JPH01274210A - 設備故障診断装置および同装置の作成支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、エキスパートシステムを応用した設備故障診
断装置および同装置の作成支援装置に関する。

〔従来の技術］ 近年、エキスパートシステムを利用した診断システムは
、多業種・多分野に於いて活用されるようになった。し
かしながら、現用されているエキスパートシステムを応
用した故障診断装置あるいはシステムの殆どは、その具
体的な適用対象装置またはシステム毎に試行１！誤的に
構築されているのが実情であり、下記のような４つの問
題点がある。

■専門知識獲得の困難性 先ず、エキスパート・システムは知識データベースの構
築が前提となり、実際の構築は知識工学エンジニアがそ
の分野のエキスパートから専門知識（例えば経験的に知
得している設備の故障とその原因）を獲得して作成して
いる。ところが、最適なエキスパートの協力を得ること
の困難さや、エキスパートの知識を理論的に体系化する
ことの困難さが現状のエキスパート・システムでは解決
されていない。さらに、知識工学エンジニアはエキスパ
ート・システムについては勿論、システム化対象設備に
ついての理解、ヒヤリング技術等総合的に高度な知識・
経験・能力を必要とされる。

ところが、現状にはエキスパート・システム化の需要に
対する知識工学エンジニアの供給はまだ充分とは言えず
、システム化に当たってネックとなっている。

■システム完成までに多大な時間と労力が必要前記した
ように、知識工学エンジニアはシステム設計から知識デ
ータベースの構築、モデルの作成に至るまで多大な検討
時間と労力を費やさねばならず、またエキスパートも知
識獲得段階でかなりの時間を必要とされる。

■対象設備の改造・拡張、作業手順の変更または知識ベ
ースの変更等の変化に柔軟に対応できないエキスパート
・システムを適用した設備がシステム作成以降に改造さ
れたり、操業法が変更されたり、または新たな診断知識
を獲得した場合の知識データベースの追加等の変化に効
率よく追随できなかった。つまり、変更が必要な都度、
知識工学エンジニアはシステムの中身の変更・修正・追
加等を行わねばならず、そのための手間は多大であった
。

さらに、エキスパート・システムに学習効果を取り入れ
てシステムの増殖を図ることも容易ではなく、事実上困
難であった。

■システムの汎用性が少ない 従来のエキスパート・システムは特定の設備・システム
のために作成されたものであったから例えば、当初Ａ工
場の圧延用加熱炉設備を対象に作成されたエキスパート
・システムはＢ工場の圧延用加熱炉設備にはそのままで
は適用できなかった。

即ち、一般の圧延用加熱炉設備ならば設備構造・故障症
状とその原因と対策等についてはかなりの共通点がある
にもかかわらず、特定の圧延用加熱炉設備のローカル条
件が異なるため、全体のシステムとしてはかなり違って
くる可能性が大きいためである。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記問題点を解消し、知識工学エンジニアを
介することなく高効率で整合性に冨んだ柔軟対応・応用
発展性のある知識表現、説得性のある知識利用を容易に
行なえる設備故障診断装置およびこの故障診断装置を作
成支援する装置の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図のクレーム対応図で示すように、まず、本発明の
設備故障診断装置１０は破線で囲まれろ範囲の各手段か
ら構成されている。即ち、設備の異常発生状態に関する
知識、その設備を構成する要素機器のリストおよびその
機器の診断要否・順序に関する知識、その設備構成要素
機器毎の診断知識および診断後の対処方法知識を記憶す
る知識ベース記憶手段１と、設備状況を入力する設備状
況入力手段２と、この設備状況入力手段２と前記知識ベ
ース記憶手段ｌとから異常原因を推論する推論手段３と
、この推論手段３の推論結果を出力する出力手段４とを
有する設備故障診断装置において、前記推論手段３が設
備異常発生状態から異常原因を同定する推論ネットワー
ク３ａを有した設備故障診断装置である。

また、本発明は上記の設備故障診断装置１０を作成支援
する支援装置１１（太線枠）を提供するもので、その構
成は前記知識ベース記憶手段ｌに知識ベースを構築する
と共に前記推論手段３に推論ネットワークを作成する構
築手段５を備えた設備故障診断装置の作成支援装置１１
である。

また、前記構築手段５が、設備異常発生状態毎に設備構
成要素機器診断要否・順序に関する知識および設備構成
要素機器診断知識および設備構成要素機器リストから構
築される設備故障診断装置１０の作成支援装置１１を提
供するものである。

さらに、前記構築手段５が入力手段６により入力された
自然言語によるエキスパートの知識を予めエキスパート
の知識の種類に応じて形成した知識ベースの形態に表現
体系化、知識として追加記憶させたり変更修正・削除可
能としこたとを特徴とする設備故障診断装置の作成支援
装置１１である。

なお、上記各手段は実際には例えば第２図に示すような
装置で構成される。図においてデータベース２０には、
前記の知識ベースが記憶され、構築手段と推論手段はＣ
ＰＵ２１に含まれる。インターフェース２２はキーボー
ド２３、ＣＲＴ２４を有しており、このインターフェー
ス２２を介して設備故障診断装置および作成支援装置と
診断者との対話を可能とする。なお、インターフェース
２２には設備からのオンラインデータや音声入力装置等
適宜接続される。

〔作用・実施例］ 以下、本発明の作用を鋼材圧延工場の昇降テーブル設備
に利用される油圧装置の故障診断例に基づき説明する。

油圧装置は各種設備の駆動源として多用されるため、油
圧装置の作動状態は直接に被駆動設備の作動状態として
現れ、また複数の油圧装置および他の装置との関係にお
いて故障状態とその原因の因果関係が複雑に絡み、曖昧
さの要素も多分に含んでおり、短時間に且つ的確に故障
原因を把握するのは困難であり、いわゆるエキスパート
システム化の効果が顕著に期待できる分野である等の理
由から一例として油圧設備をとりあげ、その故障診断装
置を開発した。また、鋼材圧延工場のみならずその他の
プラント設備において油圧装置は多用されているが、こ
れらの設備毎にエキスパートシステム化することは極め
て非効率であり、さらに今後、設備診断業務のレベルア
ップは必須であるが従来のシステム化手段では知識工学
エンジニアが手間をかけてシステムの中身の変更・修正
・追加しなければならず、システムの増大と共に知識工
学エンジニアの負荷は増大する。

このため、知識工学エンジニアを介することなく効率的
に故障診断装置を作成する支援装置を開発したものであ
る。

本発明の設備故障診断装置１０における知識ベース記憶
手段１は設備の異常発生状態に関する知識、その設備を
構成する要素機器のリストおよびその機器の診断要否・
順序に関する知識、その設備構成要素機器毎の診断知識
および診断後の対処方法知識を記憶する。異常発生状態
に関する知識とは、昇降テーブルが動作しない、動作が
遅い、動作が速過ぎる等の異常状態である。設備を構成
する要素機器のリストとは、ポンプ・電磁切り換え弁・
アクチュエータ等の要素機器をリストアツブしたもので
ある。次に、機器の診断要否・順序に関する知識とは、
前記の各異常発生状態において前記各要素機器の診断の
必要性に関する知識および診断の必要性がある場合の前
記各要素機器の診断順序に関する知識である。さらに、
設備構成要素機器毎の診断知識および診断後の対処方法
知識とは、前記各要素機器の異常同定論理に関する知識
および異常同定後の故障復旧方策に関する知識である。

設備状況を入力する設備状況入力手段２は、例えばマウ
スのようなポインティングデバイスを用いる。この設備
状況入力手段２と前記知識ベース記憶手段１とから異常
原因を推論する推論手段３は、推論ネットワーク３ａを
有している。この推論ネットワーク３ａは本発明独自の
ものであり、設備異常発生状態から異常原因を同定可能
な推論戦略である。その−例を第３図に示す。図におい
て、異常発生状態メニュー選択専用ウィンドウ３０には
対象とする装置毎の構築モードがＣＲＴ画面上に表示さ
れる。オペレータは表示された構築モードの中から当該
装置の異常状況に該当するモード番号を、マウスにより
選択する。選択された結果、ＣＲＴにはネットワーク形
式推論実行ウィンドウ３１が表示される。このウィンド
ウ３１には予め、推論実行のための設備異常発生状態と
設備構成要素機器診断要否およびその順序、故障機器の
関係がネットワーク形式で入力されている。

オペレータはＣＲＴ画面上をマウスにより選択・トレー
スすることによって結論（故障機器の特定）に容易に到
達できる。本実施例の場合、昇降テーブルが「上昇動作
しない」という状態の故障原因推論結果は「ポンプＮｏ
、　２の電気故障」と推論されたことになる。即ち、本
発明装置によるネットワーク形式推論によれば故障診断
推論の全体の関係が把握しやす（、また必要に応じてオ
ペレータはネットワークの途中をスキップして実行する
ことも可能である。従来の対話形式推論に比較すれば、
効率向上効果は極めて大きい。

次に、本発明における上記設備故障診断装置の作成支援
装置について詳述する。設備故障診断装置１０を作成支
援する支援装置１１は前記知識ベース記憶手段ｌに知識
ベースを構築すると共に前記推論手段３に推論ネットワ
ークを作成する構築手段５を備えた設備故障診断装置の
作成支援装置１１である。

構築手段５は、前記知識ベース記憶手段に記憶させる知
識ベースを構築すると共に推論手段に推論ネットワーク
を作成することを特徴とする。知識ベースの構築には、
ルートメニューの選択、異常発生状態に関する知識の作
成、設備構成要素機器リストの作成、設備構成要素機器
の診断要否・順序に関する知識の作成、その設備構成要
素機器毎の診断知識および診断後の対処方法知識の作成
が含まれる。推論ネットワークの作成にはルートメニュ
ーの選択、異常発生状態に関する知識の選択、設備構成
要素機器リストおよび設備構成要素機器の診断要否・順
序に関する知識の使用が含まれる。

なお、前記のルートメニューの選択とは予め作成したル
ートメニューウィンドウの構築の手順リスト（ガイド）
の項目を選択することである。また、異常発生状態に関
する知識の作成とは、予め作成した異常発生状態メニュ
ーウィンドウ上に異常発生状態に関する知識を作成（追
加・削除・修正）することを意味する。また、設備構成
要素機器リストの作成とは、予め作成した設備構成要素
機器リストウィンドウ上に設備構成要素機器の種類と数
に応じてリストを作成（追加・削除・修正）することを
意味する。さらに、設備構成要素機器の診断要否・順序
に関する知識の作成とは、第４図のような予め作成した
設備構成要素機器フレームウィンドウ上で設備構成要素
機器毎に予め作成したフレーム内の特記事項（資）に設
備構成要素機器の診断要否・順序に関する知識を作成（
追加・削除・修正）することを意味する。また、設備構
成要素機器毎の診断知識および診断後の対処方法知識の
作成とは、第４図のような予め作成した設備構成要素機
器フレームウィンドウ上で設備構成要素機器毎に予め作
成したフレーム内の異常同定フローに設備構成要素機器
の診断要否・順序に関する知識を作成（追加・削除・修
正）することを意味する。第４図の例では、１設備構成
要素機器毎（この場合、ポンプ）に、異常同定論理を所
持しており、その下に特記事項として設備構成要素機器
の診断要否・順序に関する知識が表現されている。

前記の異常同定論理は、予めフレーム内に割り付けられ
た異常同定項目（チエツク項目（質問）、結論（異常原
因））と継承関係（例ではＹｅｓ、　Ｎｏ）の位置およ
び大枠（チエツク項目（質問）、末端大枠（結論（異常
原因））、小枠（継承関係）の機能を使用して作成され
る。なお、修正等はワープロイメージで行う他、最終的
に異常同定フローをチエツクできる。更に、ここに存在
する知識は、その設備の持つ重要度、故障発生頻度をも
とにフローが取り決められ、効率的に診断できるように
表現可能である。また、設備の状態に応じてフロ−の入
れ換えは容易にチエツク項目や結論項目の入れ換えだけ
で行なうことが可能である。

また前記設備構成要素機器の診断要否・順序に関する知
識は、予めフレーム内に割り付けられた特記事項欄に例
外を含む知識表現として作成される。この知識は普遍的
知識（デフォルト的知識）として作成することも可能で
ある。

第１表　診断要否に関する過去事例に基づいた知識の分
類例 さて、第４図の特記事項欄にマトリックスａで示すもの
は、過去に作成した事例中における設備構成要素機器異
常同定論理の適否を表している。例えばマトリックスａ
で動作しない（異常発生状態Ａ）の場合、（１）〜（３
）の設備にポンプの異常同定論理を適用したことを表し
ている。さらに今後、他の設備が動作しない異常発生状
態における診断要否を判断する際には過去事例からポン
プの異常同定論理を適用する必要があることを示してい
る。

さらに、この知識を診断要否判断ルール（ｆ退的知識）
として作成することも可能である。

設備構成要素機器診断の順序に関する知識も同様に特記
事項欄に記述する。この知識も診断順序ルール（ｇ退的
知識）として作成することも可能である。

次に、診断後の対処方法の知識は、結論項目に対応して
ウィンドウが設定され記述することにより作成される。

なお、前記設備構成要素機器の診断要否・順序に関する
知識は、その性格を明確化させて格納しておく。その−
例として、 （ａ）一般基礎論理的知識体系知識 （ｂ）応用成長　　　　〃 （Ｃ）経験成長　　　　〃 に分類し、まず、（ａ）を割り付け、格納しておく。

そして必要に応じ、設備構成、機能に適応した（ｂ）は
（ω正的に格納する。そして、（Ｃ）に属するような知
識は、それまでに作りあげてきた知識との整合性、冗長
性を考慮しながら、１知識づつ修正・成長を図れる基準
構造としている。

更に、 （１）汎用知識（完全共通知識） （２）参照知識（例外は存在するが大力の場合、役立つ
） に区分し、表現する。

以上のような記述手段とすることにより、数値的処理の
如何を問わず整合性のとれた各種多様な設備に対応可能
で、説得性に優れた洗練化の容易な記憶が可能となる。

これらの知識は該４図の特記事項の様に表わされる。

ところで、前記異常発生状態に関する知識の選択は、前
述した異常発生状態のメニューウィンドウ上の異常発生
状態項目を選択することである。

また、設備構成要素機器リストおよび設備構成要素機器
の診断要否・順序に関する知識の使用とは、予め作成し
た設備構成要素機器異常同定戦略ウィンドウを開き、該
ウィンドウ内ヒで設備構成要素機器異常同定戦略を作成
する際、前述した設備構成要素機器リストウィンドウお
よび設備構成要素機器フレームウィンドウ中の知識を使
用することである。その例として、設備構成要素機器異
常同定戦略構築例を第５図に示す。第５図において設備
構成要素機器異常同定戦略は予めウィンドウ内に割り付
けられた設備構成要素機器フレーム名と継承関係（例で
はＹｅｓ、　Ｎｏ）の位置、および大枠（フレーム名）
、小枠（継承関係）の機能を使用して作成される。装置
作成者は設備構成要素機器異常同定戦略を設備構成要素
機器フレーム内容を参考に異常発生状況や設備構成付与
機能を参考にしながら作成できる。

具体的には、異常発生状態毎に設備全体から設備構成要
素機器フレームの診断順序をＹｅｓ、　Ｎｏを例とする
継承関係でもたせてゆく。その際に、特に故障頻度の高
い設備構成要素機器の早期チエッり化（無駄な対話推論
の回避）や、同定論理に欠ける設備構成要素機器の診断
手掛かり獲得（他の設備構成要素機器稼働状況への関連
づけ）等のため、設備構成要素機器フレームウィンドウ
中の設備構成要素機器の診断要否・順序に関する知識を
参考にしたり、診断要否・順序に関するルール（普遍的
知識）化された知識を使用して自動作成することも可能
である。

以上のようにして、設備構成要素機器異常同定戦略（設
備構成要素機器フレームの診断順序）が作成された。そ
の際に、第５図の大枠内には表示上設備構成要素機器フ
レーム名が入るが実際には各設備構成要素機器毎の異常
同定論理が自動的に入る。その結果、推論ネットワーク
が自動的に作成される。この作成された推論ネットワー
クは第６図のように予め作成した推論ネットワークウィ
ンドウ上に表示することができる。また、このウィンド
ウ上で前記のとおり自動的に作成された推論ネットワー
クをチエツクでき、必要に応じて追加・修正・削除が可
能である。

こうして最終的には推論ネットワークが完成し、設備故
障診断装置の核となる。

なお、知識ベースの構築・推論ネットワークの作成に関
しては、ポインティングデバイス（例えばマウス）によ
る選択や、自然言語（日本語他）入力により行える。

第７図（ａ）は故障診断装置のアルゴリズム例のフロー
チャート、第７図（ｂ）は故障診断装置作成支援装置の
アルゴリズム例のフローチャートである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、状況入力に対する異常原因出力の整合
性の確保、千差万別の設備に柔軟に対応・応用発展性あ
る知識表現、知識性格に応じた説得性ある知識利用した
装置でプログラム言語を使用することなく（プログラム
言語を知らなくとも）容易に高能率に診断装置を作成す
ることが可能となる。更に、作成した診断装置を用いて
、容易に素人でも入力することによって診断を行うこと
が可能である。また、作成支援装置を使いこんでいくう
ちに、新しい異常状態に出会った場合、新たな知見が得
られた場合等や設備改造、設備の稼働状況の変化にも効
率的に反映させることが可能となり、システムの向上・
増殖が極めて容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の主要構成を示すブロック図、 第２図は本発明装置の具体的な装置イメージ、第３図は
故障診断装置使用例のブロック図、第４図は設備構成要
素機器フレームウィンドウ例の説明図、 第５図は設備構成要素機器異常同定戦略例の説明図、 第６図は推論ネットワーク例の説明図、第７図（ａ）は
故障診断装置のアルゴリズム例のフローチャート、 第７図（ｂ）は故障診断装置作成支援装置支援装置のア
ルゴリズム例のフローチャートである。 Ｎ２図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、設備故障診断に関する知識を記憶する知識ベース記
   憶手段と、設備状況を入力する設備状況入力手段と、該
   設備状況入力手段と前記知識ベース記憶手段から異常原
   因を推論する推論手段と、該推論手段の推論結果を出力
   する出力手段とを有する設備故障診断装置において、前
   記推論手段が設備異常発生状態から異常原因を同定する
   推論ネットワークで形成されたことを特徴とする設備故
   障診断装置。 ２、設備故障診断に関する知識を記憶する知識ベース記
   憶手段と、エキスパートが有する知識の入力および前記
   知識ベースと推論ネットワーク作成指示の構築メニュー
   を選択入力する構築指示入力手段と、前記知識ベース記
   憶手段に記憶させる知識ベースを構築すると共に推論手
   段に推論ネットワークを作成する構築手段を有すること
   を特徴とする設備故障診断装置の作成支援装置。 ３、前記第２請求項記載の作成支援装置における推論ネ
   ットワークを構築する構築手段が、設備異常発生状態毎
   に設備構成要素機器項目診断要否・順序に関する知識お
   よび設備構成要素機器項目診断知識および設備構成要素
   機器リストから構築されることを特徴とする設備故障診
   断装置の作成支援装置。 ４、前記第２請求項記載の知識ベースを構築する構築手
   段が、入力手段により入力された自然言語によるエキス
   パートの知識を予めエキスパートの知識の種類に応じて
   形成した知識ベースの形態に表現体系化、知識として追
   加記憶させたり変更修正・削除可能としたことを特徴と
   する設備故障診断装置の作成支援装置。