JPH02165201A - プロセス制御装置 - 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］ この発明は、ある種のノウハウを用いて各種工業プロセ
スの操作を行なう熟練作業者と同等以上の機能を有し、
直配熟練作業者に代わって当該工業プロセスの操作を行
なうことのできるプロセス制御装置に関するものである
。

［従来の技術］ 第６図は例えば昭和６２年２月１５日発行の０）ｔＭ２
月別冊「エキスパートシステムの実務（副題：　エキス
パートシステム構築のノウハウ）」の第１０６頁から第
１１１頁に掲載された１オンライン／リアルタイム処理
が要求される高炉の炉熱制御と異常炉況予知ｊ　（岩本
宗考・橋木紘吉）に示された従来のプロセス制御装置の
構成を示すブロック構成図であり、図において、　（１
）は制御の対象となる工業プロセス、　（２）はプロセ
ス制′ｍ装置、（３）は工業プロセスに取り付けられた
センサからの情報、　（４）はセンサからの情報により
工業プロセスの状態を認識し特徴量を抽出する状態認識
部、（５）は工業プロセスの特徴量、（６）はその特徴
量にもとづき、工業プロセスの操作量を推論する推論部
、　（７）は推論部における推論で用いるルールを蓄え
た知識記憶部、　（９）は推論の結果得られた操作量で
ある。

第７図は従来のプロセス制御装置の動作を説明する説明
図であり、図において、（２９）は工業プロセスの操作
知識、（３０）は状態認識部における手続き、（３１）
は知識記憶部に格納されたルールである。

また、Ｓｋは時間ｔｋにおけるセンサ出力値、Ｓ　ｋ−
１は時間１　＊−＋におけるセンサ出力値、αは特徴量
、αｒａｆはしきい値である。

次に動作について説明する。第６図において、工業プロ
セス（１）に取り付けられたセンサからの情報（３）は
、状態認識部（４）に入力される。状態認識部（４）は
、まずノイズを除去した後、そのまま、あるいは状態の
時閉的変化を補足するための微分処理、あるいは積分処
理、あるいはその他の処理などの手続き処理を加えて、
工業プロセス（１）の状態の特徴量（５）を得る。

こうして得られた特徴量（５）は、推論部（６）に人力
される。推論部（６）では知識記憶部（７）に格納され
ているルールにより、前記特徴量（５）に対する操作量
（９）を推論し出力する。この操作量（９）を変化させ
る事により工業プロセス（１）の制御が行われる。第７
図において、　「センサ出力Ｓｋが急増した時に操作Ａ
を行なう。」という操作知識（２９）をプロセス制御装
置（２）に組み込む例について説明する。ここで操作Ａ
とは「バルブを閉じる」ことであるとする。まず、　ｒ
Ｓｋが急増した」ことを表す手続き（３０）を捻出する
。この場合では微分操作を行なうことにする。この手続
き（３０）は状態認識部（４）に組み込まれる。さらに
、残りの「操作Ａを行なう。」は、ルール（３１）とし
て知識記憶部（７）に格納される。以上のようにして、
操作知識（２９）はプロセス制御装置（２）の中に組み
込まれる。なお、このとき、手続き（３０）により得ら
れた特徴量（５）は推論部（６）に入力され、ルール（
３１）により、あるしきい値αｒｅｆを越しているか否
かが判定され、操作Ａを行なうこと、あるいは行なわな
いこと、即ち、　「バルブを閉じる／閉じない」か決定
されるように動作することにより、操作知識（２９）と
同様に振る舞う。

［発明が解決しようとする課Ｍ］ 従来のプロセス制御装置は以上のように構成されていた
ので、プロセスの状態の時間的な変化、例えば、あるセ
ンサ出力が徐々に増えていることなどを直接推論部で推
論することができなかった。

このため時間的な変化を推論に用いる必要があるとき、
状況認識部においてセンサ出力に適当な処理を加え推論
部の人力とする必要があった。

従来の技術として先に挙げた例はこれに該当する典型的
な場合であり、本来ひとつの操作知識を、状況認識部及
び知識記憶部に分離して格納しなければならず、このと
きどこで分離するか、さらに状況認識部でどのような処
理を行なうか等を決定しなければならなかった。

このため、プロセス制御装置の設計時に操作知識を入力
しにくい、プロセス制御装置の保守時には装置全体の作
用が理解しにくい、装置全体で保持している操作知識に
変更を加えにくい等の問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、操作に関する知識を全てルールとして知識記
憶部に格納することができるとともに、全体の作用を理
解しやすく、操作知識の的確な表現及び変更が容易なプ
ロセス制御装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るプロセス制御装置は、工業プロセスの状
態を示す特徴量を抽出する状態認識部、上記特徴量から
上記工業プロセスの状態を判定する判定手法と、判定結
果に基すいて上記工業プロセスの状態を変化させる操作
手法と、上記判定結果または操作結果と前回以前の判定
結果または操作結果とを合成し、新たな判定結果または
操作結果を導く合成手法とを有する時間経過型ルールを
格納する知識記憶部、上記特徴量を入力し、上記時間経
過型ルールに基ずいて、上記工業プロセスの状態を判定
し、上記工業プロセスに施す操作量を決定する推論部、
および上記前回以前の判定結果または操作結果を保持す
る保持部を備えたものて°ある。

［作用］ この発明におけるプロセス制御装置は、プロセス制御装
置の設計時において、工業プロセスの操作知識を一般ル
ールにより、さらに工業プロセスの状態の時間経過を考
慮した操作知識を時間経過型ルールにより記述し、全て
知識記憶部に格納する。また、制御対象あるいは制御内
容の変更に対して、知識記憶部を変更することのみで対
応する。

次に、プロセスの制御時において、推論部は、工業プロ
セスの状態を示す特徴量に対し、知識記憶部に格納され
たプロセスの時間経過に関する操作知識を含む全ての、
あるいは一部の操作知識を用いて、保持部に保持した前
回以前の推論の過程と今回の推論の過程とを合成して新
たな推論の過程を得ることにより、最適な操作量を決定
し制御を行なう。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例によるプロセス制御装置を図
について説明する。

第１図はこの発明の一実施例によるプロセス制御装置を
示すブロック構成図であり、図において、（１）は工業
プロセス、（２）はプロセス制御装置、（３）は工業プ
ロセス（１）に取り付けられたセンサからの情報、（４
）は工業プロセス（りの状態を認識し特徴量を抽出する
状態認識部、（５）は工業プロセス（１）の特徴量、（
６）は特ｍ　ｆｆｉ　（５）に応じて工業プロセス（１
）の状態を変化させるための操作量を複数のルールに基
づいて推論する推論部、（７）は推論部（６）における
推論で用いるルールを格納した知識記憶部、（８）は推
論部（６）における前回以前の推論の過程を保持する保
持部、（９）は推論の結果得られた操作量である。

第２図はこの発明の一実施例に係わる推論部の動作を説
明する説明図であり、図において、（１１）は一般ルー
ル、（１２）は時間経過型ルール、（１３）及び（１９
）はルール（１１）及び（１２）へ人力される工業プロ
セス（１）の特徴量、（１４）及び（２０）は特徴量か
ら工業プロセスの状態を判定する特徴量評価、（１５）
及び（２１）は特徴量評価の評価結果（判定結果）、（
１６）及び（２６）は評価結果から工業プロセスの状態
をどう変化させるかを決定する出力評価、（１７）及び
（２７）は出力評価の結果得られた操作量（操作結果）
、（１８）は操作Ｉｔ（１７）及び（２７）の合成手段
、（２３）は保持部に保持された前回以前の評価結果、
（２４）は評価結果（２３）を合成する合成手段、（２
５）は合成の結果である。

次に動作について説明する。第１図において、工業プロ
セス（１）に取り付けられたセンサからの情報（３）は
、まず状態認識部（４）に人力される。状態認識部（４
）ではノイズ除去や制御目標値との誤差を計算する等の
処理を行ない、特＠量（５）を得る。推論部（６）は、
特徴量（５）に応じて工業プロセス（１）を望ましい状
態に変化させるための操作を推論し、その結果得られた
操作量（９）を出力する。

推論部（６）における推論は知識記憶部（７）に格納さ
れたルールに従って行われる。第２図中、（１１）及び
（１２）はルールであり、このうち（１１）は一般のル
ール、（１２）は時間経過型ルールである。これらのル
ールは、工業プロセス（１）の操作知識をルール化した
ものである。

一般ルール（１１）は人力された特徴量を評価する特徴
量評価（■４）と、特徴量評価の結果に対して出力すべ
き操作量を決定する出力評価（１６）を組合せたもので
ある。

ルール（１１）に人力されな工業プロセス（１）の特徴
量（１３）は特徴量評価（１４）によって評価され、評
価結果（１５）が得られる。この評価結果（１５）は、
例えば人力された特徴量（例えば、第７図のＳｋ）が「
大きい／大きくない」あるいは「どの程度大きいか」な
どの評価であり、スカラ値あるいはベクトル値で与えら
れる。

次に、この８１価結果（４５）から出力評価（１６）を
用いて操作量（１７）が得られる。例えば、特徴量の評
価結果（１５）が「大きい」であれば、操作量（１７）
は「大きくする」なとの結果が得られる。

一方、時間経過型ルール（１２）は、入力された特徴量
（１９）を評価する特徴量評価（２０）と、今回の特徴
量の評価結果、および保持部に１呆持されている前回以
前の特徴量の評価結果を合成する合成手段（２４）と、
合成手段による合成結果に対して出力すべき操作量を決
定する出力評価（２６）を組合せたものである。

ルール（１２）に人力された工業プロセス（１）の特徴
量（１９）は特徴量評価（２０）によって評価され、今
回の評価結果（２１）が得られる。この評価結果（２１
）は評価結果（１５）と同様、人力された特徴！！ｋ（
例えば、Ｓｋ）が「大きい／大きくない」、あるいは「
どの程度大きいか」などの評価であり、スカラ値あるい
はベクトル値で与えられる。

次に、今回の評価結果（２１）は保持部（８）に保持さ
れた前回以前の評価結果（２３）と、合成手段（２４）
によって合成され、合成結果（２５）が得られる。なお
、この時、保持部（８）の内容は更新され、今回の評価
結果（２１）が新たに前回の評価結果として、また前回
以前の評価結果はそれぞれ一回古い評価結果として保持
され、さらに最も古い評価結果は捨てられる。

最後に、この合成結果（２５）から出力評価（２６）を
用いて操作量（２７）が得られる。

以上のようにして得られた操作Ｉｔ（１７）及び（２７
）は、合成手段（１８）によって合成され、最終的な操
作量（９）が出力される。　例えば、ルール（１１）は
、「特徴ｆｌ（１３）が大きければ、パラメータの操作
量を少し大きくせよ」であり、ルール（１２）は、　「
特ｔＢｔ量（１９）が大きい状態が続いていれば、パラ
メータの操作量をかなり大きくぜよ」であるとする。

このとき、これら二つのルールにより、プロセス制ｔＳ
装置全体としての最終的な操作量（９）は「特徴量（５
）が大きい状態になれば操作量（９）は少し大きくする
が、大きい状態が続けば操作ｉｋ　（９）はかなり大き
くする」という制御を行なう。

以上述べてきた動作のフローチャート図を第３図に示す
。即ち、ステップ（５１）でセンサから情報を人力し、
ステップ（Ｓ２）で特徴量（５）を抽出する。

次に、ステップ（５３ＸＳ４）で一般ルール（１１）に
より出力すべき操作量（１７）が決定される。一方、ス
テップ（５５ＸＳ６）（Ｓ７）（Ｓ８）では時間経過型
ルール（１２）により、出力すべき操作１ｋ　（２７）
が決定される。ステップ（Ｓ９）で以上のようにして得
られた操作量は、合成手段によって合成され、最終的な
操作！　（９）がステップ（ＳＩＯ）で出力される。

なお、上記実施例では特徴評価（２０）の結果（２１）
を保持部（８）に保持し、前回以前の評価結果（２３）
と合成手段（２４）によって合成して、この合成結果（
２５）から出力評価（２６）を用いて操作１ｌ（２７）
が得られていたが、第４図に示すように出力評価（２６
）の結果（２７）を保持部（８）で保持し、前回以前の
評価結果（２３）と合成手段（２４）によって合成して
、操作量（２７）を得てもよい。

また、上記各実施例では合成手段（２４）をルール（１
２）中で記述したが、第５図に示すように、各評価結果
に（２３）に適当な重み（２８１）を乗じ、これらの和
をとる構成（２８２）としてもよい。

さらに、上記実施例では保持部の保持しているデータを
５つとしたが、これは幾つにしてもよい。

また、上記実施例では知識記憶部に格納するルールを、
一般ルールと時間経過型ルールにわけて記載したが、時
間経過型ルールのみであってもよい。

さらに、知識記憶部に格納するルールは、その一部ある
いは全部のルールがファジー集合を用いて記述したファ
ジールールであってもよく、この場合は、　「大きい」
、　「少し」なとの曖昧な情報を取り扱うことができる
ので、熟練作業者の操作手法をルール化し易い効果があ
る。

ざらに、キーボード及びＣＲＴ表示装置を用いてルール
を記述し、知識記憶部に格納するように構成してもよく
、この場合は、人力状況を確認しながらルールを人力で
きるので、手軽にかつ確実にルールを追加あるいは修正
できる。

また、前記知識記憶部に格納するルールは、当該工業プ
ロセスの熟練作業者の操作知識に基づいたものであって
もよく、工業プロセスの数学モデルがよく知られていな
い時でも確実にプロセスの制御を行なうことができる。

また、知識記憶部は、これを複数個設け、それぞれに異
なったルール群を格納し、制御対象の変更、あるいはプ
ロセス内容の変更に応じて取り換えるように構成しても
よい。この場合にはプロセス制御装置全体を変更するこ
となく、知識記憶部の変更のみで制御対象の変更、ある
いはプロセス内容の変更に即座に対応することができる
。

なお、この発明によるプロセス制御装置で制御する工業
プロセスは、例えばＮＣ放電加工機、レーザー加工機、
ＮＣ研削加工機、ＮＣ旋盤、ＮＣフライス盤、マシニン
グセンタ等の加工機であってもよく、この場合には、加
工状態に対応して変化するセンサからの情報（３）を状
態認識部（４〉に入力し、推論部（６）において望まし
い加工状態を得るための加工条件を推論し、この加工条
件を操作量（９）として出力することにより、終始安定
した加工を行なうことができる。

［発明の効果コ 以上のように、この発明によれば工業プロセスの状態を
示す特徴量を抽出する状態認識部、上記特＠量から上記
工業プロセスの状態を判定する判定手法と、判定結果に
基ずいて上記工業プロセスの状態を変化させる操作手法
と、上記判定結果または操作結果と前回以前の判定結果
または操作結果とを合成し、新たな判定結果または操作
結果を導く合成手法とを有する時間経過型ルールを格納
する知識記憶部、上記特徴量を人力し、上記時間経過型
ルールに基すいて、上記工業プロセスの状態を判定し、
上記工業プロセスに施す操作量を決定する推論部、およ
び上記前回以前の判定結果または操作結果を保持する保
持部により、プロセス制御装置を構成したので、工業プ
ロセスの状態の、時間経過を考慮した操作知識を、手続
きとしてではなくルールとして記述でき、さらに、従来
状態認識部に分離させていたそのような時間経過に基づ
く操作知識を含む操作知識を全て知識記憶部に収めるこ
とができ、従って、全体の作用を理解しやすく、操作知
識を的確に表現しやすいプロセス制御装置が得られると
ともに、制御対象あるいは制御内容の変更に対して知識
記憶部を変更することのみで対応できるプロセス制御装
置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるプロセス制御装置を
示すブロック構成図、第２図はこの発明の一実施例に係
わる推論部の動作を説明する説明図、第３図はこの発明
の一実施例によるプロセス制御装置の動作を説明するフ
ローチャート図、第４図はこの発明の他の実施例に係わ
る推論部の動作を説明する説明図、第５図はこの発明の
他の実施例に係わる合成手段の動作を説明する説明図、
第６図は従来のプロセス制御装置の構成を示すブロック
構成図、および第７図は従来のプロセス制御装置の動作
を説明する説明図である。 図において、（１）は工業プロセス、（２）はプロセス
制御装置、（３）は情報、（４）は状態認識部、（５）
（１３）（１９）は特徴量、（６）は推論部、（７）は
知識記憶部、（８）は保持部、（９Ｘ１７）（２７）は
操作量、（ＩＩ）は一般ルール、（１２）は時間経過型
ルール、（１４Ｘ２０）は特徴量評価、　（１５）（２
１Ｍ２３）は評価結果、（１６）（２６）は出力評価、
（１８）（２４）は合成手段、（２５）は合成結果であ
る。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第２図 １５．２１ 一般ルール Ｂ今間粍過型ルール 特徴量 ２４１話系 操作量 を乎イ西＃果 合成結果

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工業プロセスの状態を示す特徴量を抽出する状態認識部
   、上記特徴量から上記工業プロセスの状態を判定する判
   定手法と、判定結果に基ずいて上記工業プロセスの状態
   を変化させる操作手法と、上記判定結果または操作結果
   と前回以前の判定結果または操作結果とを合成し、新た
   な判定結果または操作結果を導く合成手法とを有する時
   間経過型ルールを格納する知識記憶部、上記特徴量を入
   力し、上記時間経過型ルールに基づいて、上記工業プロ
   セスの状態を判定し、上記工業プロセスに施す操作量を
   決定する推論部、および上記前回以前の判定結果または
   操作結果を保持する保持部を備えたプロセス制御装置。