JP3808893B1 - 故障診断装置、プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】FTA生成部10は、目標、機能、機能間の関係、機能と目標との間の関係、機能とそれを実現するコンポーネントとの間の関係が、組織的かつ有機的に表現されたMFM情報30、コンポーネントに故障が発生した場合に故障とコンポーネントの挙動との関係を表現したコンポーネント振る舞い情報(Cb-Knowledge)45を含むMFM附随情報40、及び、機能が変化した場合にそれが波及する影響を定義した影響波及ルール50をHD5から読み出し、FTA情報60を生成する。FMEA生成部20は、MFM情報30、MFM附随情報40及び影響波及ルール50をHD5から読み出し、FMEA情報70を生成する。
【選択図】図6
Description
〔構成〕
図5は、本発明の実施の形態による故障診断装置のハードウェア構成を示す図である。この故障診断装置1は、プログラムに従って処理を実行するCPU2、プログラム及びデータを一時的に格納するRAM3、OS等のシステムプログラム及びシステムデータが格納されているROM4、処理を実行するためのプログラムやデータ、MFM情報、MFM附随情報等の各種情報が格納されるHD5、CPU2により生成されたFTA情報及びFMEA情報をFTA図及びFMEA図として画面に表示する表示器7、オペレータからの操作情報を入力するマウス8、キーボード9、及び、表示器7等を中継するI/F(インターフェース)6を備えている。CPU2は、オペレータによるマウス8及びキーボード9の操作情報をI/F6を介して入力し、その操作に従ってプログラムを実行し、HD5に格納されたMFM情報等を読み出し、FTA情報及びFMEA情報を生成して表示器7に表示する。すなわち、CPU2は、後述する一連の処理を実行する故障診断プログラムをHD5から読み出し、RAM3上に展開して実行し、実行結果をHD5に格納したり、表示器7に表示したりする。
(a)振る舞い情報(B-Knowledge)41は、正常な運用上の状態において、機能と認められない振る舞い情報である。MFMでは、基本的には目標の達成に関係ない機能は表現されない。例えば、プラントを構成する機器には故障状態を回避するために存在する機能があり、その機能は目標の達成には関係しないため、MFM図には表現されない。しかし、その表現されない機器により対応操作をすることがあり得る。そこで、そのような機器の機能に関する情報を振る舞い情報(B-Knowledge)41として扱う。
(b)機能目標情報(F-G-Knowledge)42は、目標の達成度を関連機能の変化に対する定性的または定量的な関数で表現した情報である。例えば、図4に示したMFM図において、図の中央部に示した目標「制御により適正化された圧力の供給」と機能「トランスポート(Transport)Tr−17」との間の関係「結合(Connection)」では、機能目標情報(F-G-Knowledge)42として、「機能の定性値が目標にそのまま伝わる」「機能の定性値が目標に逆に伝わる」等の定性値伝播法則の情報が記述される。
(c)目標機能情報(G-F-Knowledge)43は、目標の達成度の変化によりその目標で条件付けられた上位の機能の挙動変化を表現した情報である。
(d)操作情報(O-Knowledge)44は、コンポーネントに対して操作を行った場合に、その機能が定性的にどのように変化するかを表現した情報である。図9は、操作情報(O-Knowledge)44を設定するための画面例である。図9に示す画面が表示器7に表示され、操作情報(O-Knowledge)44がオペレータによりマウス8及びキーボード9を介して設定される。ここでは、圧力調節弁に対して開方向の操作を行った場合に、対応する調節弁(図4のMFM図において、左下箇所を参照)の機能として、流量が定性的に増加(+)し、圧力の調節弁に対して閉方向の操作を行った場合に、対応する調節弁の機能として、流量が定性的に減少(−)することを、操作情報(O-Knowledge)44として設定している。
(f)危険状態情報(Ds-Knowledge)46は、危険とみなされるシステムの情報を優先順位を付けて表現した情報である。例えば、「高圧ガスタンクの圧が高 Storage8 +」「高圧ガスタンクの圧が低 Storage8 −」である。
(1)コンポーネントの挙動を得る。
(2)コンポーネントの挙動による起こる変化について、その変化が起こる機能が属する全体の流れ構造の中で、影響波及ルール50に従って、挙動変化を伝播させる。図12では、挙動変化は、ソース(source)、トランスポート(transport)及びシンク(sink)に伝播する。例えば、ソースの機能の定性値に増加(+)の挙動変化が生じた場合、図11に示した影響波及ルール50を参照して、その影響は出力の定性値が増加(+)する。そして、図12のMFM図において、そのソースの隣のトランスポートに伝播し、影響波及ルール50に従って、その影響は出力及び機能の定性値が増加(+)する。そして、目標及びシンクに伝播する。このようにして、挙動変化は、影響波及ルール50に従って伝播することになる。
(3)目標へ伝播させる。図12では、挙動変化は、トランスポートから目標に伝播する。これにより、目標へ波及することになる。
(4)目標から上位の機能へ伝播させる。図12では、挙動変化は、目標からトランスポートに伝播する。これにより、上位の機能へ波及することになる。
(5)挙動変化が最上位の目標まで伝播した場合、挙動変化の伝播は終了する。最上位の目標に到達しない場合は、(2)へ戻る。図12では、挙動変化がMFM図の最上部に示された目標に伝播した場合、この挙動変化の伝播処理は終了する。
次に、FTA生成部10の機能について詳細に説明する。FTA生成部10は、MFM情報30、MFM附随情報40、及び影響波及ルール50を入力し、危険状態情報(Cb-Knowledge)46であるシステムの危険な状態をFTAの最上位事象に設定し、影響波及ルール50に従ってそのシステムの危険な状態の機能から、上流または下流に向けて挙動変化を伝播させ、目標及び故障知識のある機能をFTAの事象に設定する。このようにして、FTA生成部10は、FTA情報60を生成する。
(1)危険状態情報(Cb-Knowledge)46から、FTAの最上位事象「高圧ガスタンクの圧が高」「高圧ガスタンクの圧が低」を設定する。
(2)その最上位事象のコンポーネント「高圧ガスタンクSt−8」の機能であるストレージから、図11に示した影響波及ルール50に従って、前述したように「高圧ガスタンクの圧が高」「高圧ガスタンクの圧が低」の挙動変化を伝播させる。この場合、バランスまたはストレージの機能に伝播し、その機能が複数の入力または出力を有するときには、遡ってきた出力要求を入力または別の出力の一つのみへと伝播するとして場合分けを行い、それぞれの場合について並列に伝播させる。
(3)コンポーネント振る舞い情報(Cb-Knowledge)45を参照して、機能を実現するコンポーネントに挙動変化の要求を満たすか否かを判断し、満たす場合には、その挙動変化をFTAの末端事象(最下位事象)に設定する。図4、図10及び図13を参照して、「調圧制御弁Co−0」の機能であるコンバーションに伝播し、その定性値が増加(+)であるため、そのコンポーネントの挙動変化の要求を満たすことになる。従って、図10に示した「調圧制御弁Co−0」の機能の定性値が増加(+)する場合の故障原因「グローブバルブ開固着」「グローブバルブ中間固着」「グルーブバルブリーク」がFTAの末端事象となる。
(4)ある機能に伝播した場合、その機能が目標により条件付けされている場合には、上流の機能へ挙動変化を伝播させ、機能目標情報(F-G-Knowledge)42または目標機能情報(G-F-Knowledge)43を用いて挙動変化を条件付けしている目標の達成度の要求に変換し、これをFTAの中間事象に設定し、(2)へ戻る。図4及び図13を参照して、図4の中央右部の機能「トランスポートTr−17」が目標「制御により適正化された圧力の供給」により条件付けられているため、挙動変化を上流である目標へ伝播させる。そして、機能目標情報(F-G-Knowledge)42または目標機能情報(G-F-Knowledge)43に「+」が設定されているときはそれにより、目標の達成度の要求「制御により適正化された圧力の供給が高い」に変換し、これを図13の上部のツリーの右から2番目の中間事象に設定する。
(5)上流の機能がある場合、または、条件付けしている目標がない場合には処理を終了し、上流の機能がある場合、または、条件付けしている目標がある場合には(2)へ戻る。
次に、FMEA生成部20の機能について詳細に説明する。図7は、FMEA生成部20の機能構成を示す図である。このFMEA生成部20は、機器・故障モード・故障原因抽出手段21、危険予測推論手段22、対応操作導出推論手段23、及び故障原因絞込推論手段24を備え、MFM情報30、MFM附随情報40、及び影響波及ルール50を入力し、FMEAの事象を設定し、FMEA情報70を生成する。
(1)コンポーネント振る舞い情報(Cb-Knowledge)45から、故障の発生したコンポーネントの挙動を得る。
(2)挙動変化のタイプ(質量、エネルギ、情報、行動等)と、故障の発生したコンポーネントが実現している機能とから、どの機能がどのように変化するかを推論する。
(3)変化が起こる機能が属する流れ構造全体に対して、図11に示した影響波及ルール50に従って、挙動変化を各機能のルールに基づいて伝播させる。ここで、バランスやストレージの機能において、出力の分岐がある場合には、出力の一つのみが影響を受けるとして場合分けを行い、それぞれの場合について伝播させる。
(4)機能目標情報(F-G-Knowledge)42から、機能の流れが達成する目標の達成度の変化を推論し、これをシステムに与える影響として設定する。ここで、目標が最上位の場合は推論を終了し、最上位でない場合は(2)へ戻る。
(5)目標機能情報(G-F-Knowledge)43から、目標の達成度の変化によりその目標で条件付けされた上位の機能の挙動変化を得る。
(6)(3)に戻る。
(1)目標の達成度を回復する場合は、機能目標情報(F-G-Knowledge)42を逆に用いて関連機能流れ変化に変換する。
(2)関連機能流れまたは回復すべき機能から機能流れを、図15に示す要求波及ルールに基づいて、上流へと挙動変化の要求を伝播させる。ここで、要求波及ルールは、HD5に格納されており、FMEA生成部20がこの要求波及ルールを読み出す。この場合、バランスまたはストレージの機能が複数の入力または出力を有するときは、遡ってきた出力要求を入力または別の出力の一つのみへと伝播させるものとして場合分けを行い、それぞれの場合に対して並列に挙動変化の要求を伝播させる。出力への要求が伝播された後は、その要求を満足させたときの必然的な影響を、図11に示した影響波及ルール50に基づいて、上流から下流へと伝播させる。
(3)操作情報(O-Knowledge)44と実現関係を参照して、機能を実現するコンポーネントに挙動変化の要求を満たす対応操作がある場合には、その操作を対応操作の候補とする。
(4)機能が目標により条件付けられている場合には、上流の機能へ挙動変化の要求を伝播させると共に、目標機能情報(G-F-Knowledge)43を逆に用いて挙動変化の要求を条件付けしている目標の達成度の要求に返還し、(1)へ戻る。
(5)上流の機能がない場合、または条件付けしている目標がない場合には、処理を終了し、それ以外の場合には、(2)へ戻る。
尚、目標と機能との間の関係にループがある場合の処理は、前述した処理と同様である。このようにして、対応操作導出推論手段23は、対応操作導出推論により、対応操作を得る。
(1)システムの信号値をモデル上で評価する。
(2)与えられた故障原因の候補による影響波及を評価する。
(3)これらの評価を比較して、類似度の高いものを故障原因と判断する。
システム状態を機能面から評価するためには、計測した信号値と機能のモデルとをどのように関連付けるかが問題となる。一般に、機能はいくつかのシステム変数と関連しており、機能の達成度はそれらの関数となる。また、MFMでは機能を質量やエネルギ等の面から表現し、その流れの状態と密接に関係している。そこで、各々の機能の達成度を最も良く表す質量やエネルギ等の流れを代表する変数を予め機能に対応付けておき、対応付けた変数により機能の達成度の評価を行う。
2 CPU
3 RAM
4 ROM
5 HD
6 I/F
7 表示器
8 マウス
9 キーボード
10 FTA生成部
20 FMEA生成部
21 機器・故障モード・故障原因抽出手段
22 危険予測推論手段
23 対応操作導出推論手段
24 故障原因絞込推論手段
30 MFM情報
40 MFM附随情報
41 振る舞い情報
42 機能目標情報
43 目標機能情報
44 操作情報
45 コンポーネント振る舞い情報
46 危険状態情報
50 影響波及ルール
60 FTA情報
70 FMEA情報
Claims (5)
- システムの故障診断を行うための情報を、MFMを用いて生成する故障診断装置であって、
システムの目標を達成するための流れ構造を、システムを構成するコンポーネントが有する機能を用いて表現したMFM情報、
コンポーネントに故障が発生した場合の挙動変化、故障モード及び故障原因を含むコンポーネント振る舞い情報、
システムの危険状態、該危険状態となるコンポーネント、及び該危険状態の優先順位を含む危険状態情報、
機能が変化した場合に波及する影響が定義された影響波及ルール、
コンポーネントの操作及び該操作による挙動を含む操作情報、
機能に対する要求が変化した場合の波及が定義された要求波及ルール、及び、
目標の達成度を、機能の変化に対する定性的または定量的な関数で表現した機能目標情報が記憶された記憶部と、
該記憶部からコンポーネント振る舞い情報を読み出し、該コンポーネント振る舞い情報に含まれるコンポーネント、故障モード及び故障原因を抽出し、
前記記憶部からMFM情報、影響波及ルール及び機能目標情報を読み出し、影響波及ルールに従って、前記抽出した故障原因の挙動変化を、故障原因となるコンポーネント以外の他の全てのコンポーネントが正常に動作することを前提にして、MFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、機能目標情報から、機能の流れが達成する目標の達成度の変化を推定し、該目標の達成度の変化をシステムに与える影響として設定し、
前記抽出した故障モードによって危険状態を引き起こす故障原因の数を、コンポーネント振る舞い情報から故障モード毎に故障原因個数として設定し、
前記記憶部から危険状態情報を読み出し、該危険状態情報に含まれる危険状態の優先順位を危険優先度として設定し、
前記記憶部から操作情報及び要求波及ルールを読み出し、要求波及ルールに従って、挙動変化の要求をMFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、影響波及ルールに従って、要求を満足させたときの影響をMFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、操作情報に含まれるコンポーネントが実現する操作を、危険状態を回避するための対応操作として設定し、
前記影響波及ルールに従って、前記抽出した故障原因の挙動変化を、MFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、伝播対象となったコンポーネントの挙動を、故障原因を検知するための検知方法として設定し、
前記抽出したコンポーネント、故障モード及び故障原因、並びに、前記設定したシステムに与える影響、故障原因個数、危険優先度、対応操作及び検知方法を含むFMEA情報を生成するFMEA生成部とを備えたことを特徴とする故障診断装置。 - 請求項1に記載の故障診断装置において、さらに、
前記危険状態情報に含まれるシステムの危険状態をFTAの最上位事象に設定し、
該最上位事象のコンポーネントの機能の挙動変化を、MFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、該伝播させた挙動変化に従って、システムの目標の達成度への要求をFTAの中間事象に設定し、
前記コンポーネント振る舞い情報から、伝播させた挙動変化に対する故障原因をFTAの最下位事象に設定し、
前記最上位事象に設定したシステムの危険状態、中間事象に設定したシステムの目標の達成度への要求、及び、最下位事象に設定した故障原因を含むFTA情報を生成するFTA生成部を備えたことを特徴とする故障診断装置。 - システムの故障診断を行うための情報をMFMを用いて生成する故障診断装置が、システムの目標を達成するための流れ構造を、システムを構成するコンポーネントが有する機能を用いて表現したMFM情報、コンポーネントに故障が発生した場合の挙動変化、故障モード及び故障原因を含むコンポーネント振る舞い情報、システムの危険状態、該危険状態となるコンポーネント、及び該危険状態の優先順位を含む危険状態情報、機能が変化した場合に波及する影響が定義された影響波及ルール、コンポーネントの操作及び該操作による挙動を含む操作情報、機能に対する要求が変化した場合の波及が定義された要求波及ルール、及び、目標の達成度を、機能の変化に対する定性的または定量的な関数で表現した機能目標情報を備え、該故障診断装置を構成するコンピュータに、
コンポーネント振る舞い情報に含まれるコンポーネント、故障モード及び故障原因を抽出する処理と、
影響波及ルールに従って、前記抽出した故障原因の挙動変化を、故障原因となるコンポーネント以外の他の全てのコンポーネントが正常に動作することを前提にして、MFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、機能目標情報から、機能の流れが達成する目標の達成度の変化を推定し、該目標の達成度の変化をシステムに与える影響として設定する処理と、
前記抽出した故障モードによって危険状態を引き起こす故障原因の数を、コンポーネント振る舞い情報から故障モード毎に故障原因個数として設定する処理と、
危険状態情報に含まれる危険状態の優先順位を危険優先度として設定する処理と、
要求波及ルールに従って、挙動変化の要求をMFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、影響波及ルールに従って、要求を満足させたときの影響をMFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、操作情報に含まれるコンポーネントが実現する操作を、危険状態を回避するための対応操作として設定する処理と、
影響波及ルールに従って、前記抽出した故障原因の挙動変化を、MFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、伝播対象となったコンポーネントの挙動を、故障原因を検知するための検知方法として設定する処理と、
前記抽出したコンポーネント、故障モード及び故障原因、並びに、前記設定したシステムに与える影響、故障原因個数、危険優先度、対応操作及び検知方法を含むFMEA情報を生成する処理とを実行させる故障診断プログラム。 - 請求項3に記載の故障診断プログラムにおいて、
危険状態情報に含まれるシステムの危険状態をFTAの最上位事象に設定する処理と、
該最上位事象のコンポーネントの機能の挙動変化を、MFM情報の流れ構造に沿って伝播させ、該伝播させた挙動変化に従って、システムの目標の達成度への要求をFTAの中間事象に設定する処理と、
コンポーネント振る舞い情報から、伝播させた挙動変化に対する故障原因をFTAの最下位事象に設定する処理と、
前記最上位事象に設定したシステムの危険状態、中間事象に設定したシステムの目標の達成度への要求、及び、最下位事象に設定した故障原因を含むFTA情報を生成する処理とを実行させる故障診断プログラム。 - 請求項3または4に記載の故障診断プログラムを記録した記録媒体。
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