JP4400176B2 - 機能解析装置、機能解析方法及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、複数の油・空圧構成部品を結合して構成される油・空圧回路において、その油・空圧回路を構成する部品の機能を解析する機能解析装置、機能解析方法およびそのプログラムに関する。

一般に油・空圧回路は多種類の油・空圧構成部品が結合されて構成されているため、油・空圧回路に故障が発生した場合には故障原因を特定するまでに多くの時間を要する。

従来は、その設備を知悉している経験豊かな保全員や、油・空圧回路の動作に関する高度な知識を備えている専門家が、故障原因を把握することで故障時間の短縮を図っていた。しかし、近年の産業構造の変革により各製造業において熟練技術者、専門技術者が減少している状況下では、故障復旧までに相当の時間を要するようになってきている。

一方、生産設備は年々高度化、複雑化してきており、この結果、故障による設備停止に伴う生産活動への影響もますます大きなものとなっている。

このため、熟練技術者、専門技術者でなくとも、故障原因を短時間で特定できる技術の開発が進められている。特許文献１に開示された発明は、発生した故障現象に基づいて抽出した故障原因の候補機器を、予め蓄積しておいた過去の故障事例とを比較して故障機器を推論によって特定するものである。この結果、特定の機器に特有な故障原因に対しても故障原因機器の推論を迅速に行うことができるとしている。
特開平８−２２６４１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明は、予め作成した過去の故障事例ベースを必要とするため、過去において発生していない故障に対しては推論精度が良くないという問題がある。

また、該当する油・空圧回路が更新された場合や改造された場合には、過去の事例ベースがそのまま適用できなくなる場合も多い、という問題点もある。

従って、故障原因を追求するに際しては、その故障原因を追求する者が該当する油・空圧回路とその構成部品についての専門知識を有していることが望ましい。しかしながら、製造プラントにおいて使用されている油・空圧回路の数は多く、時としては数百になる場合も珍しくない。そのため、まだ充分に専門技術を習得していない技術者が、個々の油・空圧回路とその構成部品の機能に関して、短期間で専門知識を取得することは、一般には困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、油・空圧回路の構成部品の専門知識を効率的に獲得することができ、各種の油・空圧回路に汎用的に適用することのできる油・空圧回路の構成部品の機能解析装置、機能解析方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る請求項１に記載の機能解析装置は、複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の前記油・空圧構成部品の機能を解析する機能解析装置において、前記油・空圧回路の作動時における複数の運転方法に対応して、作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係を特定し記憶する回路構成手段と、前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いを獲得して記憶する状態獲得手段と、前記複数の運転方法に対応した作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係と、前記定性値を用いて表された前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いとに基づいて、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応する回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論手段と、前記油・空圧構成部品の各々の状態と、前記定性推論により推定した他の油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を作成する情報作成手段と、前記作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応付けて記憶する記憶手段とを備えた。

また本発明に係る請求項２に記載の機能解析装置は、上記記載の発明である機能解析装置において、前記推論手段は、前記油・空圧構成部品の状態が、その運転方法に対応する回路上における作動油の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼす場合には、上流に向かって定性推論を実行する上位推論手段を備えた。

また本発明に係る請求項３に記載の機能解析装置は、上記記載の発明である機能解析装置において、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応して、経験的に得られる前記油・空圧構成部品の機能、刊行物に記載された前記油・空圧構成部品の機能の少なくともいずれかの機能を表わす情報を入力する情報入力手段と、前記入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態と対応付けて記憶する他の記憶手段とを備えた。

また本発明に係る請求項４に記載の機能解析装置は、上記記載の発明である機能解析装置において、前記情報作成手段で作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報、前記情報入力手段で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす経験的に得られる情報、前記情報入力手段で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす刊行物に記載された情報のうち少なくともいずれかの情報を表示する表示手段を備えた。

また本発明に係る請求項５に記載の機能解析方法は、複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の前記油・空圧構成部品の機能を解析する機能解析装置の機能解析方法において、前記油・空圧回路の作動時における複数の運転方法に対応して、作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係を特定し記憶する回路構成工程と、前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いを獲得して記憶する状態獲得工程と、前記複数の運転方法に対応した作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係と、前記定性値を用いて表された前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いとに基づいて、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応する回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論工程と、前記油・空圧構成部品の各々の状態と、前記定性推論により推定した他の油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を作成する情報作成工程と、前記作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応付けて記憶する記憶工程とを備えた。

また本発明に係る請求項６に記載の機能解析方法は、上記記載の発明である機能解析方法において、前記推論工程は、前記油・空圧構成部品の状態が、その運転方法に対応する回路上における作動油の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼす場合には、上流に向かって定性推論を実行する上位推論工程を備えた。

また本発明に係る請求項７に記載の機能解析方法は、上記記載の発明である機能解析方法において、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応して、経験的に得られる前記油・空圧構成部品の機能、刊行物に記載された前記油・空圧構成部品の機能の少なくともいずれかの機能を表わす情報を入力する情報入力工程と、前記入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態と対応付けて記憶する他の記憶工程とを備えた。

また本発明に係る請求項８に記載の機能解析方法は、上記記載の発明である機能解析方法において、前記情報作成工程で作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報、前記情報入力工程で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす経験的に得られる情報、前記情報入力工程で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす刊行物に記載された情報のうち少なくともいずれかの情報を表示する表示工程を備えた。

また本発明に係る請求項９に記載の機能解析プログラムは、複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の前記油・空圧構成部品の機能を解析するための機能解析プログラムにおいて、前記油・空圧回路の作動時における複数の運転方法に対応して、作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係を特定し記憶する回路構成手順と、前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いを獲得して記憶する状態獲得手順と、前記複数の運転方法に対応した作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係と、前記定性値を用いて表された前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いとに基づいて、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応する回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論手順と、前記油・空圧構成部品の各々の状態と、前記定性推論により推定した他の油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を作成する情報作成手順と、前記作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応付けて記憶する記憶手順とをコンピュータに実行させるためのプログラム。

また本発明に係る請求項１０に記載の機能解析プログラムは、上記記載の発明である機能解析プログラムにおいて、前記推論手順は、前記油・空圧構成部品の状態が、その運転方法に対応する回路上における作動油の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼす場合には、上流に向かって定性推論を実行する上位推論手順を備えた。

また本発明に係る請求項１１に記載の機能解析プログラムは、上記記載の発明である機能解析プログラムにおいて、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応して、経験的に得られる前記油・空圧構成部品の機能、刊行物に記載された前記油・空圧構成部品の機能の少なくともいずれかの機能を表わす情報を入力する情報入力手順と、前記入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態と対応付けて記憶する他の記憶手順とを備えた。

また本発明に係る請求項１２に記載の機能解析プログラムは、上記記載の発明である機能解析プログラムにおいて、前記情報作成手順で作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報、前記情報入力手順で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす経験的に得られる情報、前記情報入力手順で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす刊行物に記載された情報のうち少なくともいずれかの情報を表示する表示手順を備えた。

本発明の機能解析装置は、油・空圧回路の構成部品の専門知識を効率的に獲得することができ、各種の油・空圧回路に汎用的に適用することができる。

本発明の実施の形態に係る機能解析装置は、設備故障診断装置に組み込まれ、その機能の一部を共有して構成されている。そこで、機能解析装置の説明に先立ち、設備故障診断装置について説明する。

図１は、本発明に係る機能解析装置を用いた設備故障診断システムの構成を示す図である。

この設備故障診断システムは、油・空圧回路の故障を診断するための設備故障診断装置１、設備故障診断装置１とオペレータとの間で情報の入出力を行うための入出力装置２、及び設備故障診断装置１と通信回線３を介して接続され設備故障診断装置１の機能を利用するための外部端末である工場端末４、保全端末５、工事端末６で構成されている。

そして、設備故障診断装置１は、入出力制御部１１、ナビゲーション部１２、システム作成部１３、定性シミュレーション部１６、故障診断部２０、データ記憶部２３及び構成部品機能解析部３５で構成されている。

入出力制御部１１は、通信回線３と接続された外部端末等との間で各種情報交換を実施するためのインターフェースである。ナビゲーション部１２は、それぞれの外部端末からの操作指令に応じて設備故障診断装置１の各機能を提供するためのインターフェースである。

システム作成部１３は、診断対象となる油・空圧回路モデルを構成部品を配置して作成する油・空圧回路作成部１４と、作成された油・空圧回路モデルが適正かどうかを検査する流れシミュレーション部１５を備えている。

定性シミュレーション部１６は、定性推論を実施できるように構成部品ごとの正常状態と異常状態を表すデータを入力する構成部品状態入力部１７、入力された構成部品ごとの状態データに基づいて油・空圧回路の挙動を推論する定性推論部１８、及び推論結果に基づいて故障診断に使用される故障データベースを作成する故障データベース作成部１９を備えている。

故障診断部２０は、油・空圧回路の異常な動作状態からその故障の原因となる構成部品を診断する。

構成部品機能解析部３５は、構成部品ごとの状態（正常・異常）データに基づいて油・空圧回路の構成部品の挙動を推論する定性推論部３７、及び推論結果に基づいて機能解析に使用される機能データベースを作成する構成部品機能データ作成部３８、機能データベースに関連する情報を書き込む構成部品機能入力部３９及び構成部品の機能に関する情報を抽出する構成部品機能出力部４０を備えている。

データ記憶部２３は、設備故障診断装置１の上記処理に必要な各種のデータを記憶する。このデータ記憶部２３には、油・空圧回路モデルの作成に用いられる構成部品に関するデータを記憶する構成部品データメモリ２４、作成された回路モデルの運転モード毎に構成機器の切換状態や動作状態等を記憶する回路構成データメモリ２５、構成部品毎の正常状態・異常状態を表す状態データを記憶する構成部品状態データメモリ２６、構成部品の正常・異常状態毎に油・空圧回路全体の挙動を記憶する挙動データメモリ２７、油・空圧回路の異常動作状況と故障原因とを対応付けデータを記憶する故障データメモリ２８、構成部品ごとの故障履歴を記憶した故障履歴データメモリ２９、及び構成部品の機能に関する情報を記憶する構成部品機能データメモリ４５が設けられている。

そして、通信回線３と接続する工場端末４は、その油・空圧回路を生産設備の一部として使用している製造工場に備えられた端末であって、主として当該製造工場の運転者が使用する。保全端末５は、その油・空圧回路の保全部署に備えられた端末であって、主として保全員が使用する。工事端末５は、その油・空圧回路の修理・整備を担当する部署に備えられた端末であって、主として油・空圧回路の専門家が使用する。

ここで、通信回線とは広く情報の送受信に用いられる経路のことで、導電線、光ファイバなどの有線を用いた通信に限られず、光、音波、電波などを用いた無線通信も含まれる。

次に、設備故障診断システムの動作について説明する。
尚、以下の説明においては、油圧回路を対象としており、専ら入出力装置２を用いて設備故障診断装置１に動作を指示するための操作入力を行うものとしている。

本設備故障診断システムを用いる場合は、先ず診断しようとする油圧回路の構成を設備故障診断装置１に入力する必要がある。そこで、システムの操作者が入出力装置２から油圧回路モデル作成を指示入力すると、ナビゲーション部１２がその入力を受け付けてシステム作成部１３を起動する。

図２は、システム作成部１３の概略の動作手順を示すフロー図である。
システム作成部１３の油・空圧回路作成部１４が起動して入出力装置２に図３に示す部品メニューを表示し、必要な項目を選択するように操作者を促す（Ｓ１）。

操作者がこの部品メニューから例えば、「流量制御弁」を選択すると油・空圧回路作成部１４は構成部品データメモリ２４を検索して、図４に示す流量制御弁のアイコン群を表示する（Ｓ２）。ここで、表示されるアイコンは、原則として日本工業規格「油圧および空気圧用図記号」で表される記号である。

尚、本システムでは、日本工業規格に定められた図記号のみでなく、複数の油・空圧機器を１つのブロックに配置し、それらの複数のブロックを組み合わせることで所定の機能をもつ油・空圧機器を構成する積層タイプの機器（例えば、積層弁等）も取り扱えるように構成している。

操作者が油圧回路モデルを構成するために必要な部品群を選択した後、アイコンをマウスなどでクリックしてドラッグ操作すると、油・空圧回路作成部１４はその構成部品を操作者の操作に従ってワークスペースに配置する（Ｓ３）。図５は構成部品が配置された状態を示している。

次に操作者がワークスペース上で構成部品同士の接続状態を指定すると、油・空圧回路作成部１４は、図６に示すように指定された構成部品同士を接続する配管を表示する（Ｓ４）。

続いて、操作者は運転モードの設定操作を行う。
ここで運転モードとは、その油圧回路に求められる機能のことであり、例えば、図６に示す油圧回路モデルではシリンダの動作である「前進」モードと「後退」モードの２つの運転モードを持っている。操作者が運転モードの設定を指示し、運転モード名とともに入力すると油・空圧回路作成部１４は、図７に示す運転条件入力画面を表示する（Ｓ５）。

操作者は、表示された画面に従って、その運転モードでの各構成部品の状態、例えば各弁の開閉状態、励磁状態を入力する。また、構成部品の状態をわかり易く表すための説明文、例えば油圧値、油量などを適宜付帯して入力することもできる。そして、運転条件の入力が終了すると、次に油・空圧回路作成部１４は、図８に示す終了条件入力画面を表示する（Ｓ６）。

操作者は、表示された画面に従って、その運転モードの終了時の各部品の状態、例えばアクチュエータの状態などを入力し、全ての入力が終了したときに「ＯＫ」操作を行うと、流れシミュレーション部１５が起動して、作成された油圧回路を検査する（Ｓ７）。

流れシミュレーション部１５は、各運転モード毎に、油圧回路モデルが適正に構成されているかどうかを検査する。具体的には、配管の外れ、未設定項目の有無などである。そして、検査結果が良好な場合は、作成された油圧回路モデルをその運転モードとともに回路構成データメモリ２５に格納して登録する（Ｓ８）。

次に、このようにして作成した油圧回路モデルに発生する各種の故障状態を入力して故障を診断するための故障データベースの作成を行うが、それに先立って、本発明における定性推論を用いる方法について説明する。

一般に、複雑な対象については、対象の定量的なモデルを構築することは困難を伴うため、それに代わって対象の定性的な挙動のみを簡易に予測する定性推論という方法が提案されている。

定性推論では、変数を以下に示すように３値で表現する。

Ｘ＝[＋] ； 増加、上昇など
Ｘ＝[０] ； 変化なし、正常など
Ｘ＝[−] ； 減少、下降など
図９は、バルブのモデルを示す図である。
このモデルでは、バルブの入力を入口圧力Ｐｉｎ、入口流量Ｆｉｎとし、バルブの出力を出口圧力Ｐｏｕｔ、出口流量Ｆｏｕｔとしている。そして、バルブによる差圧（圧損）をｄＰとすると、このバルブの定性推論に用いられるモデルは式（１）〜（３）で表される。

ｄＰ＝Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ …（１）
Ｆｉｎ＝ｄＰ …（２）
Ｆｏｕｔ＝Ｆｉｎ …（３）
これらの式において各変数は上記定性推論の定性値である３値をとるものとし、等号はこの３値の意味において等しいことを示す。ここで、式（２）の物理的意味は、ベルヌーイの定理から導かれる関係、即ち入力流量Ｆｉｎは差圧ｄＰの平方根に比例する、ことを意味する。

この式に基づくモデルによって、バルブの定性的な挙動を表現することが可能である。
例えば次のように表現される。

Ｐｉｎ ＝[＋] ：入口圧力増加
ｄＰ ＝[＋] ：差圧増加
Ｆｉｎ ＝[＋] ：入口流量増加
Ｆｏｕｔ＝[＋] ：出口流量増加
Ｐｏｕｔ＝[＋] ：出口圧力増加
この挙動は、入口圧力が上昇すると、差圧が上昇し、バルブに流入する流量が増加し、バルブから流出する流量が増加し、出口圧力が上昇することを表している。

また、このバルブの挙動は式（１）〜（３）を適用して次のようにも表現される。

Ｐｏｕｔ＝[＋] ：出口圧力増加
ｄＰ ＝[−] ：差圧減少
Ｆｉｎ ＝[−] ：入口流量減少
Ｆｏｕｔ＝[−] ：出口流量減少
Ｐｉｎ ＝[＋] ：入口圧力増加
この挙動は、出口圧力が上昇すると、差圧が減少し、バルブに流入する流量が減少し、バルブから流出する流量が減少し、入口圧力が上昇することを表している。

このように、Ｐｉｎ、ＦｉｎからＰｏｕｔ、Ｆｏｕｔを推定することができ、逆にＰｏｕｔ、ＦｏｕｔからＰｉｎ、Ｆｉｎを推定することができる。そこで、油圧回路を構成する各部品について上記のような関係を記述したモデル式を作成し、変数である流体圧力と流量とが構成部品を通過することによる変化を上述の定性推論を用いて算出する。そして、その結果に基づいて次の構成部品の定性推論の実行を繰り返して、推論結果を次々と伝播させることによって対象の挙動を簡便に推定することができる。

システムの操作者が入出力装置２から故障データベースの作成を指示入力すると、ナビゲーション部１２がその入力を受け付けて定性シミュレーション部１６を起動する。

図１０は、定性シミュレーション部１６の概略の動作手順を示すフロー図である。
定性シミュレーション部１６の構成部品状態入力部１７が起動して、入出力装置２に油圧を構成する部品について状態データを登録するように操作者を促す表示を行う（Ｓ１０）。

図１１は、オペレートチェック弁についての状態データを示す図である。
操作者は先ず、登録しようとする部品が「油圧要素機器」の内の「方向制御弁」に属する「オペレートチェック弁」であることを入力する。そして、このオペレートチェック弁について定性推論の変数である、Ｐｉｎ、Ｆｉｎ、Ｐｏｕｔ、Ｆｏｕｔなどを定性値を用いて状態を記述して入力する。

ここで入力する内容は、オペレートチェック弁の正常・異常の状態で、例えば、異常状態としては「内部リーク」、「詰り」、「制御流れ不能」、「外部リーク」などが列挙できる。

構成部品状態入力部１７は、各構成部品について定性値を用いて記述された正常・異常の各状態毎の変数データを獲得し、このデータを部品状態データメモリ２６に格納する（Ｓ１１）。ここで、作成された部品の状態データは、本設備故障診断装置１で定性推論を行う際に汎用的に使用される。

次に操作者が、入出力装置２から油圧回路を指定して定性推論の実行を指示入力すると、定性シミュレーション部１６は定性推論部１８を起動する。定性推論部１８は回路構成データメモリ２５から、指定された油圧回路と運転モードを読出し、部品状態データメモリ２６から油圧回路に用いられている各構成部品についての状態データを読み出す（Ｓ１２）。

先ず、油圧回路の運転モードを１つ選択しその運転モードに基づいて処理を行う（Ｓ１３）。そして、油圧回路に使用されている構成部品を１つ選択し、さらに異常状態を１つ選択する（Ｓ１４）。そして、定性推論を用いて部品の挙動をシミュレートする（Ｓ１５）。

図１２は、定性推論の手順を示すフロー図である。
選択された部品を、定性推論の始点部品とし（Ｔ１）、その始点部品に異常状態データを初期値として設定する（Ｔ２）。そして、この始点部品に故障が発生しているものとして、運転モードに対応した油圧部品のつながりに従って定性推論を用いた定性値の伝播を開始する（Ｔ３）。尚、以下の説明では、運転モードに従って作動油の流れる方向を下流と呼び、逆方向を上流と呼ぶ。

まず、その構成部品に対して定性推論を適用し（Ｔ４）、次に定性推論を適用した構成部品に上流に影響を及ぼすべき故障が発生しているかどうかを調べる（Ｔ５）。通常、定性推論は下流側の構成部品に向かって順次適用されて処理されていくが、故障の種類によってはその影響が上流の構成部品に及ぶ場合がある。例えば、シリンダーの下流に配置された構成部品に詰りが発生した場合は、その結果上流の構成部品であるシリンダーの動作が遅くなるという異常を引き起こすことになる。

そこで、上流に影響を及ぼすべき故障が発生している場合（Ｔ５ ｙｅｓ）は、これまでとは逆方向に定性推論を行う上位伝播処理（バックトラック処理）を実施する（Ｔ６）。このバックトラック処理は、上流に向かって定性推論を実行するが、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了させる。

バックトラック処理の後、下の構成部品まで戻って、回路の経路に従って、下流に定性値を伝播する構成部品があるかどうかを調べ（Ｔ７）、該当する構成部品がある場合（Ｔ７ ｙｅｓ）はその構成部品の処理に移り（Ｔ８）、ステップＴ５〜Ｔ７を繰り返す。該当する構成部品がない場合（Ｔ７ ｎｏ）は、定性推論を終了する。

図１３は、定性推論による推定結果の例を示す図である。
図には、部品Ｖ２に異常が発生し、状態が「圧力高」となった場合の、推定結果が示されている。これによると、部品５は「高速回転」状態となり、部品ｎが「低速回転」状態になる。尚、部品４、部品６はこの運転モードでは使用されていない部品である。この例では前述の「＋」、「０」、「−」ではなく、「高速回転」、「低速回転」といった言葉で表現されているが、これは前述のように予め定性値の３値と構成部品の状態を表す言葉とを対応付けておくことで実現することができる。このように対応付けることで、構成部品の故障状態・動作状態を油圧の専門家でなくとも把握することが容易になる。

定性推論部１８は、このようにして得られた推定結果を挙動データメモリ２７に格納する（Ｓ１６）。そして、全ての部品の全ての状態についての定性推論が終了したかどうかを調べ（Ｓ１７）、まだ、処理すべき部品、処理すべき異常状態が残っている場合（Ｓ１７ ｎｏ）は、ステップＳ１４〜Ｓ１６を繰り返す。

全ての部品の全ての状態についての定性推論が終了した場合（Ｓ１７ ｙｅｓ）は、全運転モードについての定性推論が終了したかどうかを調べ（Ｓ１８）、まだ、処理すべき運転モードが残っている場合（Ｓ１８ ｎｏ）は、ステップＳ１３〜Ｓ１７を繰り返す。そして、全運転モードについての定性推論が終了した場合（Ｓ１８ ｙｅｓ）は、この油圧回路についての定性推論を終了する。

尚、本実施の形態では、状態データを部品状態データメモリ２６に格納しているが本発明はこの形態に限定されるものではなく、例えば状態データをプログラムに組み込んで使用しても良い。プログラムに組み込むことでデータアクセス時間の短縮とノウハウであるこれらのデータの秘密保持を図ることができる。

続いて、故障データベース作成部１９が起動して、故障原因を特定するための故障データベースを作成する。

いま、油圧回路で故障が発生する場合を考えると、人間が「故障」と認識できるのは、目的とする部品の「機械的な動き」が得られないなど外部から状態が観測できるからである。そのため、油圧回路の構成部品のうち、故障として認識できる構成部品を対象部品として選定し、その対象部品の動作をキー項目として上記挙動データを再構成する。

そこで、故障データベース作成部１９は、挙動データメモリ２７を読出し、予め操作者によって指定されている対象部品について異常状態を抽出する（Ｓ１９）。例えば、シリンダーを対象とする場合は、挙動データの中からシリンダーの動作不良を発生させる原因となる構成部品の異常状態データを抽出する。

そして、故障データベース作成部１９はこのデータに基づいて対象部品と各構成部品の対応を示す故障データベースを作成する（Ｓ２０）。図１４は、このようにして作成された故障データベースの構成を示している。

次に、本設備故障診断装置１を用いて油圧回路に発生する各種の故障を診断する方法について説明する。操作者が、入出力装置２から油圧回路を指定して故障診断の実行を指示入力すると、ナビゲーション部１２がその指示を受け付けて故障診断部２０を起動する。

図１５は、本発明の第１の実施形態に係る、故障診断部２０の概略の手順を示すフロー図である。

故障診断部２０は回路構成データメモリ２５を検索して、診断しようとする油圧回路の回路構成と、故障診断のための問診用ダイアログを入出力装置２に表示する（Ｓ３０）。図１６は、診断対象となる油圧回路の構成を示す図であり、図１７は、問診用ダイアログ３５の構成を示す図である。

操作者が問診用ダイアログ３５の運転モード欄３６に運転モードを入力し、動作状態欄３７にその対象部品の異常状態を入力して実行ボタン３９を操作すると、故障診断部２０はそれらのデータを獲得して、故障データメモリ２８を検索する（Ｓ３１）。そして、格納されてある故障データベースから、その運転モードにおける対象部品の異常内容を調べ、該当した異常状態を発生させる構成部品を抽出する（Ｓ３２）。

次に、故障診断部２０は故障履歴データメモリ２９を調べる。この故障履歴データメモリ２０には、その設備における過去の故障履歴、構成部品の寿命などのデータが格納されている、故障診断部２０はこのデータに基づいて上記抽出した構成部品を故障発生の可能性の高い順番に順位を付ける（Ｓ３３）。そして、この順位に従って、原因となりうる構成部品名とその異常内容を入出力装置２に表示する（Ｓ３４）。

図１８は、診断結果の異常部品名と異常原因を表示した図である。このように、故障可能性の高い順序で構成部品名が表示されるため故障原因の推定をより容易に行うことができる。尚、上記順序付けを行わず、原因となりうる構成部品名の表示とともに、故障原因となる構成部品を図１６の回路上で色替え、点滅などを行って強調して故障原因が容易に推定できるように構成しても良い。また、上記順位付けを行った上でさらに表示の色替え、点滅などを行うように構成しても良い。

次に、機能解析装置の動作について説明する。機能解析装置は、上述の定性推論を用いて油圧回路の構成部品の機能を解析する。

システムの操作者が入出力装置２から油圧回路を指定して機能データベースの作成を指示入力すると、ナビゲーション部１２がその入力を受け付けて構成部品機能解析部３５を起動する。

図１９は、構成部品機能解析部３５の概略の動作手順を示すフロー図である。

構成部品機能解析部３５は、先ず定性推論部３７を起動する。定性推論部３７は回路構成データメモリ２５から、指定された油圧回路と運転モードを読出し、部品状態データメモリ２９から油圧回路に用いられている各構成部品についての状態データを読み出す（Ｐ１２）。

先ず、油圧回路の運転モードを１つ選択しその運転モードに基づいて処理を行う（Ｐ１３）。そして、油圧回路に使用されている構成部品を１つ選択し、さらにその状態（正常、異常）を１つ選択する（Ｐ１４）。そして、定性推論を用いて部品の挙動をシミュレートする（Ｐ１５）。

図２０は、定性推論の手順を示すフロー図である。
選択された部品を、定性推論の始点部品とし（Ｑ１）、その始点部品に状態データを初期値として設定する（Ｑ２）。そして、この始点部品から運転モードに対応した油圧部品のつながりに従って定性推論を用いた定性値の伝播を開始する（Ｑ３）。尚、以下の説明では、運転モードに従って作動油の流れる方向を下流と呼び、逆方向を上流と呼ぶ。

まず、その構成部品に対して定性推論を適用し（Ｑ４）、次に定性推論を適用した構成部品に上流に影響を及ぼすべき状態が発生しているかどうかを調べる（Ｑ５）。通常、定性推論は下流側の構成部品に向かって順次適用されて処理されていくが、状態の種類によってはその影響が上流の構成部品に及ぶ場合がある。例えば、シリンダの下流に配置された構成部品に詰りが発生した場合は、その結果上流の構成部品であるシリンダの動作が遅くなるという状態を引き起こすことになる。

そこで、上流に影響を及ぼすべき状態が発生している場合（Ｑ５ ｙｅｓ）は、これまでとは逆方向に定性推論を行う上位伝播処理（バックトラック処理）を実施する（Ｑ６）。このバックトラック処理は、上流に向かって定性推論を実行するが、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了させる。

バックトラック処理の後、下の構成部品まで戻って、回路の経路に従って、下流に定性値を伝播する構成部品があるかどうかを調べ（Ｑ７）、該当する構成部品がある場合（Ｑ７ ｙｅｓ）はその構成部品の処理に移り（Ｑ８）、ステップＱ５〜Ｑ７を繰り返す。該当する構成部品がない場合（Ｑ７ ｎｏ）は、定性推論を終了する。

図２１は、運転モードが「前進」のときの、ある油圧回路についての定性推論による推定結果の例を示す図である。

本図は、２次元の表を構成しており、行（縦）の方向には、操作部品（ＵＴ０１２３−８、−７、…）とその部品の状態が記載され、列（横）方向には、この油圧回路を構成する他の操作部品がどのような状態になるかが、定性値によって記載されている。

なお、操作部品ＵＴ０１２３−３は、本油圧回路ではシリンダを表わしており、このシリンダの状態は、前述の「＋」、「０」、「−」ではなく、「早く動く」、「遅く動く」といった言葉で表現されているが、これは前述のように予め定性値の３値と構成部品の状態を表す言葉とを対応付けておくことで実現することができる。このように対応付けることで、構成部品の故障状態・動作状態を油圧の専門家でなくとも把握することが容易になる。

定性推論部３７は、このようにして得られた推定結果を構成部品機能データメモリ４５に格納する（Ｐ１６）。そして、全ての部品の全ての状態についての定性推論が終了したかどうかを調べ（Ｐ１７）、まだ、処理すべき部品、処理すべき状態が残っている場合（Ｐ１７ ｎｏ）は、ステップＰ１４〜Ｐ１６を繰り返す。

全ての部品の全ての状態についての定性推論が終了した場合（Ｐ１７ ｙｅｓ）は、全運転モードについての定性推論が終了したかどうかを調べ（Ｐ１８）、まだ、処理すべき運転モードが残っている場合（Ｐ１８ ｎｏ）は、ステップＰ１３〜Ｐ１７を繰り返す。そして、全運転モードについての定性推論が終了した場合（Ｐ１８ ｙｅｓ）は、この油圧回路についての定性推論を終了する。

続いて、構成部品機能データ作成部１９が起動して、定性推論結果から構成部品の機能を表現するための文章を作成して、構成部品機能データメモリ４５に入力する（Ｐ１９）。

図２２は、構成部品機能データメモリの構成を示す図である。

この構成部品機能データメモリ４５は、油圧回路名、構成部品名を検索項目とし、運転モード毎に機能に関するデータを記憶している。そして、このデータを記載する欄は、推論結果入力欄４６、エキスパート入力欄４７及び基本機能入力欄４８で構成されている。

構成部品機能データ作成部３８は、定性推論部３７の推定結果に基づいてこの構成部品の機能を表現する文章を作成する。例えば、「このオペレートチェック弁は、シリンダの速度を変化させます」、「このオペレートチェック弁にリークが発生すると、シリンダの動作が遅くなります」など、通常操作時あるいは異常発生時の装置の挙動を表現する文章を作成する。

なお、この表現で、影響を受ける対象となる構成部品（上記例ではシリンダ）は、予めユーザが指定する。油圧回路は、対象となる構成部品に所定の機能を発揮させることを目的としている。従って、油圧回路の構成部品のうち、その機能が観測できる構成部品を対象部品として選定すれば良い。

推定結果から上記文章を作成する手法としては、対象となる構成部品ごとに予め文章を作成しておき、その作成した文章を選択するアルゴリズムを用いても良く、文章を知識ベースとして格納しルールに基づいて選択するようにしても良い。なお、構成部品の機能として重要なもののみを提供できるよう、作成した文章は、システムの操作者が任意に取捨選択できることが望ましい。

次に、システムの操作者が入出力装置２から油圧回路を指定して構成部品機能データの入力を指示すると、ナビゲーション部１２がその入力を受け付けて構成部品機能入力部３９を起動する。

構成部品機能入力部３９は、構成部品機能データメモリ４５のエキスパート入力欄４７及び基本機能入力欄４８に、システムの操作者が入力した文章を格納する。エキスパート入力欄４７は、当該構成部品がこの油圧回路において果す機能を熟練技術者が経験則によって判断して記載する欄である。例えば、「この圧力弁は、ロックシリンダの押付け力を調整する」といった情報を記載する。また、基本機能入力欄４８は、当該構成部品が発揮する一般的な機能（教科書などの刊行物に記載されているような機能）を記載する欄である。例えば、「このリリーフ弁は、油圧回路の安全弁です」といった情報を記載する。

このように、構成部品について、多面的にその機能を記載することで、非熟練技術者に対して有用な情報を提供することが可能となる。

システムの操作者が入出力装置２から油圧回路を指定して構成部品機能データの出力を指示すると、構成部品機能出力部４０が起動して、作成した構成部品の機能を表わす文章を入出力装置２に表示する。更に、図１６に示す油圧回路の構成図の構成部品上でマウス操作を行ったとき、あるいはマウスポインタが構成部品上を通過するときに、その構成部品の機能を表わす文章を図２３に示すように表示しても良い。なお、油圧回路では、意図的にその部品の機能と異なる使い方を行うこともあるので、その場合は、「編集」ボタンをクリックすることでデータの変更が行えるようにすることが望ましい。

以上説明した、機能解析装置を用いれば、非熟練者であっても、その構成部品についての理解度を補い深めることができる。また、本装置は操作性に優れているため、故障発生時において、故障原因の探索を洩れなく（思い込みがなく）、迅速に行うことができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明に係る設備故障診断装置を用いた設備故障診断システムの構成を示す図。 システム作成部の概略の動作手順を示すフロー図。 部品メニューを示す図。 流量制御弁のアイコン群を示す図。 構成部品が配置された状態を示す図。 構成部品同士が接続された状態を示す図。 運転条件入力画面を示す図。 終了条件入力画面を示す図。 バルブのモデルを示す図。 定性シミュレーション部の概略の動作手順を示すフロー図。 オペレートチェック弁についての状態データを示す図。 定性推論の手順を示すフロー図。 定性推論による推定結果の例を示す図。 故障データベースの構成を示す図。 本発明の第１の実施形態に係る、故障診断部の概略の手順を示すフロー図。 診断対象となる油圧回路の構成を示す図。 問診用ダイアログの構成を示す図。 診断結果の異常部品名と異常原因を表示した図。 構成部品機能解析部３５の概略の動作手順を示すフロー図。 定性推論の手順を示すフロー図。 定性推論による推定結果の例を示す図。 構成部品機能データメモリの構成を示す図。 構成部品の機能を表わす文章を表示する図。

符号の説明

１…設備故障診断装置、２…入出力装置、１３…システム作成部、１４…油・空圧回路作成部、１５…流れシミュレーション部、１６…定性シミュレーション部、１７…構成部品状態入力部、１８…定性推論部、１９…故障データベース作成部、２３…データ記憶部、２４…構成部品データメモリ、２５…回路構成データメモリ、２６…構成部品状態データメモリ、２７…挙動データメモリ、２８…故障データメモリ、２９…故障履歴データメモリ、３５…構成部品機能解析部、３７…定性推論部、３８…構成部品機能データ作成部、３９…構成部品機能入力部、４０…構成部品機能出力部、４５…構成部品機能データメモリ。

Claims (12)

1. 複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の前記油・空圧構成部品の機能を解析する機能解析装置において、
   前記油・空圧回路の作動時における複数の運転方法に対応して、作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係を特定し記憶する回路構成手段と、
   前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いを獲得して記憶する状態獲得手段と、
   前記複数の運転方法に対応した作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係と、前記定性値を用いて表された前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いとに基づいて、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応する回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論手段と、
   前記油・空圧構成部品の各々の状態と、前記定性推論により推定した他の油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を作成する情報作成手段と、
   前記作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応付けて記憶する記憶手段と
   を備えたことを特徴とする機能解析装置。
2. 前記推論手段は、前記油・空圧構成部品の状態が、その運転方法に対応する回路上における作動油の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼす場合には、上流に向かって定性推論を実行する上位推論手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の機能解析装置。
3. 前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応して、経験的に得られる前記油・空圧構成部品の機能、刊行物に記載された前記油・空圧構成部品の機能の少なくともいずれかの機能を表わす情報を入力する情報入力手段と、
   前記入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態と対応付けて記憶する他の記憶手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の機能解析装置。
4. 前記情報作成手段で作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報、前記情報入力手段で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす経験的に得られる情報、前記情報入力手段で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす刊行物に記載された情報のうち少なくともいずれかの情報を表示する表示手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の機能解析装置。
5. 複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の前記油・空圧構成部品の機能を解析する機能解析装置の機能解析方法において、
   前記油・空圧回路の作動時における複数の運転方法に対応して、作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係を特定し記憶する回路構成工程と、
   前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いを獲得して記憶する状態獲得工程と、
   前記複数の運転方法に対応した作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係と、前記定性値を用いて表された前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いとに基づいて、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応する回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論工程と、
   前記油・空圧構成部品の各々の状態と、前記定性推論により推定した他の油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を作成する情報作成工程と、
   前記作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応付けて記憶する記憶工程と
   を備えたことを特徴とする機能解析方法。
6. 前記推論工程は、前記油・空圧構成部品の状態が、その運転方法に対応する回路上における作動油の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼす場合には、上流に向かって定性推論を実行する上位推論工程を備えたことを特徴とする請求項５に記載の機能解析方法。
7. 前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応して、経験的に得られる前記油・空圧構成部品の機能、刊行物に記載された前記油・空圧構成部品の機能の少なくともいずれかの機能を表わす情報を入力する情報入力工程と、
   前記入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態と対応付けて記憶する他の記憶工程と
   を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の機能解析方法。
8. 前記情報作成工程で作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報、前記情報入力工程で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす経験的に得られる情報、前記情報入力工程で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす刊行物に記載された情報のうち少なくともいずれかの情報を表示する表示工程を備えたことを特徴とする請求項７に記載の機能解析方法。
9. 複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の前記油・空圧構成部品の機能を解析するための機能解析プログラムにおいて、
   前記油・空圧回路の作動時における複数の運転方法に対応して、作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係を特定し記憶する回路構成手順と、
   前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いを獲得して記憶する状態獲得手順と、
   前記複数の運転方法に対応した作動流体の流れに関する前記油・空圧構成部品の相互の関係と、前記定性値を用いて表された前記油・空圧構成部品の複数の状態における振る舞いとに基づいて、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応する回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論手順と、
   前記油・空圧構成部品の各々の状態と、前記定性推論により推定した他の油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を作成する情報作成手順と、
   前記作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応付けて記憶する記憶手順と
   をコンピュータに実行させるためのプログラム。
10. 前記推論手順は、前記油・空圧構成部品の状態が、その運転方法に対応する回路上における作動油の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼす場合には、上流に向かって定性推論を実行する上位推論手順を備えたことを特徴とする請求項９に記載のプログラム。
11. 前記油・空圧構成部品の各々の状態に対応して、経験的に得られる前記油・空圧構成部品の機能、刊行物に記載された前記油・空圧構成部品の機能の少なくともいずれかの機能を表わす情報を入力する情報入力手順と、
    前記入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報を、前記油・空圧構成部品の各々の状態と対応付けて記憶する他の記憶手順と
    を備えたことを特徴とする請求項９または１０に記載のプログラム。
12. 前記情報作成手順で作成された前記油・空圧構成部品の機能を表わす情報、前記情報入力手順で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす経験的に得られる情報、前記情報入力手順で入力された前記油・空圧構成部品の機能を表わす刊行物に記載された情報のうち少なくともいずれかの情報を表示する表示手順を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のプログラム。

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