。
【0081】
図6および図7には本実施例装置で用いるユーザ意図解析用文法43の知識例が示されている。
【0082】
この文法では、ユーザにより選択された機器や加工材料やセンサが左辺のオントロジーの言葉が表す概念に含まれている場合は、右辺の挙動をユーザが意図していると解釈する。この右辺の項を用いて、確認文生成用文法45や目標状態生成手順(挙動辞書)44の知識を検索することができる。
【0083】
図8〜図10には、確認文生成用文法45の知識例が示されている。
【0084】
本実施例装置では、格文法を用いて記述している。図中101と111と121は、これらの文法規則の各項の格を表している。102と112と122では、各項に当てはまる概念が括弧で括ったオントロジーの言葉により表現され、さらに、この文法を用いて文を生成する場合に各項に付加する付属語をオントロジーの言葉の後に記述している。103と113と123は、これらの文法を適用して生成した文の例である。
【0085】
図11〜図13には、この装置が対象としているプラント設備の機器・加工材料・センサの状態がそれぞれ異なる場合(状態)を表示した画面の例が示されている。この設備を本実施例では出側設備と呼ぶ。
【0086】
この設備の運転の概要を説明すると次のようになる。まず、テンションリールが鉄の薄板を巻き取ってコイル状にする。コイル状に巻かれた薄板が、図中のコイル1とコイル2とコイル3である。コイル1〜3は、No.1出側コイルカーによって順次搬送されてサドルに載せられる。これらの図では、たとえばサドル1が表示されている。コイル1〜3は、サドル1に載せられた後、サドル1ごと別の搬送機器によって他の設備に運ばれる。サドル1に載せられたコイル状の薄板が運び去られるまでは、新たに別のサドルにコイルを載せることができないので、スキッド1およびスキッド2に一旦載せてタイミングを計る。図中では、機器の位置を分かりやすく表示するために、必要に応じて場所を示す図形を表示している。ここでは、この図形をセンサと称している。
【0087】
図14にはプラント設備における別の場所のある場面を表示した画面例が示されている。この設備を本実施例では搬送設備と呼ぶ。
【0088】
この設備の運転の概要を説明すると次のようになる。まず、コイル状の薄板(コイル4やコイル5)がサドルに載せられて運ばれてくる。この図ではサドル5が表示されている。サドル5に載せられたコイル5は、No.6スプールトングによって受け取られて搬送され、スキッド5やスキッド6に載せられる。スキッド上のコイルは、他の機器によって受け取られて他の設備に搬送される。図中では、機器の位置を分かりやすく表示するために、必要に応じて場所を示す図形を表示している。ここでは、この図形をセンサと称している。
【0089】
図11と図14のように異なる種類の機器を用いた設備の画面を表示して操作する場合でも、図3および図4に示したオントロジーの語彙に基づいて記述された図6〜図10の文法が有効に用いられ、新たに図形の組合せによる操作規則を作成しなくてもよい。
【0090】
図15〜図18には、機器・加工材料に関する知識の例が示されている。
【0091】
図中、131,141,151,161は、オブジェクト名、オブジェクトが対応するオントロジーの語彙にある言葉、物理構成、機器・加工材料の表示する時々の状態、機器の持つ状態項目、状態項目が取り得るプリミティブ状態、図形などに関する属性項目である。図中132、142、152、162は属性値である。属性値の図形データは表示データと接続されている。
【0092】
図19〜図22には、機器・加工材料の状態に関する知識の例が示されている。これらの図は、プログラマブルコントローラ上のセンサの状態を表す信号やその信号の論理結合等と対応する、プリミティブな状態を表している。
【0093】
図中、171,181,191,201は、各状態のオブジェクト名、オブジェクトが対応するオントロジーの語彙にある言葉、この状態を持つ機器、この状態の属する状態項目などに関する属性項目を表し、172,182,192,202は属性値を表す。
【0094】
図23および図24にはプリミティブ状態を組合せることで、機器全体としての状態を表わす知識の例が示されている。
【0095】
図中、211,221は、オブジェクト名、オブジェクトが対応するオントロジーの語彙にある言葉、プリミティブ状態の組合せに関する属性項目を表し、212,222はその属性値を表す。
【0096】
図25には加工材料に関する知識の例が示されている。
【0097】
図中、231はオブジェクトが対応するオントロジーの語彙にある言葉やその加工材料を処理中の機器や加工材料の状態や図形等に関する属性項目であり、232はその属性値を表す。
【0098】
ここで、本実施例では、オブジェクト名をオブジェクト識別子のように扱っているが、各知識間を接続することができれば、オブジェクト識別子を用いても他の方法を用いてもよい。
【0099】
図26〜図28には本実施例の制御プログラム設計支援装置の目標状態の例が示されている。本実施例では目標状態を図23のような機器の状態を列挙するのではなく、目標状態が満たすべき条件として扱っている。すなわち、(機器a、状態項目b、プリミティブ状態c)の組みを用いて、「機器aの状態項目bに登録されているプリミティブ状態が、プリミティブ状態cである。」という条件である。このように、本来の目標状態の一部を指定するだけにして目標状態の生成を簡単化している。このため、目標状態を別名、状態探索条件と呼ぶ。
【0100】
図29〜図33を用いて簡単な図形操作から制御対象の目標状態や初期状態の生成や設定する手段について説明する。また、ここで図11と図14のように異なる設備についても共通に同じ文法および手順を用いて処理できることを説明する。
【0101】
図29にはプラントの設備内の機器や加工材料に関するオントロジーの語彙を用いて記述した解析文法を用い、ユーザによる視覚的な指示を受け取ってユーザが意図する挙動を行なうまでの処理手順が示されている。
【0102】
ステップ301において、機器や加工材料の図形を表示した画面(図11、図14)からユーザが機器の図形を選択する。たとえば、図11からはNo.1出側コイルカーとスキッド2上のコイル1、図14からはNo.6スプールトングとサドル5上にあるコイル5を選択する。選択の仕方は、マウスのようなポインティングデバイスを用いて、図形を一つづつ選択してもよいし、機器の図形あるいは加工材料の図形をドラッグ・アンド・ドロップして行なってもよい。
【0103】
ステップ302において、ステップ301で選択された機器および加工材料の対応するオントロジーの語彙にある言葉を検索する。本実施例では、オブジェクト指向プログラミングのクラスを用いて、オントロジーの語彙にある言葉を定義しているため、機器あるいは加工材料を表すオブジェクトの属性項目instance-of からオントロジーの語彙にある言葉を検索する。たとえば、No.1出側コイルカーからはコイルカー、コイル1とコイル5からは薄板、No.6スプールトングからはスプールトングが検索される。
【0104】
ステップ303において、ステップ302で検索されたオントロジーの語彙にある言葉の組合せを満たす文法規則を図6のユーザ意図解析用文法から検索する。たとえば、コイルカーは図3のオントロジーの語彙の階層により、台車型運搬機器と搬送機器と機器の下位概念になるため、コイルカーと台車型運搬機器と搬送機器と機器が左辺の要素にある文法規則(82,83)が検索される。薄板は鉄鋼材料と加工材料の下位概念になるため、薄板、鉄鋼材料、加工材料が左辺の要素にある文法規則(81,82)が検索される。同様にして、スプールトングから文法規則(82,83)が検索される。
【0105】
ステップ304において、ステップ303で検索した文法規則の中から適用する文法規則を決定する。たとえば図11の指示から始まる処理では、コイルカーと薄板により検索された文法規則の積集合をとり、文法規則82が選択される。図14の指示から始まる処理では、スプールトングと薄板により検索された文法規則の積集合をとり、文法規則82が選択される。ここで、文法規則の積集合の要素が複数ある場合は、より特定性の高い、すなわち図3および図4に示されるオントロジーの語彙の階層で、より下位の概念で記述された文法規則を選択する。
【0106】
ステップ305において、ステップ304で選択された文法規則の右辺にある挙動名により挙動辞書から実行する挙動を選択する。図11および図14での指示から始まる処理例では、共に文法規則82の右辺:移載2(受け取る)に対応する処理(図30)が検索される。
【0107】
ステップ306において、ステップ305で検索された処理を実行する。
【0108】
図30には移載2(受け取る)に対応する処理手順が示されている。
【0109】
ステップ401において、加工材料のオブジェクトの属性“loaded-by ”に登録された機器を検索する。たとえば図11の指示から始まる処理では、コイル1について図25のオブジェクトからスキッド2が検索される。
【0110】
ステップ402において、検索された機器の状態項目(“搭載状態”あるいは“支持状態”)から、“加工材料無し状態”の下位概念に属する状態を検索する。たとえばスキッド2に関しては、図16のスキッド2のオブジェクトの属性項目「支持状態」から加工材料無し状態の下位概念「支持無」のインスタンスである「コイル支持無」が検索される。
【0111】
ステップ403において、搬送機器の状態項目“搭載状態”から“加工材料有り状態”の下位概念に属する状態を検索する。たとえば図11の指示から始まる処理では、No.1出側コイルカーについては図15のNo.1出側コイルカーのオブジェクトの属性項目「搭載状態」から加工材料有り状態の下位概念「搭載中」のインスタンスである「コイル搭載中」が検索される。
【0112】
図14の指示から始まる処理では、No.6スプールトングについては図17のNo.6スプールトングのオブジェクトの属性項目「搭載状態」から加工材料有り状態の下位概念「搭載中」のインスタンスである「コイル搭載中」が検索される。
【0113】
ステップ404において、状態探索条件のリストを作成し出力する。出力形式は、たとえば、((搬送機器“搭載状態”加工材料有り状態)(検索された機器“搭載状態”or“支持状態”加工材料無し状態))のようなリスト形式でもよいし、表形式でもよい。図11および図14の指示から始まる処理での状態探索条件を表形式で表すと、それぞれ図26および図27のようになる。
【0114】
ステップ405において、図8の確認文生成用文法“(搬送機器)が(検索された機器)の(加工材料)を受け取る。”にインスタンスオブジェクトのオブジェクト名を当てはめて文を作成し出力する。たとえば図11の指示から始まる処理では、搬送機器にNo.1出側コイルカー、検索された機器にスキッド2、加工材料にコイル1を当てはめて、“No.l出側コイルカーがスキッド2の上のコイル1を受け取る。”という文が作成される。
【0115】
図14の指示から始まる処理では、搬送機器にNo.6スプールトング、検索された機器にサドル5、加工材料にコイル5を当てはめて、“No.6スプールトングがサドル5の上のコイル5を受け取る。”という文が作成される。
【0116】
出力の仕方としては、このまま文字列として出力してもよいし、オントロジーの語彙にある言葉やオブジェクト毎に音声データを保持し、これに加え助詞や指示語の音声データも保持することにより、音声により出力してもよい。また出力した文の履歴を記憶し、参照できる手段を設けるのもよい。
【0117】
なお、ステップ401〜405の処理を繰り返すことで、操作を確認しながら、状態探索条件の(機器状態項目プリミティブ状態)の条件を増やせるようにしてもよい。
【0118】
図31にはプラントの設備内の機器や加工材料に関するオントロジーに加え機器や加工材料の状態に関するオントロジーの語彙も用いて記述した解析文法を用いて、ユ−ザによる視覚的な指示を受けとってユーザが意図する挙動を行なうまでの処理手順が示されている。
【0119】
ステップ501において、機器や加工材料の図形を表示した画面から、ユーザが機器の図形を選択する。たとえば図12からNo.1出側コイルカーとサドル1を選択する。選択の仕方は、マウスのようなポインティングデバイスを用いて図形を一つづつ選択してもよいし、機器の図形あるいは加工材料の図形をドラッグ・アンド・ドロップして行なってもよい。
【0120】
ステップ502において、ステップ501で選択された機器および加工材料の対応するオントロジーの語彙にある言葉を検索する。本実施例では、オブジェクト指向プログラミングのクラスを用いて、オントロジーの語彙にある言葉を定義しているため、機器あるいは加工材料を表すオブジェクトの属性項目instance-of からオントロジーの語彙にある言葉を検索する。たとえばNo.1出側コイルカーからはコイルカー、サドル1からはサドルが検索される。
【0121】
ステップ503において、ステップ502で検索されたオントロジーの語彙にある言葉の組合せを満たす文法規則を図6と図7に示されるユーザ意図解析用文法43から検索する。
【0122】
たとえばコイルカーは、図3のオントロジーの語彙の階層により、台車型運搬機器と搬送機器と機器の下位概念になるため、コイルカーと台車型運搬機器と搬送機器と機器が左辺の要素にある文法規則(82,83,91〜97)が検索される。サドルは、加工材料支持機器と機器の下位概念になるため、サドルと加工材料支持機器と機器が左辺の要素にある文法規則(83,91〜97)が検索される。
【0123】
ステップ504において、ステップ503で検索された文法の中で状態のオントロジーの語彙による制限が加えられた文法について、ステップ501で選択された機器および加工材料の選択された時点での状態と照らし合わせることで文法の絞り込みを行なう。
【0124】
本実施例では、文法規則91〜97が状態オントロジーの語彙によって制限が加えられている。この中で、たとえば文法規則91では、搬送機器について搭載中というオントロジーの語彙にある言葉により制限されている。図12の指示から始まる処理では、この搬送機器にNo.1出側コイルカーが相当する。そこで、No.1出側コイルカーのオブジェクト(図15)の属性項目current-state からコイルカーの状態を表すオブジェクト(図23)を検索する。さらにコイルカーの状態のオブジェクト(図15)の属性項目搭載状態からコイルカーの状態のコイル搭載中を検索する。コイル搭載中の属性項目instance-of から搭載中が検索されるため、No.1出側コイルカーについては、文法規則91は適用される文法規則の候補として残す。もし、コイルカーの状態のオブジェクト(図23)の属性項目搭載状態の値がコイル搭載無だった場合は、文法規則91は適用される文法規則の候補から削除される。同様にして、他の文法について絞り込みを行なった結果、No.1出側コイルカーについては文法規則(82,83,91,94,96)が候補に残る。サドル1については文法規則(83,91,93,96)が候補に残る。
【0125】
ステップ505において、ステップ504で絞り込んだ文法規則の中から適用する文法規則を決定する。たとえば図12での指示から始まる処理では、コイルカーとサドルにより検索された文法規則の積集合をとり、文法規則(83,91,96)が選択される。このうち、文法規則83は、機器が加工材料支持機器の上位概念であるため、残りの2つの文法規則(91,96)に比べ特定性が低い。また、文法規則96は、左辺が回転機器であるのに対し、ユーザからの指示により与えられた機器が搬送機器であるため、文法の充足度が低い。このため、文法規則91が選択される。
【0126】
このように、文法規則の積集合の要素が複数ある場合は、特定性と充足性の高い文法規則を優先する。
【0127】
ステップ506において、ステップ505で選択された文法規則の右辺にある挙動名により挙動辞書から実行する挙動を選択する。図12での指示から始まる処理例では、文法規則91の右辺:移載3(載せる)に対応する処理(図32)が検索される。
【0128】
ステップ507において、ステップ506で検索された処理を実行する。
【0129】
図32には移載3(載せる)に対応する処理手順が示されている。
【0130】
ステップ601において、加工材料支持機器の状態項目“支持状態”から、“加工材料有り状態”の下位概念に属する状態を検索する。たとえば図12の指示から始まる処理では、サドル1に関しては、図18のサドル1のオブジェクトの属性項目「支持状態」から加工材料有り状態の下位概念「支持中」のインスタンスである「コイル支持中」が検索される。
【0131】
ステップ602において、搬送機器の状態項目“搭載状態”から“加工材料無し状態”の下位概念に属する状態を検索する。たとえば図12の指示から始まる処理では、No.l出側コイルカーについては図15のNo.1出側コイルカーのオブジェクトの属性項目「搭載状態」から加工材料無し状態の下位概念「搭載無」のインスタンスである「コイル搭載無」が検索される。
【0132】
ステップ603において、状態探索条件のリストを作成し出力する。出力形式は、たとえば((搬送機器“搭載状態”加工材料無し状態)(加工材料支持機器“支持状態”加工材料有り状態))のようなリスト形式でもよいし、表形式でもよい。図12の指示から始まる処理での状態探索条件を表形式で表すと、図28のようになる。
【0133】
ステップ604において、搬送機器のオブジェクトの属性項目having-material から、搬送機器に搭載されている加工材料を検索する。たとえばNo.1出側コイルカーのオブジェクトからコイル1が検索される。
【0134】
ステップ605において、図9の確認文生成用文法:“(搬送機器)が(加工材料支持機器)に(加工材料)を載せる。”にインスタンスオブジェクトのオブジェクト名を当てはめて文を作成し出力する。たとえば図12の指示から始まる処理では、搬送機器にNo.1出側コイルカー、加工材料支持機器にサドル1、加工材料にコイル1を当てはめて、“No.l出側コイルカーがサドル1にコイル1を載せる。”という文が作成される。
【0135】
出力の仕方としては、このまま文字列として出力してもよいし、オントロジーの語彙にある言葉やオブジェクト毎に音声データ保持し、これに加え助詞や指示語の音声データも保持することにより、音声により出力してもよい。また、出力した文の履歴を記憶し、参照できる手段を設けるのもよい。
【0136】
なお、ステップ601〜605の処理を繰り返すことで、操作を確認しながら、状態探索条件の(機器状態項目プリミティブ状態)の条件を増やせるようにしてもよい。
【0137】
図33には、図32の“移載3(載せる)”に対応する処理を流用して、初期状態を設定する手順が示されている。
【0138】
ステップ701〜ステップ703は、図32とほぼ同じ処理である。
【0139】
ステップ701において、加工材料支持機器の状態項目“支持状態”から、“加工材料有り状態”の下位概念に属する状態を検索する。たとえば図12の指示から始まる処理では、サドル1に関しては、図18のサドル1のオブジェクトの属性項目「支持状態」から加工材料有り状態の下位概念「支持中」のインスタンスである「コイル支持中」が検索される。
【0140】
ステップ702において、搬送機器の状態項目“搭載状態”から“加工材料無し状態”の下位概念に属する状態を検索する。たとえば図12の指示から始まる処理では、No.l出側コイルカーについては、図15のNo.1出側コイルカーのオブジェクトの属性項目「搭載状態」から加工材料無し状態の下位概念「搭載無」のインスタンスである「コイル搭載無」が検索される。
【0141】
ステップ703において、状態探索条件のリストを作成する。作成する形式は、たとえば((搬送機器“搭載状態”加工材料無し状態)(加工材料支持機器“支持状態”加工材料有り状態))のようなリスト形式でもよいし、表形式でもよい。図12の指示から始まる処理での状態探索条件を表形式で表すと、図28のようになる。
【0142】
ステップ704において、加工材料支持機器の状態項目“支持状態”を加工材料有り状態に置き換えた機器状態を検索し、搬送機器の状態項目“搭載状態”を加工材料無し状態に換えた搬送機器の状態を検索する。たとえば図12の指示から始まる処理、たとえばコイルカーの場合では、始めの状態の図23のコイルカー状態αから、指示により図24のコイルカー状態δが検索される。
【0143】
ステップ705において、検索された機器状態にしたがって表示画面を再表示するメッセージを入出力制御部52に送る。これにより、たとえば図12の指示から始まる処理では、始めの画面(図12)から、指示により図13の画面が表示される。
【0144】
なお、ステップ701〜705の処理を繰り返すことで、操作を確認しながら、状態探索条件の(機器状態項目プリミティブ状態)の条件を増やすのと同じように初期状態の設定に幾つかの操作を行なってもよい。
【0145】
さらに、この処理の後に、目標状態の解析のときと同じように確認文を生成してもよい。
【0146】
このように、表示対象に関するオントロジーとオントロジーの語彙を利用した文法を備えているので、オントロジーの範疇にあるものを表示対象とする限り、GUI設計者がGUIを作成する都度、図形操作と挙動とを結ぶ規則を作らなくても、表示対象がオントロジーの語彙のどの言葉に対応するのかを指定するだけで、所望のGUIを作成することができるため、GUIの作成効率を向上させることができる。
【0147】
また、ユーザインターフェースの設計者やユーザが異なっても類似の操作の意味が同様に解釈して実行され、操作と挙動との結び付きがどのユーザからも受け入れられ易くなり、ユーザが本来の目的に集中することができ、しかもユーザの操作がシステム側にどのように解釈されているかを明確にユーザに伝えることにより、ユーザが安心して正確に作業を行なうことができるので、一層効率良く作業を行なうことができる。
【0148】
また、制御仕様の生成支援分野に適用した場合においも、表示する制御対象に関するオントロジーとオントロジーの語彙を利用した文法を備えていれば、オントロジーの範疇にある制御対象を表示対象とする限り、制御対象を模式的に表示する画面を作成する都度、図形操作とユーザの意図する制御対象の状態変化とを結ぶ規則を作らなくても、図形の表す制御対象がオントロジーの語彙のどの言葉に対応するのかを指定するだけで、所望のGUIを作成できるため、GUIの作成効率を向上させることができる。
【0149】
また、ユーザインターフェースの設計者やユーザが異なっても類似の操作の意味が同様に解釈されて実行されるので、図形操作と制御対象の状態変化との結び付きがどのユーザからも受け入れられ易くなり、ユーザが本来の制御対象の制御の流れに集中することができる。しかもユーザの操作がシステム側にどのように解釈されているかを明確にユーザに伝えることにより、ユーザが安心して正確に作業を行なうことができ、制御プログラムの設計作業を一層効率良く行なうことができる。
【0150】
図34には本発明の第3の実施例に係る制御プログラム設計支援装置のブロック構成図が示されている。
【0151】
また、図35には本発明の第4の実施例に係る制御プログラム設計支援装置のブロック構成図が示されている。
【0152】
図34に示される装置と図35に示される装置との違いは、制御仕様作成手順にある。すなわち、後述するように、図34に示される装置は、マッチング条件を持つ作業知識を用いて一度の状態空間の探索に対して探索範囲を制限するスコープを一つ作成して探索効率を高めている。また、図35に示される装置は、同様のマッチング条件を持つ作業知識を用いて一度の状態空間の探索に対して幾つかのスコープを作成し、探索の局面に合せてスコープを切替えながら探索を行なうことで探索効率を高めている。
【0153】
まず、図34に示される第3の実施例に係る制御プログラム設計支援装置の構成から説明する。
【0154】
この制御プログラム設計支援装置は、大きく分けて、知識ベース800と処理部900とで構成されている。
【0155】
知識ベース800は、対象知識801、状態空間モデル802、制御仕様803等を記憶し、処理部900で行なう処理で用いられる知識を提供する。
【0156】
対象知識801は、図形知識804、状態構成知識805、作業知識806、動作知識807、副次的状態遷移808等の制御対象に関する知識を備えている。これらの知識は処理部900での各処理に用いられる。
【0157】
図形知識804は、設備あるいは設備内の機器を、その状態に応じて図形等を用いてどのように表示するかの知識である。
【0158】
状態構成知識805は、設備や機器の状態に関する知識である。本実施例において、この知識は設備レベル、機器レベル、プリミティブレベルに分割して扱っている。
【0159】
作業知識806は、設備内の作業に関する知識である。本実施例では、作業知識806が持つマッチング条件を一つのキーポイントとしている。マッチング条件は、プリミティブレベルの状態の論理結合を用いて表される。
【0160】
動作知識807は、設備内の機器の動作に関する知識である。各動作はそれぞれの重みを持っており、この重みが(重み付き有向グラフのように扱える)状態空間モデルの重みとして用いられる。
【0161】
副次的状態遷移808は、機器の動作によって動作した機器およびその他の機器に起こる副次的な状態遷移の知識である。
【0162】
状態空間モデル802は、状態遷移経路探索で用いるモデルである。
【0163】
制御仕様803は、この制御プログラム設計支援装置の出力である。
【0164】
一方、処理部900は、入出力デバイス901、入出力制御部902、初期状態設定部903、初期状態情報格納部904、目標状態(状態探索条件)定義部905、目標状態(状態探索条件)情報格納部906、スコープ決定部907、スコープ情報格納部908、探索計算量見積り部909、状態遷移経路探索部910、状態遷移経路情報格納部911、状態遷移経路−制御仕様変換部912を備えている。
【0165】
入出力デバイス901は、表示画面やキーボード等を備え、ユーザとこの制御プログラム設計支援装置との間の入出力処理を行なう。
【0166】
入出力制御部902は、状態構成知識805と図形知識804等を用いて、設備内の機器を入出力デバイス901で表示する制御を行ったり、ユーザとのやりとりを制御する。
【0167】
初期状態設定部903は、図形知識804や状態構成知識805等を用いてユーザの指示に基づいて制御対象(設備)の初期状態を設定する。
【0168】
初期状態情報格納部904は、制御仕様を作成する時の始めの制御対象(設備)の状態を表す初期状態情報を記憶する。
【0169】
目標状態(状態探索条件)定義部905は、図形知識804や状態構成知識805等を用いてユーザの指示から制御対象(設備)の目標状態(状態探索条件)を定義する。
【0170】
目標状態(状態探索条件)情報格納部906は、機器動作により制御対象(設備)が到達する状態を表す目標状態(状態探索条件)情報を記憶する。
【0171】
スコープ決定部907は、状態構成知識805や作業知識806等からスコープを決定する。
【0172】
スコープ情報格納部908は、状態空間の探索において探索空間を制限する、すなわち状態遷移経路の探索時に着目する機器を表す情報を記憶する。
【0173】
探索計算量見積り部909は、作業知識806、動作知識807、スコープ情報、状態空間モデル802等を用いて探索時の計算量を見積る。
【0174】
状態遷移経路探索部910は、状態構成知識805、動作知識807、副次的状態遷移808、状態空間モデル802等を用いて初期状態から目標状態に至る状態遷移経路を生成する。
【0175】
状態遷移経路情報格納部911は、初期状態から目標状態までの機器の動作とその動作に伴う状態遷移を表す状態遷移経路情報を記憶する。
【0176】
状態遷移経路−制御仕様変換部912は、状態構成知識805や動作知識807等を用いて状態遷移経路を制御仕様に変換する。
【0177】
なお、図中、913は与えられた制御仕様から制御プログラムを生成する制御プログラム生成装置を示し、914は制御対象(設備)を制御するためにファクトリーコンピュータ上で実行される制御プログラムである。
【0178】
次に、図35に示される第4の実施例に係る制御プログラム設計支援装置の構成を説明する。
【0179】
この制御プログラム設計支援装置も、大きく分けて、知識ベース1000と処理部1100とで構成されている。
【0180】
知識ベース1000は、対象知識1001、状態空間モデル1002、制御仕様1003等を記憶し、処理部1100で行なう処理で用いられる知識を提供する。
【0181】
対象知識1001は、図形知識1004、状態構成知識1005、作業知識1006、動作知識1007、副次的状態遷移1008等の制御対象に関する知識を備えている。これらの知識は処理部1100での各処理に用いられる。
【0182】
図形知識1004は、設備あるいは設備内の機器をその状態に応じて図形等を用いてどのように表示するかの知識である。
【0183】
状態構成知識1005は、設備や機器の状態に関する知識である。本実施例において、この知識は設備レベル、機器レベル、プリミティブレベルに分割して扱っている。
【0184】
作業知識1006は、設備内の作業に関する知識である。本実施例では、作業知識1006が持つマッチング条件を一つのキーポイントとしている。マッチング条件は、プリミティブレベルの状態の論理結合を用いて表される。
【0185】
動作知識1007は、設備内の機器の動作に関する知識である。各動作はそれぞれの重みを持っており、この重みが(重み付き有向グラフのように扱える)状態空間モデルの重みとして用いられる。
【0186】
副次的状態遷移1008は、機器の動作によって動作した機器およびその他の機器に起こる副次的な状態遷移の知識である。
【0187】
状態空間モデル1002は、状態遷移経路探索で用いるモデルである。
【0188】
制御仕様1003は、この制御プログラム設計支援装置の出力である。
【0189】
一方、処理部1100は、次のような構成要素を備えている。
【0190】
入出力デバイス1101は、表示画面とキーボード等を備え、ユーザとこの制御プログラム設計支援装置との間の入出力処理を行う。
【0191】
入出力制御部1102は、状態構成知識1005と図形知識1004等を用いて、設備内の機器を入出力テバイス1101のディスプレイに表示する制御をしたり、ユーザとのやりとりを制御する。
【0192】
初期状態設定部1103は、図形知識1004や状態構成知識1005等を用いてユーザの指示から制御対象(設備)の初期状態を設定し、設定した初期状態から initial-operation を設定する。
【0193】
初期状態情報格納部1104は、制御仕様を作成する時の始めの制御対象(設備)の状態を表す情報を記憶する。
【0194】
initial-operation情報格納部1105は、初期状態がマッチング条件を満たしている作業知識で、状態経路探索で始めのスコープを作成するのに用いる initial-operation 情報を記憶する。
【0195】
目標状態(状態探索条件)定義部1106は、図形知識1004や状態構成知識1005等を用いてユーザの指示から制御対象(設備)の目標状態(状態探索条件)を定義し、目標状態(状態探索条件)から goal-operation を定義する。
目標状態(状態探索条件)情報格納部1108は、機器の動作により制御対象(設備)が到達する状態を表す目標状態(状態探索条件)情報を記憶する。
【0196】
goal-operation 情報格納部1109は、目標状態(状態探索条件)がマッチング条件を満たしている作業知識で、探索の成功/失敗の判定材料にもなる情報を記憶する。
【0197】
作業列作成部1110は、作業知識1006から initial-operation と goal-operation の間にある作業知識の列(作業列)を作成する。
【0198】
作業列情報格納部1111は、initial-operation と goal-operation の間にある作業知識の列を表す作業列情報を記憶する。
【0199】
探索計算量見積り部1112は、作業列等を用いて探索時の計算量を見積る。図35のブロック図および図67,図68の手順では、作業列だけを用いるようになっているが、図34のブロック図や図66の手順のように作業知識1006、動作知識1007、スコープ、状態空間モデル1002等を用いてもよい。
【0200】
状態遷移経路探索部1113は、状態構成知識1005、動作知識1007、副次的状態遷移1008、状態空間モデル1002、作業列等を用いて初期状態から目標状態に至る状態遷移経路を生成する。この状態遷移経路探索部1113は、主に、スコープ決定・切替え部1114、状態遷移先決定部1115、目標状態判定部1116、探索失敗判定部1117等からなる。
【0201】
スコープ決定・切替え部1114は、状態構成知識1005と作業知識1006のマッチング条件と作業列等から探索の局面を判断し、スコープの決定に用いる作業知識を切替え、切替えた作業知識からスコープを決定する。
【0202】
スコープ情報格納部1118は、状態空間の探索において探索空間を制限する、すなわち、状態遷移経路の探索時に着目する機器を表すスコープ情報を記憶する。
【0203】
状態遷移先決定部1115は、状態構成知識1005、動作知識1006、副次的状態遷移1008、状態空間モデル1002等を用いて次々に設備状態の遷移先を決定する。
【0204】
状態遷移経路情報格納部1119は、初期状態から目標状態までの機器の動作とその動作に伴う状態遷移を表す情報を記憶する。
【0205】
目標状態判定部1116は、状態構成知識1005、状態探索条件等を用いて探索された設備状態が目標状態であるかどうか判定する。
【0206】
探索失敗判定部1117は、状態構成知識1005、goal- operation 等を用いて状態探索経路が作業列から逸脱していないかどうか判定する。
【0207】
状態遷移経路−制御仕様変換部1120は、状態構成知識1005や動作知識1006等を用いて状態遷移経路を制御仕様に変換する。
【0208】
なお、図中1121は生成された制御仕様から制御プログラムを生成する制御プログラム生成装置を示し、1122は制御対象(設備)を制御するためにファクトリーコンピュータ上で実行される制御プログラムを示している。
【0209】
図36には本実施例装置が対象にしているプラント設備における機器や加工材料の正面を表示した画面例が示されており、図37にはその側面を表示した画面例が示されている。また、図38には同プラント設備における異なる場面(状態)の正面を表示した画面例が示されており、図39にはその側面を表示した画面例が示されている。本実施例ではこの設備を出側設備と呼ぶ。
【0210】
この設備の運転の概要を説明すると次のようになる。
【0211】
まず、図36および図38の正面からの画面では、シャーという鉄板を切断する機器、デフレクタピンチロールという鉄板を下方向に押し曲げる機器、テーブルという鉄板を誘導する機器、を通って鉄板がテンションリールのところに送られてくる。テンションリールは、上/下尾端押えロール、ベルトラッパー等に補助されながら鉄板をコイル状に巻き取る。図のアウトボード、マンドレル等は、テンションリールの一部分である。マンドレルは鉄板を巻き取るための太さが変化する軸であり、アウトボードはマンドレルを外側(テンションリールの本体の反対側)から支える部分である。
【0212】
また、図37および図39の側面からの画面では、テンションリールが鉄板を巻き取ってコイル状にしたのが図中のコイルである。コイルは、No.1出側コイルカーによってテンションリールから引き抜かれ、順次搬送してスキッド1〜3に載せられる。
【0213】
コイルは、スキッド3に載せられた後、別の搬送機器によって他の設備に運ばれる。スキッド3に載せられたコイルが運び去られるまでは、新たに別のコイルを載せることができないので、スキッド1およびスキッド2に一旦載せてタイミングを計る。
【0214】
図中では、機器の位置を分かりやすく表示するために必要に応じて場所を示す図形を表示している。ここでは、この図形をセンサと称している。
【0215】
図40には設備内の機器であるコイルカーに関する知識の一例が示されている。図中、1201は、知識名、物理構成、機器の持つ状態項目、状態項目が取り得るプリミティブ状態、図形などに関する属性項目である。1202はその属性値である。
【0216】
図41には設備内の状態を表す構成の一例が示されている。図34および図35に示す実施例では、プラント設備内にある幾つかのレベルの状態表現と状態の構成を表すための知識を状態構成知識805(1005)と呼んでいる。
【0217】
状態構成知識805(1005)は、機器の動作、機械自身や他の機械の動作による副次的な効果(副次的状態遷移)、さらに機器の動作や状態の制約を記述する運転知識を表現するための語彙の基盤として用いられる。
【0218】
図34および図35に示す実施例では、状態を3つのレベルに分割している。最も下位レベルの状態は、1つのセンサあるいは複数のセンサの組により測定される機器のプリミティブな状態、またはPC(Programable Controler)上の信号とほぼ直接対応する機器のプリミティブな状態であり、主にこれをプリミティブ状態と呼ぶ。プリミティブ状態では、機器だけではなくセンサや加工材料等のプリミティブな状態も扱ってもよい。
【0219】
機器の状態は、機器のプリミティブ状態の集合で構成される状態項目の直積である。さらに設備の状態は機器状態の集合の直積である。
【0220】
プリミティブ状態は、他のプリミティブ状態との隣接関係(pre-state,next- stat)を持つ。たとえば、コイル運搬高さの next-state には上昇限があり、コイル運搬高さの pre-state には下降限等がある。また、「下降限よりも next にある状態」という表現をした場合、コイル運搬高さや上昇限などのプリミティブ状態を指す。逆に、「上昇限よりも pre にある状態」という表現をした場合、コイル運搬高さや下降限などのプリミティブ状態を指す。
【0221】
図42には作業知識806(1006)の構成の一例が示されている。
【0222】
図34および図35に示す実施例では、設備内の作業あるいは機能にどの機器が参加するかを表現した知識を作業知識と呼んでいる。作業知識806(1006)の構造は、上位下位関係による木構造をとっている。木構造の上位の作業にはその下位の作業で共通に参加する機器が登録される。たとえば、コイル払い出し作業には、コイル抜き取り作業およびコイル運搬作業に共通に参加するコイルカーが登録されている。また、コイルカーの知識には、コイル払い出し作業、尾端開放作業、尾端押え作業等のコイルカーが参加する作業が登録されている。
【0223】
図34および図35に示す実施例では、テンションリールなどの幾つかの機器が組合されて構成されている複合機器も一つの機器のように作業知識に登録している。しかし、複合機器のある部分が参加する作業に他の部分が参加しないことも多い。たとえば両実施例の作業では、テンションリールの一部であるマンドレルとアウトボードでは、マンドレルはコイル抜き取り作業に参加するが、アウトボードは参加しないように作業知識を書くこともできる。このようにした場合、スコープ情報格納部908(1118)に登録する機器を複合機器の部分的な機器にすることもできる。こうした場合、状態探索を機器で制約しているのに加えて、複合機器の部分的な動作(あるいは機能)に限定して探索することもできる。
【0224】
また、両実施例では作業知識を用いてスコープを決定しているが、作業知識に限らず、物理構成等、機器をグルーピングできるものならば利用可能である。たとえば、物理構成で上位/下位関係には物理的な構成を用いることができ、順序関係には物理的あるいは機能的な隣接関係を用いることができる。
【0225】
また、上位/下位関係はかならずしも必須ではなく、機器と作業の関係がはっきりとしていれば、木構造に限られる必要はない。順序関係も処理によっては必須でない場合もある。
【0226】
図43には作業知識806(1006)の一記述例が示されている。
【0227】
図中、1301は上位下位関係、順序関係、マッチング条件、作業に参加する機器に関する属性項目であり、1302は属性値である。
【0228】
作業知識806(1006)は、図42の上位下位関係による構成を持つと共に順序関係を持つ。順序関係は属性項目「直前作業」および「直後作業」で表される。ある作業と他の作業との間にある作業を列挙する場合、基本的にはこの関係を辿って行なう。
【0229】
マッチング条件は、図44に示すような記号を用いた論理結合で表す。
【0230】
図43の属性項目「マッチング条件」には nil が登録されているが、これは、コイルカーの知識から探索された時に無条件でマッチングすることを意味する。図45〜図49にはマッチング条件の例が示されている。
【0231】
図44にはマッチング条件に用いることができるシンボルの一例とその意味が示されている。たとえば、(more-next コイルカー下降限)という記述に対しては、設備状態の中のコイルカーの状態がコイル運搬高さや上昇限を含んでいれば真となる。
【0232】
図50には状態空間モデル802(1002)の一構成例が示されている。
【0233】
プラント設備全体のモデルは、全体として重み付き有向グラフのように扱うことができる。このモデルの構成は、機器の状態空間モデル、スコープ枝、プラント状態群の3つからなる。
【0234】
すなわち、状態空間モデル802(1002)は、機器レベルの状態空間とそれを含むプラント設備レベルの状態空間との2つのレベルを持つ。機器状態と対応するプラント設備の状態とのリンクをスコープ枝と呼ぶ。また、設備状態の遷移においては、一旦、機器の状態空間モデルを経由する。機器の状態空間モデル内の状態遷移は、運転モードや遷移元のプラント設備状態により動的に変化する。
【0235】
プラント設備の状態は、図51や図52に示すように表されるが、これは状態経路の探索時にインクリメンタルに生成される。
【0236】
機器の状態が遷移する要因は、動作、副次的状態遷移の2つである。動作は、機器自身が行なう動作による直接的な状態遷移を表す。副次的状態遷移は、機器自身の動作や他の機器の動作・状態によって起こる副次的な状態遷移(いわば副作用)を表す。
【0237】
プラント設備内の機器には、自らの動作を持つ能動的な機器と自らの動作は持たず能動的な機器の動作に伴う副次的な効果によって状態が遷移する受動的な機器とがある。これに伴い能動的な機器の状態遷移には、動作によるものと動作に副次的状態遷移の作用を加えたものとがあり、受動的な機器の状態遷移には、副次的状態遷移によるもののみがある。
【0238】
機器の状態空間モデル802(1002)では、機器状態ノード、動作の有向枝、副次的状態遷移の有向枝からなる重み付き有向グラフである。「機器状態ノード」は、機器状態を表すノードで図50の状態αのようなノードであり、図55のように表現している。「動作の有向枝」は、図50のa1 のような有向枝であり、図62の動作に関する部分で表現している。「副次的状態遷移の有向枝」は、図50のε1 のような有向枝であり、図62の副次的状態遷移に関する部分で表現している。
【0239】
図53と図54には目標状態(状態探索条件)情報格納部906(1108)に格納される目標状態(状態探索条件)の一記述例が示されている。
【0240】
たとえば、図53ではスキッド2の状態項目「コイル支持」のプリミティブ状態がコイル支持中であり、かつNo.1出側コイルカーの状態項目「コイル搭載」のプリミティブ状態がコイル搭載無であるとき満たされることを示している。
【0241】
状態経路探索を行なう前に決定する目標状態は、括弧で状態探索条件と付け加えているように、目標状態が満たすべき条件を表している。このため、探索の開始時には状態探索条件を満たす設備状態の集合に向かって探索を開始する。最終的に目標状態として確定されるのは初期状態から最も近い、すなわち状態遷移の経路の重みの合計の最も少ないものとなる。この処理は、Dijkstra アルゴリズムのような、重みつき有向グラフの最短路問題を解く方法をベースにしたアルゴリズムを用いて行なうことができる。
【0242】
ただし、プラントの設備のような状態空間が大きな対象に対して単に適応しても、一般には使いものにならないと見るのが妥当である。
【0243】
両実施例では、この問題を解決するためにスコープを用いている。スコープに関しては特願平4−328997号でも触れているが、両実施例では特願平4−328997号の方法をより一層効率化している。
【0244】
図51と図52にはプラントの設備状態の一記述例が示されている。
【0245】
設備状態は設備内機器の機器状態の組合せにより表現される。図中、1401と1501は設備内の各機器の状態に関する属性項目であり、1402と1502はその属性値である。
【0246】
図55〜図60には機器の状態の一記述例が示されている。
【0247】
図55と図56はコイルカーの状態を表し、図57〜図59はテンションリールの状態を表し、図60は上尾端押えロールの状態を表している。
【0248】
図中、1601,1701,1801,1901,2001,2101は各機器の状態項目や有向枝に関する属性項目であり、1601,1702,1802,1902,2002,2102はその属性値である。
【0249】
図61と図62には機器状態から出る有向枝の一記述例が示されている。
【0250】
図61はテンションリールの機器状態から出る有向枝を表し、図62はコイルカーの機器状態から出る有向枝を表している。
【0251】
図中、2201と2301は機器の持つ動作や副次的状態遷移による状態遷移先の機器状態等に関する属性項目であり、2202と2302はその属性値である。
【0252】
図63と図64には制御仕様の一表記例が示されいる。
【0253】
図中、2401,2402は機器動作部である。機器動作部は機器の動作を起動するアクチュエータに送る信号名を用いて記述される。図中、2501,2502は遷移条件部である。遷移条件部は1つのセンサあるいは複数のセンサの組のPC(Programable Controler )上の信号名を用いて記述される。
【0254】
図65にはユーザが制御対象の初期状態と目標状態とを入力してから、初期状態から目標状態までの制御仕様を生成する手順が示されている。
【0255】
この手順と特願平4−328997号における制御仕様作成手順との違いは、作業知識にマッチング条件を当てはめ、この条件を用いてスコープに登録する機器を制限するようにした点にある。
【0256】
初期状態と目標状態の指定方法としては、特願平4−328997号で行なっているような機器などの図形を画面に表示させて視覚的な操作を用いて行なうのもよいし、初期状態や目標状態(状態探索条件)を表すための記述形式を用意して、初期状態と目標状態を予め記述しておき、初期状態と目標状態を設定する時点で解釈するのもよい。また、コマンドラインからその記述形式を用いて直接打ち込むようにしてもよい。
【0257】
ステップ2601において、設備状態の初期状態を設定する。図51に示すような設備状態を、制御を開始する時の設備の状態として指定する。この設備状態を画面に表示した例を図36,図37に示す。
【0258】
連続した制御仕様を作成する場合、直前に行なった制御仕様作成処理で得られた目標状態をそのまま初期状態に用いることができる。この場合、初期状態を設定する処理を省くことができる。
【0259】
ステップ2602において、設備状態の目標状態(状態探索条件)を設定する。図37に示すように機器図形を用いた視覚的な操作の例では、矢印1のようにポインティングデバイスでコイルカー上の加工材料を選択し、さらに矢印2のようにポインティングデバイスでスキッド2を選択する操作を行う。そして、機器や加工材料の知識から図53に示すような状態探索条件(目標状態が満たすべき条件)を得る。
【0260】
なお、状態探索条件は、次のようなリスト形式で表してもよい。
【0261】
((スキッド2 支持状態 コイル支持中)
(No.1コイルカー 搭載状態 コイル搭載無))
ステップ2603において、状態探索条件に登録された機器(たとえば、コイルカーとスキッド2)の知識の属性「作業」から、各機器が参加し得る設備の作業に関する知識を検索する。たとえば、コイルカーの知識(図40)からは、(尾端押え作業、尾端開放作業、コイル払い出し作業:図43)が検索される。また、検索された作業が下位の作業を持つ場合は、検索された作業にその下位の作業(コイル抜き取り作業、コイル運搬作業)も加える。
【0262】
スキッド2からは、作業知識(コイル運搬作業)が検索される。これらの結果として、検索された作業は(尾端押え作業、尾端開放作業、コイル払い出し作業、コイル抜き取り作業、コイル運搬作業)となる。
【0263】
ステップ2604において、各作業知識のマッチング条件を評価する。検索された作業知識のなかで、設備の初期状態がマッチング条件の論理結合を満たしている作業知識をピックアップする。図51の設備状態は、図56のコイルカー状態fや図59のテンションリール状態gや図60の上尾端押えロール状態sのような機器状態により構成されている。これらの機器状態の状態項目に登録されたプリミティブ状態が、ステップ2603で検索された作業知識(尾端押え作業、尾端開放作業、コイル払い出し作業、コイル抜き取り作業、コイル運搬作業)のマッチング条件(図45、図47、図43の属性「マッチング条件」、図48、図49)を満たすかどうか調べる。図45では、テンションリール状態がカット直後状態を含み、かつ尾端押えロール状態が開状態を含む時のみ満足する。図59のテンションリール状態は、カット直後状態を含まないために満足していない。同様に、図47、図43の属性「マッチング条件」、図48、図49のマッチング条件を調べると、図43の属性「マッチング条件」のコイル払い出し作業と図49のコイル運搬作業のマッチング条件を図51の設備状態が満たしていることが分かる。
【0264】
ステップ2605において、作業知識の木構造の中で、ステップ2604でマッチング条件を満足したコイル払い出し作業とコイル運搬作業と作業知識の root を含む最小部分木を作成する。この例では、(出側設備作業、コイル払い出し作業、コイル運搬作業)が最小木を構成する。
【0265】
ステップ2606において、最小木を構成する作業知識の属性「作業機器」に登録された機器の中から、能動的機器の下位概念になっている機器を選択する。この例では、スコープに入る機器は、コイルカーだけとなる。
【0266】
この例では、特願平4−328997号で用いている例に比べ複雑な例を用いているが、特願平4−328997号のようにマッチング条件を使わなかった場合、作業知識の最小木は(出側設備作業、巻き取り終了作業、尾端押え作業、尾端開放作業、コイル払い出し作業、コイル抜き取り作業、、コイル運搬作業)となる。このため、スコープに登録される機器は、上尾端押えロール、下尾端押えロール、テンションリール、コイルカーとなる。スコープとして、たとえば機器が11台ある中から4台の機器に絞り込むことができる。これに対し、本実施例で用いるマッチング条件を用いれば、さらにコイルカー1台に絞り込める。
【0267】
ステップ2607において、制御仕様作成にかかる手間の見積りを行なう。ここで行なう処理の手順は図66を用いて後述する。
【0268】
ステップ2608において、制御仕様を生成する。たとえば、特願平4−328997号でスコープを決定した後と同様の処理を行なうことにより制御仕様(図63)の生成を行なうことができる。本実施例で対象としている制御仕様は、少なくとも、機器の動作を記述する機器動作部と機器の動作の終了する条件を記述する遷移条件部からなる。
【0269】
図63の制御仕様で記述されている内容を説明すると、まず、No.1出側コイルカーという機器が高速後退という動作をNo.1出側コイルカーの位置を計測しているセンサーの信号「減速位置2」がONするまで行なう。その後また、No.1出側コイルカーという機器が、今度は、低速後退という動作をNo.1出側コイルカーの位置を計測しているセンサーの信号「停止位置2」がONするまで行なう。さらにまた、No.1出側コイルカーという機器が、今度は、下降という動作をNo.1出側コイルカーの位置を計測しているセンサーの信号「下降限」がONするまで行なう。
【0270】
図66には制御仕様作成にかかる手間を見積る手順が示されている。
【0271】
制御仕様の生成における手間の見積りの指標として、本実施例では、スコープの機器の数、探索範囲の機器状態の数、スコープの機器が持つ動作の数、初期状態から目標状態に至までの作業知識の数を用いている。この他にも、探索の計算量に影響するものであれば、指標として用いてもよい。
【0272】
見積る方法としては、上であげたような指標を全て用いてもよいし、一部でもよい。また、その評価の仕方も、対象によって重みを加えたり、論理結合や評価関数等を用いて行なってもよい。
【0273】
図66に示す例では、スコープの機器数、探索範囲の設備状態の数、スコープの機器が持つ動作の数に対する境界値(それぞれ、機器数 Border ,機器状態数Border,機器動作数 Border)を予め設定しておき、探索を実行する前に各値のどれかが越えているかどうかを調べる。
【0274】
ユーザの指示が各値のうちのどれかを越えるような制御を要求している場合は警告を発する。
【0275】
これはすなわち、次の論理結合を評価し、真であれば警告を出す処理を表している。
【0276】
(スコープの機器数 > 機器数 Border )
(Π(探索範囲の設備状態の数) > 機器状態数 Border )
(Σ(スコープの機器の持つ動作の数)> 機器動作数 Border )
ステップ2701において、スコープに登録されている機器の数を調べ、「機器数Border」と比べる。もし、機器数が「機器数 Border 」以下であれば、ステップ2702へ、そうでなければステップ2704へ処理を進める。
【0277】
ステップ2702において、スコープに登録された全ての機器の状態数の積を取り、「機器状態数 Border 」と比べる。もし、機器数が「機器状態数 Border 」以下であれば、ステップ2703へ、そうでなければステップ2704へ処理を進める。
【0278】
ステップ2703において、スコープに登録された全ての機器の動作数の和を取り、「機器動作数 Border 」と比べる。もし、機器動作数が「機器動作数 Border 」以下であれば、図65のステップ2608へ、そうでなければステップ2704へ処理を進める。
【0279】
ステップ2704において、制御仕様の生成にユーザが許容しない時間がかかる可能性があることを伝える。これに合わせて、機器数 Border ,機器状態数 Border ,機器動作数 Border のどの値が越えているのかをユーザに対して知らせてもよい。
【0280】
ステップ2705において、ステップ2704での警告を受けてユーザが制御仕様の生成作業を実行するかどうかを決める。生成作業を実行する場合は、図65のステップ2608へ処理を進める。そうでない場合は、処理を一旦終了する。終了した場合、初期状態あるいは目標状態の設定からやり直す。
【0281】
ここで説明した処理では、一つの指標に対して境界値を一つ設定しているが、境界値に幾つかのモードを設け、ユーザの意志によって適用する境界値を切替えたり、扱う設備等によって適用する境界値を切替えるようにしてもよい。
【0282】
図67および図68には、ユーザによる制御対象の初期状態と目標状態の入力から、初期状態から目標状態までの制御仕様を生成する手順が示されている。
【0283】
図65に示される手順との主な違いは、スコープに登録される機器を探索の途中で切替えることである。
【0284】
作業知識の中から、初期状態がマッチング条件を満たしている作業知識をinitial-operation 、状態探索条件がマッチング条件を満たしている作業知識をgoal- operation とする。
【0285】
さらに、initial-operation から goal-operation 間での間にある作業知識の列(作業列)を作成する。
【0286】
始めは、initial-operation となった作業知識と作業知識の root を含む最小木からスコープを作成して探索を行なう。探索の途中で生成される設備状態が、マッチング条件を満たさなくなったら initial-operation の作業知識の「直後作業」あるいは作業列から次の作業知識を探索する。探索された作業知識(current-operation )と作業知識の root から新たなスコープを作成する。同様に探索の途中で生成される設備状態が current-operation のマッチング条件を満たさなくなったところで、current-operation を次の作業に切替える。
【0287】
以下、図67に示される手順から説明する。
【0288】
ステップ2801において、設備状態の初期状態を設定する。図52に示されるような設備状態を、制御を開始する時の設備の状態として指定する。この設備状態を画面に表示した例を図38および図39に示す。
【0289】
ステップ2802において、設備状態の目標状態(状態探索条件)を設定する。図38および図39に示す機器図形を用いた視覚的な操作の例では、矢印1のようにポインティングデバイスでテンションリールで巻き取り中の加工材料を選択し、さらに矢印2のようにポインティングデバイスでスキッド2を選択する操作を行う。そして、機器や加工材料の知識から、図54に示すような状態探索条件(目標状態が満たすべき条件)を得る。
【0290】
なお、状態探索条件は、次のようなリスト形式で表してもよい。
【0291】
((スキッド2 支持状態 コイル支持中)
(No.1テンションリール 巻取状態 コイル無状態))
ステップ2803において、設備の初期状態(図52)がマッチング条件を満たしている作業を検索し initial-operation および最初の current-operationとする。図52の設備状態の場合、図46の尾端停止作業のマッチング条件を満たしており、この作業が initial-operation 及び最初の current-operation となる。
【0292】
複数の作業知識のマッチング条件を満たす場合、最も上流の作業を initial- operation とするのもよいし、ユーザにどの作業にするのかを問い合わせるのもよい。
【0293】
また、初めからユーザにどの作業知識を initial-operation にするかを問い合わせるのも一つの方法である。
【0294】
また、連続して制御仕様を作成する場合、直前の制御仕様作成処理で得られた目標状態を次の制御仕様作成処理で初期状態として用いることが多い。この場合、目標状態に至った時点の作業知識を initial-operation にすることにより、initial-operation の決定処理を省略できる。
【0295】
また、直前の制御仕様作成処理で得られた目標状態をそのまま次の制御仕様作成処理の初期状態に用いない場合でも、直前の処理の目標状態とかけ離れた設備状態を初期状態として制御仕様を作成するのは少ない。このため、まずは直前の処理の目標状態がマッチング条件を満たしていた作業知識に加え、この作業の属性「直前作業」と「直後作業」に登録された作業知識(隣接した作業の知識)についてだけマッチング条件の評価を行なうことにより、initial-operation の決定処理を効率化できる。
【0296】
ステップ2804において、目標状態(状態探索条件)に登録された機器とその状態がマッチング条件を満たす作業知識を検索し goal-operation とする。
【0297】
図54の場合、状態探索条件に登録された機器は(テンションリールとスキッド2)である。ステップ2803で行なったように、これらの機器の知識の属性「作業」から、各機器が参加し得る設備の作業に関する知識を検索する。
【0298】
この例では、テンションリールとスキッド2から(尾端開放作業、コイル抜き取り作業、コイル運搬作業、…)が検索される。図65に示す手順と同様に検索された作業が下位の作業を持つ場合は、検索された作業にその下位の作業も加える。
【0299】
続いて、検索された作業知識のマッチング条件を評価する。この時、目標状態(状態探索条件)に登録された機器の状態が作業のマッチング条件で制約されていない場合はマッチしたものとする。図54の場合は、テンションリールの状態項目「巻取状態」の状態が「コイル無状態」のため、(尾端開放作業、コイル抜き取り作業、…)はマッチしない。結局、コイル運搬作業のマッチング条件でテンションリールの状態もスキッド2の状態も制約を受けないため、コイル運搬作業が goal-operation となる。
【0300】
このとき、もし複数の作業がマッチした場合、マッチした作業のうちで最も下流の作業を goal-operation とする。
【0301】
ステップ2805において、initial-operation と goal-operation の間にある作業知識を全て検索して作業知識の列(作業列)を作成する。図52を初期状態、図54を状態探索条件とした場合、initial-operation が尾端停止作業で、 goal-operation がコイル運搬作業であるため、この例では作業列:(尾端停止作業、尾端開放作業、コイル抜き取り作業、コイル運搬作業)が得られる。
【0302】
この場合、作業知識の木構造の末端、すなわち葉になっている作業知識を集める。葉でない作業知識が initial-operation あるいは goal-operation になっている場合は、それぞれの下位にある作業を検索して葉になっている作業知識の中で最も上流の作業を initial-operation とし、最も下流の作業を goal-operation とする。
【0303】
ステップ2806において、図66で説明した制御仕様作成にかかる手間の見積りを行なう。ここでは、作業列の作業知識の数を指標にして行なっている。予め、境界値(作業知識数 Border )を設定しておき、探索を実行する前に作業列の作業知識の数が作業知識数 Border を越えているかどうかをチェックする。図52を初期状態、図54を状態探索条件とした場合、作業の数は4となる。
【0304】
もし、作業知識の数が作業知識数 Border を越えていれば、ステップ2814に処理を進め、そうでなければステップ2807に処理を進める。
【0305】
ステップ2807において、current-operation と作業知識の root になっている作業知識との間にある作業知識全てに登録されている機器の中からスコープの機器を選択する。
【0306】
作業列:(尾端停止作業、尾端開放作業、コイル抜き取り作業、コイル運搬作業)の例では、各作業が current-operation のとき、それぞれ次のような機器が選択される。
【0307】
尾端停止作業:(テンションリール、デフレクタピンチロール)
尾端開放作業:(テンションリール、コイルカー、上尾端押えロール、下尾端押えロール)
コイル抜き取り作業:(テンションリール、コイルカー)
コイル運搬作業:(コイルカー)
この例の場合、図65に示す手順を用いた場合は4つの作業に跨ぐ初期状態と目標状態が設定される。このような場合、作業知識の記述の仕方によっては、必ずしも、スコープを的確に設定できるとは限らない。また、的確にスコープを設定できたとしても上記の例の場合、5台の機器について常に探索対象とすることになる。この例の場合、11台中5台に絞ることができているため、これだけでも探索効率が向上する。
【0308】
これに対し、図68に示す手順の場合はスコープを切替えるため、この例の場合、尾端開放作業が current-operation のときには、一時的に4台の器機が探索範囲に入るものの、その他の作業が current-operation のときには、1台または2台に絞り込むことができる。このことで、より一層の探索効率の向上が可能となる。
【0309】
ステップ2807において、スコープで束縛した中で Dijkstra アルゴリズムに基づいて遷移させる設備状態と遷移先の設備状態(新しい設備状態)を求める。ただし、重み付き有向グラフの最短路問題を解くアルゴリズムであれば、Dijkstra アルゴリズムに拘る必要はない。
【0310】
図52の設備状態を初期状態とした場合、ステップ2807までの処理で、まず始めに適用されるスコープは、(テンションリール、デフレクタピンチロール)である。
【0311】
スコープの中からテンションリールを選択した場合、図52の設備状態からテンションリール状態e(図57)を検索する。続いて、テンションリール状態eから、テンションリール状態eの有向枝(図61)を検索する。さらにテンションリール状態eの有向枝の中から、テンションリール状態eから行なえるテンションリールの有効な動作(尾端停止制御)を選択する。選択した動作による機器状態の遷移先(図58)を検索する。
【0312】
テンションリールの状態遷移による他の機器の状態遷移も考慮した後、遷移した機器の状態を元の設備状態に反映した形で、新たな設備状態を作成する。このとき、テンションリールの動作:尾端停止制御の知識の属性項目「重み」からこの動作の重みを検索し、図52の設備状態から新しい設備状態へ遷移させる。
【0313】
同様にして、スコープの制約する範囲内で図52の設備状態から遷移できる設備状態を全て探索する。探索の結果、初期状態からより近い順に設備状態をさらに遷移させる。
【0314】
ステップ2809において、新しく生成した設備状態が状態探索条件を満たしているかどうか調べる。満たしていれば、ステップ2816に処理を進める。そうでなければ、ステップ2810に処理を進める。
【0315】
ステップ2810において、新しい設備状態が current-operation のマッチング条件を満たしているかどうか調べる。もし、満たしていればステップ2808に処理を進める。そうでなければ、ステップ2811に処理を進める。
【0316】
図64の制御仕様では、2503,2504,2505を生成する時に用いる設備状態に至ったところで新しい設備状態が current-operation を満たさなくなる。
【0317】
たとえば、2503を生成するときに用いる設備状態では、デフレクタピンチロールは圧下状態ではなく、またテンションリールも巻取完了状態になっている。このため、そのときの current-operation:尾端停止作業のマッチング条件を満たさない。そこで、ステップ2811に処理を進めて current-operation:尾端開放作業に切替える。
【0318】
ステップ2811において、current-operation が goal-operation を通過しても目標状態を満たす設備状態が探索できなかった場合には探索処理を終了する。この図68に示す手順では goal-operation といういわば目標状態のラフな予測を行なっている。この予測の範囲を逸脱した場合には探索に失敗したと判断する。もちろん、探索は、特に Dijkstra 法のような広さ優先探索では、複数の筋の経路を探索するので、探索の先頭になっている状態が全て作業列の範囲から逸脱した場合に警告するのもよいし、どれか一つが逸脱した場合に警告を出してもよい。この判断の仕方も、見積りで行なっているように幾通りものやり方がある。
【0319】
ステップ2812において、直後の作業を current-operation とする。作業列:(尾端停止作業、尾端開放作業、コイル抜き取り作業、コイル運搬作業)の例では、尾端停止作業から尾端開放作業へ、さらに尾端開放作業からコイル抜き取り作業へというように、状態探索条件を満たす設備状態を発見するまで作業知識を切替える。
【0320】
ステップ2813において、current-operation が goal-operation を過ぎても目標状態を発見できなかった場合にはユーザに警告を知らせて処理を終了する。
【0321】
ステップ2814において、作業列の作業知識が境界値(作業知識数 Border )を越えたことをユーザに警告する。
【0322】
ステップ2815において、ユーザが制御仕様作成処理の続行を望めばステップ2807に処理を進めて処理を続行する。そうでなければ処理を終了する。
【0323】
ステップ2816において、設備の初期状態から目標状態に至る機器の動作と各動作の代わり目の機器状態を決定する。
【0324】
初期状態から目標状態に至る機器動作と設備状態の経路には、設備状態は遷移しても同じ機器の同じ動作が継続する場合がある。たとえば、図64の制御仕様の2506と2507は共に、コイルカーの前後方向の位置を表しているセンサーの信号名である。この両者の間には、減速位置1、停止位置1その他のコイルカーの位置が存在する。設備状態の経路にはそれらの状態も探索されている。
【0325】
この場合、制御仕様には反映されないのが普通である。このため設備状態の経路を辿り、機器の動作が終了するときの機器状態を決定する。
【0326】
ステップ2817において、動作と各動作の代わり目の機器状態から制御仕様を生成する。特願平4−328997号で行なっているような機器状態からの変換を行なうと、図64のような制御仕様を得ることができる。
【0327】
このように、複雑な制御対象の比較的長い制御手順を作成する場合でも探索範囲を充分に、かつ洩れのないように絞り込んで探索を行なうことができ、しかも不用意に大規模な探索が行なれるのを防止でき、そのうえ探索処理の失敗を的確に指摘して無駄な探索が行なれるのを防止できるので、制御プログラムの設計作業の効率向上に寄与できる。
【0328】
【発明の効果】
本発明に係る情報処理装置によれば、表示対象に関するオントロジーとオントロジーの語彙を利用した文法を備えているので、オントロジーの範疇にあるものを表示対象とする限り、GUI設計者がGUIを作成する都度、図形操作と挙動とを結ぶ規則を作る必要がなく、表示対象がオントロジーの語彙のどの言葉に対応するのかを指定するだけで、所望のGUIを作成することができる。したがって、GUI作成効率を向上させることができる。
【0329】
また、本発明に係る制御プログラム設計支援装置によれば、表示する制御対象に関するオントロジーとオントロジーの語彙を利用した文法を備えているので、オントロジーの範疇にある制御対象を表示対象とする限り、制御対象を模式的に表示する画面を作成する都度、図形操作とユーザの意図する制御対象の状態変化とを結ぶ規則を作らなくても、図形の表す制御対象がオントロジーの語彙のどの言葉に対応するのかを指定するだけで目標状態を生成できるため、制御仕様の作成効率を向上させることができる。
【0330】
また、本発明に係る制御プログラム設計支援装置によれば、複雑で比較的長い制御手順を作成する場合でも探索範囲を充分に、かつ洩れのないように絞り込んで探索を行なうことができ、しかも不用意に大規模な探索が行なれるのを防止でき、そのうえ探索処理の失敗を的確に指摘して無駄な探索が行なれるのを防止できるので、制御プログラムの設計作業の効率向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係る情報処理装置のブロック構成図
【図2】本発明の第2の実施例に係る制御プログラム設計支援装置のブロック構成図
【図3】オントロジーの語彙の概念階層を示す図
【図4】オントロジーの語彙の概念階層を示す図
【図5】オントロジーの語彙の言葉の定義の一記述例を示す図
【図6】ユーザ意図解析用文法を示す図
【図7】ユーザ意図解析用文法を示す図
【図8】確認文生成用文法を示す図
【図9】確認文生成用文法を示す図
【図10】確認文生成用文法を示す図
【図11】プラント設備の機器・加工材料・センサのある場面(状態)を表示した画面を示す図
【図12】プラント設備の機器・加工材料・センサのある場面(状態)を表示した画面を示す図
【図13】プラント設備の機器・加工材料・センサのある場面(状態)を表示した画面を示す図
【図14】プラント設備の機器・加工材料・センサのある場面(状態)を表示した画面を示す図
【図15】機器に関する知識を示す図
【図16】機器に関する知識を示す図
【図17】機器に関する知識を示す図
【図18】機器に関する知識を示す図
【図19】機器の状態に関する知識を示す図
【図20】機器の状態に関する知識を示す図
【図21】機器の状態に関する知識を示す図
【図22】機器の状態に関する知識を示す図
【図23】機器の状態に関する知識を示す図
【図24】機器の状態に関する知識を示す図
【図25】加工材料に関する知識を示す図
【図26】目標状態を示す図
【図27】目標状態を示す図
【図28】目標状態を示す図
【図29】プラントの設備内の機器や加工材料に関するオントロジーの語彙を用いて記述した解析文法を用いて、ユーザによる視覚的な指示を受けとってユーザが意図する挙動を行なうまでの処理手順を示す図
【図30】移載2(受け取る)に対応する処理手順を示す図
【図31】ユーザによる視覚的な指示を受けとってユーザが意図する挙動を行なうまでの処理手順を示す図
【図32】移載2(受け取る)に対応する処理手順を示す図
【図33】初期状態を設定する手順を示す図
【図34】本発明の第3の実施例に係る制御プログラム設計支援装置のブロック構成図
【図35】本発明の第4の実施例に係る制御プログラム設計支援装置のブロック構成図
【図36】機器や加工材料を表示した画面の例を示す図
【図37】機器や加工材料を表示した画面の例を示す図
【図38】機器や加工材料を表示した画面の例を示す図
【図39】機器や加工材料を表示した画面の例を示す図
【図40】設備内の機器コイルカーに関する知識の一例を示す図
【図41】設備内の状態の構成の一例を示す図
【図42】作業知識の構成の一例を示す図
【図43】作業知識の一記述例を示す図
【図44】マッチング条件に用いることができるシンボルの一例とその意味を示す図
【図45】マッチング条件の例を示す図
【図46】マッチング条件の例を示す図
【図47】マッチング条件の例を示す図
【図48】マッチング条件の例を示す図
【図49】マッチング条件の例を示す図
【図50】状態空間モデルの一構成例を示す図
【図51】プラントの設備状態の一記述例を示す図
【図52】プラントの設備状態の一記述例を示す図
【図53】目標状態(状態探索条件)の一記述例を示す図
【図54】目標状態(状態探索条件)の一記述例を示す図
【図55】機器の状態の一記述例を示す図
【図56】機器の状態の一記述例を示す図
【図57】機器の状態の一記述例を示す図
【図58】機器の状態の一記述例を示す図
【図59】機器の状態の一記述例を示す図
【図60】機器の状態の一記述例を示す図
【図61】機器状態から出る有向枝の一記述例を示す図
【図62】機器状態から出る有向枝の一記述例を示す図
【図63】制御仕様の一表記例を示す図
【図64】制御仕様の一表記例を示す図
【図65】制御対象の初期状態と目標状態の入力から、初期状態から目標状態までの制御仕様を生成する手順を示す図
【図66】制御仕様生成にかかる手間を見積る手順を示す図
【図67】制御対象の初期状態と目標状態の入力から、初期状態から目標状態までの制御仕様を生成する手順を示す図
【図68】制御対象の初期状態と目標状態の入力から、初期状態から目標状態までの制御仕様を生成する手順を示す図
【符号の説明】
10,40,800,100…知識ベース
20,50,900,1100…処理部
11…表示データ
12,42…オントロジー
13,43…ユーザ意図解析用文法
14…挙動辞書
15,45…確認文生成用文法
16…表示対象状態
17…表示対象
21,51…入出力デバイス
22,52…入出力制御部
23,54…ユーザ意図解析部
24…ユーザ意図確認部
25…挙動実行部
41…機器・加工材料・センサ表示データ
44…目標状態生成手順
46…機器・加工材料・センサ状態
47…機器・加工材料・センサ
55…目標状態生成部
56…初期状態設定部
57…制御仕様生成部
60…制御プログラム生成部
801,1001…対象知識
802,1002…状態空間モデル
804,1004…図形知識
805,1005…状態構成知識
806,1006…作業知識
807,1007…動作知識
808,1008…副次的状態遷移
901,1101…入出力デバイス
902,1102…入出力制御部
903,1103…初期状態設定部
905,1106…目標状態(状態探索条件)定義部
907…スコープ決定部
909,1112…探索計算量見積り部
910,1113…状態遷移経路探索部
912,1120…状態遷移経路−制御仕様変換部
913…制御プログラム生成装置
1110…作業列作成部

Claims (3)

  1. 複数の対象を表示する画面を備えるとともに前記画面に表示された対象に対する選択操作が可能な入力手段と、
    前記複数の対象に関する概念の関係を表すオントロジーと、該オントロジーの語彙を用いて記述される複数の概念および該複数の概念に対応付けられる少なくとも一つの挙動を表し、前記対象の選択に応じてユーザの意図を推定するためのユーザ意図解析用文法とを知識として持つ知識保持手段と、
    前記画面に表示された複数の対象に対して前記入力手段によりどのような選択操作がなされたかを表す操作情報と、前記ユーザ意図解析用文法とにより、ユーザが意図した挙動を推定するユーザ意図解析手段と、
    前記ユーザ意図解析手段により推定された挙動の挙動名と、該挙動を実行するための知識とを関連付けて記憶する挙動辞書と、
    前記ユーザ意図解析手段により推定された挙動の挙動名により前記挙動辞書を検索し、これにより検索された前記挙動を実行するための知識を参照して該挙動を実行する挙動実行手段とを具備してなることを特徴とする情報処理装置。
  2. 複数の対象を表示する画面を備えるとともに前記画面に表示された対象に対する選択操作が可能な入力手段と、
    前記複数の対象に関する概念の関係を表すオントロジーと、該オントロジーの語彙を用いて記述される複数の概念および該複数の概念に対応付けられる少なくとも一つの挙動を表し、前記対象の選択に応じてユーザの意図を推定するためのユーザ意図解析用文法とを知識として持つ第1の知識保持手段と、
    前記画面に表示された複数の対象に対して前記入力手段によりどのような選択操作がなされたかを表す操作情報と、前記ユーザ意図解析用文法とにより、ユーザが意図した挙動を推定するユーザ意図解析手段と、
    前記ユーザ意図解析手段により推定された挙動の挙動名と、該挙動を実行するための知識とを関連付けて記憶する挙動辞書と、
    前記ユーザ意図解析手段により推定された挙動の挙動名により前記挙動辞書を検索し、これにより検索された前記挙動を実行するための知識を参照して該挙動を実行する挙動実行手段と
    前記ユーザ意図解析手段により推定される挙動と、該挙動に対応付けられる文法規則に則ったオントロジーの語彙を表す確認文生成用文法を知識として持つ第2の知識保持手段と、
    前記挙動実行手段で挙動を実行させる前に前記第2の知識保持手段の文法を用いて上記挙動実行手段の挙動に関する事柄の説明文を生成し、この説明文を前記入力手段を介して報知する挙動確認手段とを具備してなることを特徴とする情報処理装置。
  3. 前記対象に関するオントロジーは、上記対象の状態のオントロジーも含むことを特徴とする請求項1または2に記載の情報処理装置。
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