JPH05165281A - 機能冗長系を有する自己修復型画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】画像形成装置にパラメータ型自己修復機構およ
び機能冗長系を組み込むことにより、自己修復能力の高
い装置にすること。 【構成】パラメータ型自己修復機構は、装置の定性デー
タに基づいてパラメータ値を操作し、装置の状態を最適
な状態に修復して保持する。パラメータ型故障修復が不
可能な故障が発生した場合は、予め記憶された故障種類
に応じた組合せの冗長系制御が行われ、故障した機能が
潜在機能で代替されて故障修復がされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】目次 産業上の利用分野 発明の背景 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 1.「機能冗長」の概念および機能冗長を用いた自己修復
機械の概要 1-1.「機能冗長」の定義 1-2. 機能を表現するための対象表現方法: ＦＢＳダイ
アグラム 1-2-1. ＦＢＳダイアグラムの定義 1-2-2. ＦＢＳダイアグラムの実現 1-2-2-1. 機能表現 1-2-2-2. 挙動、状態表現 1-2-2-3. 対象の記述 1-2-2-4. ＦＢＳダイアグラムを用いた実際の機械の表
現例 1-2-3. ＦＢＳダイアグラムの利用 1-3. 機能冗長機械の構築 2. 機能冗長系を付加した自己修復型画像形成装置の具
体例 2-1. 基本構成 2-1-1. 逐次機能冗長推論を行うもの 2-1-2. 予め定める条件ごとの機能冗長推論の結果をメ
モリに備えたもの 2-2. 電子写真複写機を対象機械とした具体例 2-2-1. 構成ブロック図 2-2-2. 制御シーケンス 2-2-2-1. 故障判定 2-2-2-2. 実体モデルと対象モデル 2-2-2-3. 故障診断の手法 2-2-2-4. 機能冗長推論 2-2-2-5. パラメータ型修復シミュレーション 2-2-2-6. 副次的影響の推論 2-2-3. 変形例等 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】この発明は、冗長系を備えた画像
形成装置に関するものであり、特に、冗長系として、機
能冗長系を備えた画像形成装置に関する。ここで、「機
能冗長」とは、「元々機械に存在する部品を用い、その
部品の潜在機能を利用して他の部品の代用として活用す
ること」をいう。

【０００３】

【発明の背景】機械文明の進んだ今日、機械システムの
障害が社会に与える影響は計り知れないので、システム
に対しては種々の保全処理が図られている。機械システ
ムの保全に対しては、一般に、大きく次の３つの手段が
考えられる。すなわち、 １．高信頼性設計：なるべく故障が発生しないような設
計を行う。

【０００４】２．予防保全：使用中において故障が発生
しないように予防を行う。 ３．事後保全：万一、故障が発生しても、システム全体
への波及を抑え、短期間のうちに回復することを目的と
する。 しかし、このような考え方には限界がある。まず、高信
頼性設計については、部品の高品質化にも物理的な限界
があり、そのコストは高騰しがちである。また、信頼性
を確保するための冗長設計にしても、システムの巨大化
によるコスト高騰を無視できない。さらに、フォールト
・トレラント（fault tolerant：故障に対して寛容な）
設計を考えるにしても、予防保全にしても、故障が予期
できなければならないが、機械システムの複雑化に伴い
それが困難になってきている。

【０００５】一方、機械システムの障害が社会に与える
影響を考えると、フェール・セーフ（fail-safe)や事後
保全だけを考えることも、現実には非常に危険である。
そこで、むしろ積極的に故障する可能性を認め、故障し
ても機能的に影響しないような方策を考える必要があ
る。

【０００６】

【従来の技術】故障が生じた場合に、機能的に影響しな
いようにする方策の１つとして、機械に冗長系を付与す
ることが知られている。最も一般的な冗長系は、同様の
機能を持つ手段を余分に用意することであり、この冗長
系は機械全体としての信頼性を高める目的で付与され
る。実際には、同種類の部品を並列に複数配置すること
により実現されており、これを「部品冗長」と呼ぶこと
にする。部品冗長の一例は、たとえば特開昭６３−１１
５２０号公報に開示されている。部品冗長は、並列に並
べる部品が多いほど信頼性が向上する有効な手段である
が、その結果、機械システムの重量およびコストの増大
を招く。また、場合によっては、逆にシステムが複雑化
し、信頼性を低下させる原因となることもある。

【０００７】別の冗長系として、特開平２−１１０６０
１号公報には、「協調分散」という制御方式が開示され
ている。この公報に開示されている協調分散制御方式
は、或る制御装置が故障したときに、この制御装置が制
御していたプラントのサブシステムを、適当な他の制御
装置の制御下に置くように割り当てる方式である。つま
り、複数の制御装置を有する場合において、或る制御装
置が故障した場合、故障した制御装置にかかるタスクを
予め定める分担規約に従って他の制御装置に割り当て、
故障した制御装置が行っていた制御を他の制御装置が分
担して行うようにしたものである。この協調分散制御方
式は、制御装置が複数備えられたシステムにおける制御
装置のための冗長系としては有効であるが、制御装置が
制御する機械部品、すなわち機械システムそのものに対
する冗長系となり得るものではない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
冗長系のうち、「部品冗長」は機械システムそのもの
（被制御部品）に対する冗長系であるが、本来必要な部
品に加えて冗長系を実現するために並列に並べる部品が
必要で、価格が高くなり、重量も増加し、構成も複雑に
なる等の問題点があった。また、「協調分散」は制御装
置のための冗長系であって、被制御装置に対しては適用
することができない。

【０００９】この発明は、従来の冗長系とは全く異なる
観点に立脚してなされたもので、機能冗長系という新た
な考え方の冗長系を有する画像形成装置を提供するもの
である。すなわち、この発明は、万一障害が発生して
も、構造を何らかの方法で再構成することで機能の回復
が自動的に行えるように、つまり機能的な冗長性を用
い、故障に対して自己修復するような機械を設計すると
いう新しい思想に基づいて完成されたものである。

【００１０】この発明は、機能冗長に基づく自己修復型
画像形成装置を構築することにより、いわゆる「柔らか
く壊れる」画像形成装置を実現することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の機能
部分を含み、各機能部分は、それぞれが予め定める本来
機能を有し、かつ、複数の機能部分の全部または一部
は、予め定める本来機能とは異なる、通常は発現してい
ない潜在機能を有するものである機能手段と、上記機能
手段を複数個の要素の結合として表現し、各要素の挙動
または属性および各要素間の結合関係がパラメータを用
いて定性的に表わされた定性データが記憶された記憶手
段と、上記機能手段の故障を診断する診断手段と、上記
複数の機能部分に本来機能を発現させるように、複数の
機能部分を第１の組合せに従って動作させる通常制御手
段と、診断手段により機能手段の故障が発見されたと
き、記憶手段に記憶された定性データに基づいて、パラ
メータ操作による故障修復作業を演算する演算手段と、
演算手段の演算結果を実行するパラメータ型故障修復手
段と、パラメータ型故障修復手段によって機能手段の故
障が修復できないときに、上記複数の機能部分の中の故
障にかかる機能部分の本来機能を他の機能部分の潜在機
能で代替させるように、上記故障にかかる機能部分を用
いずに、残る機能部分を上記第１の組合せとは異なる第
２の組合せに従って動作させる冗長系制御手段と、を有
することを特徴とする機能冗長系を有する自己修復型画
像形成装置である。

【００１２】またこの発明は、前記機能冗長系を有する
自己修復型画像形成装置において、冗長系制御手段は、
故障にかかる機能部分の種類に対応して、予め定める互
いに異なる複数の組合せの中の所定の組合せに従って制
御動作を行うものである。

【００１３】

【作用】機能、挙動および状態を用いた予め定める関係
表現（以下「ＦＢＳダイアグラム」という）を用いる
と、装置を構成する複数の機能部分の有する機能を階層
的に展開して把握することができる。装置を構成する機
能部分には、通常発現される本来機能の他に、通常は発
現されない潜在機能を有しているものがある。

【００１４】通常制御手段は、複数の機能部分に本来機
能を発現させるように、複数の機能部分を第１の組合せ
に従って動作させる。そして第１の組合せに従って動作
されている機能手段の故障が、診断手段により発見され
たとき、まず、定性データを用いてパラメータ型の故障
修復が行われる。パラメータ型の故障修復では、パラメ
ータ値が正常な定性値になるように修復される。このパ
ラメータ型修復は、たとえば可変抵抗器を調整したり、
印加電圧を調整することによりパラメータ値を操作する
ものであり、その操作範囲には限界があるし、また操作
できない場合（たとえばハロゲンランプ切れ）もある。

【００１５】もし、パラメータ型故障修復によっては機
能部分の故障が修復できなかったときには、冗長系制御
手段が動作する。冗長系制御手段は、故障にかかる機能
部分の本来機能を他の機能部分の潜在機能で代替させる
ように、故障にかかる機能部分を用いずに残りの機能部
分を通常制御手段が行う第１の組合せとは異なる第２の
組合せに従って動作させる。

【００１６】また、この第２の組合せは、故障にかかる
機能部分が代わるごとに、換言すれば代替させようとす
る本来機能が代わることに応じて、所定の組合せになる
ようにされている。それゆえ、装置に故障が発生してパ
ラメータ型修復では修復できない場合でも、冗長系制御
手段により、元々装置に存在する機能部分を利用して、
故障にかかる機能部分の本来機能を他の機能部分の潜在
機能で代替させることにより、失われた機能を回復さ
せ、自己修復を図ることができる。

【００１７】

【実施例】

1. 「機能冗長」の概念および機能冗長を用いた自己修
復機械の概要 この項では、まず、この発明における「機能冗長」の概
念について説明するとともに、機械の機能冗長を表現し
利用するために必要なＦＢＳダイアグラムについて説明
する。さらに、機能冗長性を機械に付与するための設計
方法、および、機能冗長性を持つ自己修復機械の概要に
ついて説明をする。 1-1. 「機能冗長」の定義 機能冗長とは、元々機械システムに存在する部品を用い
て、その部品の潜在機能を利用し、他の部品の代用とし
て活用できるようにすることをいう。

【００１８】たとえば、マニュアルトランスミッション
の自動車は、通常、エンジンの出力により走るが、エン
ジンが作動しない場合には、スターティングモータによ
り移動することができる。これは、駆動系の構造を変更
することにより、スターティングモータに潜在機能「車
体を動かす」を、エンジンに潜在機能「駆動力を伝え
る」を発現させて実現しており、部品数を増加せずに冗
長性を付与している例である。

【００１９】つまり、図１（ａ）に示す構成を図１
（ｂ）に示すように、スターティングモータを「車体を
動かす」ための駆動源に変更し、エンジンを「駆動力を
伝える」ためのクランクシャフトを利用することによ
り、部品数を増加せずに冗長性を付与しているのであ
る。この明細書においては、このように、潜在機能を利
用して冗長性を付与することを「機能冗長」と定義す
る。

【００２０】機能冗長を従来の部品冗長と比較すると、
表１に示すように、それぞれ、特徴および問題点があ
る。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１における機能冗長の問題点として挙げ
た「機能判断、価値判断の必要性」とは次のようなこと
である。一般に、機能冗長系によって失われた機能Ａを
完全に回復させることは必ずしも容易なことではない。
しかし、失われた機能Ａを或る程度高めることはでき
る。たとえば、上述の自動車の例では、スターティング
モータによる走行では高々５ｋｍ／ｈ程度の速度しか出
ず、高速で走行する機能は発揮されてはいない。また、
スターティングモータによる走行時間にも著しい制限が
ある。

【００２３】しかしながら、失われた機能Ａを回復させ
るに際し、機能冗長系によりどの程度の機能発現があれ
ば使用者が満足できるかというのは、使用状況に依存
し、人間の価値判断により決定されるものである。上記
自動車の例では、最寄りのガソリンスタンドまたはサー
ビス工場まで走行できればよく、走行速度はあまり問題
でないとして満足できるとの考え方がある。あるいは、
そのような機能発現では満足できないとの考え方もあ
る。

【００２４】上述のような価値判断はこの発明の本質と
は区別されるものであり、ユーザとの対話によって決定
されるものとする。この発明にかかる機能冗長は、特
に、メカトロニクス機械のようにコンピュータにより動
作が制御される機械において有用である。というのは、
コンピュータにより動作が制御される機械では、ソフト
ウェア上での制御パターンを変更することにより、機械
の構造変更を実現できるので、機能冗長系の付加が十分
可能だからである。 1-2. 機能を表現するための対象表現方法：ＦＢＳダイ
アグラム 機能冗長系が組み込まれた機械システム、すなわち機能
冗長機械システムを構築するためには、機能を含めた形
で機械を表現することが必要である。

【００２５】この発明では、ＦＢＳ（Function-Behavio
ur-State) ダイアグラムにより機械を表現する。つま
り、機能、挙動および状態からなるダイアグラムで機械
を表現する。なお、挙動および状態の表現は、K. D. Fo
rbusの定性プロセス理論に基づいた表現を用いる。この
点に関しては後に詳述する。以下、まず、ＦＢＳダイア
グラムについて概説し、次いでＦＢＳダイアグラム上で
の機能冗長機械の表現について説明する。 1-2-1. ＦＢＳダイアグラムの定義 物理的世界に限って考察を行い、ＦＢＳダイアグラムを
構成する状態、挙動およひ機能を、以下のように定義す
る。

【００２６】まず、或る機械の状態Ｓを機械の内部状態
Ｓ_i 、環境等の外部状態Ｓ_o を用いて式（１）のように
表現する。 Ｓ＝＜Ｓ_i ，Ｓ_o ＞ …（１） 式（１）は、集合Ｓが集合Ｓ_i とＳ_o とにより記述され
ることを意味している。

【００２７】また、内部状態Ｓ_i は機械内の部品等を表
わす実体集合Ｅ、ギヤの大きさ，抵抗の抵抗値等を表わ
す実体の属性集合Ａ、および、部品接続関係，属性間の
関係等を表わす関係集合Ｒにより、次の式（２）のよう
に定義する。 Ｓ_i ＝＜Ｅ，Ａ，Ｒ＞ …（２） 外部状態Ｓ_o も内部状態と同様に記述する。また、いわ
ゆる機械の「構造」も持続時間が長い機械の一種の状態
であると考え、内部状態Ｓ_i の一部として記述する。こ
れは、機械の故障により構造自体も変化する可能性があ
り、その場合に構造変化も柔軟に記述できるようにする
ためである。

【００２８】式（１）および（２）により定義された状
態記述の一例を図２に示す。図２は、文鎮の状態記述を
表わしている。図２には、文鎮は用紙上に置かれ、文鎮
には重量Ｗ、体積Ｖおよび密度Ｄの状態を表わすパラメ
ータが存在し、それらのパラメータにはＤ＝Ｗ／Ｖとい
う関係があることが記述されている。次に、上述の状態
Ｓを用いて、挙動Ｂを「１つ以上の状態の変化（変化し
ないことを含む）」と定義する。この定義を式で表わせ
ば下記の式（３），（４）および（５）となる。

【００２９】 ｂ＝ｓ₁ →ｓ₂ → … …（３） ｂ∈Ｂ …（４） ｓ₁ ，ｓ₂ ，…∈Ｓ …（５） つまり、挙動Ｂの集合に含まれる個々の挙動ｂは、ｓ₁
→ｓ₂ → …と状態が変化するものであり、変化した各
状態ｓ₁ ，ｓ₂ ，…は、状態Ｓに含まれる。

【００３０】ここで注意すべきことは、「状態変化」は
ランダムに引き起こされているのではなく、「物理法
則」により引き起こされていると考えることができる点
である。このように状態Ｓと挙動Ｂとが物理法則によっ
て結び付けられているという考え方が、この発明の１つ
の基本的な考え方である。逆にこれゆえ、物理法則の知
識ベースを構築することにより、機械システムの状態表
現と挙動表現との間の無矛盾性をコンピュータにより管
理することが可能になる。

【００３１】以上に基づき、次に、機能Ｆを「人間が或
る目的をもって認識、抽象化した挙動の記述」であると
定義する。つまり、機能は基本的には「〜を〜する」と
いう形式で記述される。この機能Ｆの定義を式で表わせ
ば、下記の式（６）となる。 Γ_ab：Ｂ→Ｆ …（６） 式（６）において、Γ_abは、人間による認識、抽象化の
過程を示し、この過程を通じて挙動Ｂは、機能Ｆに変換
される。

【００３２】この機能と挙動との関係は人間の主観に依
存したものであり、見方により同じ挙動に対していくつ
もの機能を対応させることができるし、その逆もあり得
るというのが、この発明のもう１つの基本的な考え方で
ある。たとえば、電子写真複写機を例にとれば、「感光
体ドラムを除電する」という機能に対して、「除電ラン
プの光が感光体ドラムに照射され、静電電荷がアースさ
れる」という挙動や、「チャージャの放電現象により、
感光体ドラム上の静電電荷が打ち消される」という挙動
等、複数の挙動が対応する可能性がある。このような機
能と挙動との多対多対応が機能冗長という考え方を可能
にする根拠になっており、この多対多対応を明示的に表
現するＦＢＳダイアグラムが機能冗長に必要不可欠な前
提要件となっている。

【００３３】ＦＢＳダイアグラムにおける上述した機
能、挙動および状態の関係を図３に示す。図３におい
て、状態集合と挙動集合とは物理法則によって結び付け
られており、挙動集合と機能集合とは認識抽出によって
対応づけられている。 1-2-2. ＦＢＳダイアグラムの実現 次に、1-2-1.で述べたＦＢＳダイアグラムの実現方法、
機能、挙動および状態の記述方法について説明する。 1-2-2-1. 機能表現 1-2-1.で定義した「機能」をここでは表２に示す「機能
知識」という枠組により記述する。

【００３４】

【表２】

【００３５】表２に示すように、機能知識は、以下のよ
うな項目により記述される。 「機能名」：その機能を表わすラベルであり、「目的語
（複数可）＋動詞」の形で記述される。 「実現フィーチャー」：この項には、この機能を実現す
るためのフィジカル・フィーチャーを記述する。後述す
る「1-2-2-2.挙動および状態表現」の項で述べるよう
に、フィジカル・フィーチャーは機械に頻繁に出現する
挙動と状態とを組にした知識であり、先に定義した「機
能」と「挙動」との関係を規定するものである。一般的
には、記述している機能に対応する実現フィーチャーが
複数存在する場合は複数のフィーチャーを記述し、存在
しない場合は記述しない。

【００３６】「展開知識」：この機能を展開するための
展開方法を示した知識である。展開知識の項には、展開
知識の集合が記述される。１つの機能知識がいくつかの
異なる展開知識を持つこともある。さて、機械の機能
は、一般に、いくつかの部分機能に展開されて観察され
る。たとえば、電子写真複写機の機能「コピーをとる」
は、画像を読取る機能、読取った画像を保持する機能、
現像する機能、現像された画像を転写する機能、転写像
を定着する機能等が組合わされて実現されていると考え
られる。さらに、画像を読取る機能は、原稿をスキャン
する機能、光源となる機能等から構成される。これらの
機能は、一般に、機能の階層構造を構成している。

【００３７】そこでこの発明では、機能知識にその機能
の展開方法を記述した展開知識を持たせることにした。
次に、表３に、展開知識の記述項目を示す。

【００３８】

【表３】

【００３９】表３における項目は、以下の内容になって
いる。 「展開知識名」：この展開知識を示すラベルである。 「部分機能」：或る機能を展開するための方法を記述し
たものである。 1-2-2-2. 挙動、状態表現 この発明における挙動、状態の表現は、前述したよう
に、K. D. Forbusの定性プロセス理論に基づいている。

【００４０】定性プロセス理論では、「物理現象」を単
位として物理的な世界を記述する。ここでは、物理的挙
動、状態をインディビジュアル（individual）、インデ
ィビジュアルビュー（individual view)、プロセスビュ
ー（process view）という基本的枠組により記述する。
インディビジュアルは、1-2-1-1.で述べた実体に対応
し、その機械に存在する物体を表わすラベルである。た
とえば図２の例で言えば、文鎮や用紙がインディビジュ
アルである。

【００４１】インディビジュアルビューは、インディビ
ジュアルやインディビジュアル間の関係の状態を記述す
る。たとえば図２の例で言えば、文鎮には重量Ｗ、体積
Ｖおよび密度Ｄという状態を表わすパラメータが存在す
ること、それらのパラメータ間にＤ＝Ｗ／Ｖの関係があ
ることを記述するものが、インディビジュアルビューで
ある。

【００４２】プロセスビューは、インディビジュアル、
インディビジュアルビューにより構成された状態記述上
で生起する物理現象を記述する。たとえば、自由落下運
動、放電現象等が個々のプロセスビューである。これら
インディビジュアルビュー、プロセスビューは、その生
起条件と生起後の影響により記述される。インディビジ
ュアル、インディビジュアルビュー、プロセスビューを
総称して、この明細書においては単にビューと呼ぶこと
にする。

【００４３】フィジカル・フィーチャー（物理特徴）
は、設計時および保全時によく現れる現象をひとかたま
りの知識としてまとめたものである。１つのフィジカル
・フィーチャーは、上記のビューのネットワークとして
表現され、名前づけされる。この発明では、物理的な体
験に基づいて収集されたフィジカル・フィーチャー・デ
ータベースを利用する。上記の機能知識のうち、このデ
ータベース内のフィーチャーと対応づけが可能な機能表
現は、対応する挙動を実現フィーチャーとして記述する
が、対応しない機能知識には実現フィーチャーを記述し
ないことにする。

【００４４】書き方の具体例を、図４および図５を参照
して説明する。図４は、「電気を蓄える」という機能の
展開知識である。展開知識は、「エネルギーを出す(ene
rgysource) 」という機能によってエネルギーが出力さ
れ、「変換する(translate)」という機能によってエネ
ルギーは電気に変換され、「蓄える(store) 」という機
能によって電気が蓄えられる、という構成になってい
る。

【００４５】この図４に示す展開知識を用意しておき、
機能「エネルギーを出す」をエンジンの回転現象により
実現することを決め、各部分機能を実現するフィジカル
フィーチャーを選択とすると、図４の機能階層は実体化
されて図５のようになる。すなわち、機能「エネルギー
を出す」はエンジンにより実現され、機能「変換する」
は発電機により実現される。 1-2-2-3. 対象の記述 ＦＢＳダイアグラム上で、機械のモデルＭは機能レベル
の階層構造ネットワークｎ_f 、挙動・状態レベルのビュ
ーネットワークｎ_bs、および、機能と挙動間の関係の集
合Ｒ_fbを用いて、下記の式（７）のように定義できる。

【００４６】 Ｍ＝＜ｎ_f ，ｎ_bs，Ｒ_fb＞ …（７） 機能・挙動間の関係Ｒ_fbは、機能のノードとそれを実現
するフィーチャーとを関係づけている。階層構造ネット
ワークｎ_f およびプロトタイプネットワークｎ_bsは、そ
れぞれ、式（８）および式（９）のように定義できる。

【００４７】 ｎ_f ＝＜Ｆ，Ｒ_f ＞ …（８） ｎ_bs＝＜Ｖ，Ｒ_P ，Ｃ＞ …（９） 式（８）が示すように、機能階層ネットワークは機能知
識Ｆと機能知識間の関係Ｒ_f により構成される。Ｒ_f は
展開知識の上位下位関係、同一階層レベルでの目的語同
一関係である。

【００４８】また、式（９）が示すように、挙動・状態
レベルのビューネットワークｎ_bsは、ビューの集合Ｖ、
ビュー間の依存関係の集合Ｒ_P 、および、スイッチのオ
ン／オフ等の条件や各パラメータの値の初期条件を示す
境界条件集合Ｃにより記述される。これらの記述法に基
づいた或る機械の表現には、さらに以下の２つの情報を
付加する。

【００４９】「成立条件タグ」：一般に、実現フィーチ
ャーを持たない機能が成立しているかどうかの判定を行
わなければならない。そこで、機能のノードにタグとし
て、或る対象におけるその機能の実現条件を書込めるよ
うにすることにする。たとえば、自動車において電気を
蓄える機能は「蓄電池の電力パラメータが正である」時
に発現されると記述する。

【００５０】「前提タグ」：機械には状態を切換えるた
めのいくつかのスイッチが付いている。これらのスイッ
チによって機械の状態が変わる。これが動作モードであ
る。機能冗長系を付加するということは、機械に新たに
動作モードを付加することである。その意味で、動作モ
ード表現する必要がある。ここでは、動作モードを切換
えるスイッチの入力を機能のノードに前提タグとして貼
っておくことにする。或る機能モードに関して挙動シミ
ュレーションを行う場合は、このタグの内容を初期条件
として入力する。 1-2-2-4. ＦＢＳダイアグラムを用いた実際の機械の表
現例 図６に、ＦＢＳダイアグラムを用いて実際の機械の一部
を表現した例を示す。図６は、電子写真複写機で実現さ
れている「感光体ドラムを帯電させる」機能を表現する
ＦＢＳダイアグラムの例である。 1-2-3. ＦＢＳダイアグラムの利用 以上述べたように、ＦＢＳダイアグラムでは、たとえば
図６で示すように、機械は人間の理解による機能の階層
構造とその機能を実現する挙動、状態により表現され
る。このため、ＦＢＳダイアグラムには次のような特徴
がある。

【００５１】（１）機能と挙動の関係は、本来、多対多
対応であるが、その関係を明示的に表現できる。このた
め、この表現上で機能冗長を表現することが可能にな
る。 （２）主観的に記述される機能と、物理的，客観的に記
述することが可能な挙動、状態の表現とを分離すること
ができる。このため、機能レベルの記述は柔軟に記述す
ることができ、一方、その物理的実現性、無矛盾性を、
状態レベルで管理することができる。

【００５２】（３）人間の機械の理解、または、概念設
計時の機械のイメージは機能的なものである場合が多
く、そのような機能的表現を直接コンピュータ上で表現
可能なので、推論結果が人間にとって理解容易なものと
なる。さらに、自己修復機械の設計段階、および、運用
段階でＦＢＳダイアグラムを用いることにより、次のよ
うな特徴を得ることができる。

【００５３】設計時： （１）機能階層において、機能の冗長性の付加のための
推論が行える。 （２）挙動、状態階層において、設計しつつある機能の
物理的実現性やその実現方法を導出することができる。 運用時： （１）故障発生時に、機能階層において、対象機械上で
どの機能が失われたか、また、それに対処可能な機能冗
長系を知ることができる。

【００５４】（２）挙動、状態階層において、その実現
性、修復操作等をシミュレートすることができる。 1-3. 機能冗長機械の構築 機能冗長機械システムは、次の３段階によって構築され
る。 （１）設計対象の構造決定 まず、概念設計段階として、設計対象の構造を決定し、
部品の接続関係、配置関係などを決定しなければならな
い。このとき、同時に、機械がとり得る動作モードも決
定される。ＦＢＳダイアグラム上で言えば、この構造決
定は機能階層構造、および、挙動、状態レベルのネット
ワークを無矛盾、十分に決定することに対応する。

【００５５】（２）対象機械の抽象的制御シーケンスの
決定 （１）で決定された抽象的構造に基づき、機能の発現に
必要なスイッチの境界条件が求まる。たとえば、「感光
体ドラムが主帯電部を通過する時に、主帯電を行わなけ
ればならない」といったものである。ＦＢＳダイアグラ
ム上で言えば、これは機械全体の機能を発現可能なよう
に、前提タグを時間順序に並べることに相当する。

【００５６】（３）パラメータの決定 （１）（２）で決定された機械の抽象的な構造、制御シ
ーケンス内に記述されたパラメータの定量的な値を決定
する。具体的には、感光体ドラムの大きさ、電源の出力
等を決定することである。以上により、機械が構築され
るわけであるが、ここでの機能冗長機械の構築は主に
（１）について述べる。その理由は、（２）（３）の段
階は、一般の設計と同様に行われるからであり、機能冗
長を付加する（１）の段階が、この機械の構築の仕方を
特徴づける段階であるからである。

【００５７】概念設計が終了した通常の機械である設計
対象ｍ⁰ ＝＜ｎ_f ⁰ ，ｎ_bf ⁰ ，Ｒ_f ⁰ ＞を入力として、
以下のように機能冗長設計が行われる。一例として、図
６、および、同様に電子写真複写機の「転写」機能を実
現している部分、つまり図７に示すＦＢＳダイアグラム
を用いる。 （１）冗長性を付加したい設計対象の機能ｆ^* とその機
能構造ｎ_f ^* に注目ここでは、図６の「ドラムを帯電さ
せる」機能が注目される。

【００５８】（２）注目機能に対する機能冗長の候補を
導出 ここでは、以下の４種類の方法を組合わせることによ
り、機能冗長の候補が導出される。 （ａ）ＦＢ（function-behaviour）関係の操作（図８の
（ａ）参照） 注目している機能階層構造ｎ_f ^* は同じものを使い、各
部分機能の実現挙動を既に設計対象のモデルｍ⁰ 内に存
在する「同じ種類の」別の実現挙動に置換えることによ
り、新しいＦＢ関係が作られる。すなわち、部分機能の
発現フィーチャーｎ_bs ^* と同じクラスであるが別のイン
スタンスであるフィーチャーｎ_bs′で置き換えられる。

【００５９】図６の例で言えば、図６内のａで示される
「放電する」機能を図７内のｂで示される「放電する」
機能を実現している「転写チャージャ上での放電現象」
挙動で置換えることに相当する。 （ｂ）潜在機能の利用（図８の（ｂ）参照） 上記（ａ）と同様、注目している機能階層構造ｎ_f ^* は
同じものが使われ、各部分機能を対象モデルｍ⁰ 内の各
インディビジュアルが発揮し得る潜在機能で置換えられ
る。欲しい機能ｆの機能知識に記述されている実現フィ
ーチャーｐｆ内のインディビジュアルが設計対象の挙動
ｎ_bs ⁰ 内にあれば、そのインディビジュアルが潜在機能
としてｆを発揮する可能性があるので、このｆとｐｆの
組が機能冗長の候補とされる。

【００６０】図６の例で言えば、たとえば「電気を伝達
する」機能に対して、図７内でｃで示された転写チャー
ジャは「電流が流れる」という挙動を発現させることが
可能、すなわち、「電気を伝達する」機能を潜在機能と
して働かせることが可能と推論され、伝達機能をこの転
写チャージャで代替することが試みられる。 （ｃ）機能階層の操作（図８の（ｃ）参照） 注目している機能階層構造において、或る部分機能が選
択され、その機能と同じ種類の機能が設計対象内で探索
され、置換される。

【００６１】これは、図６の例で言えば、ｄで示される
「エネルギーを出す」機能が図７内のｅで示される「エ
ネルギーを出す」機能以下の部分で代替することが試み
られる。 （ｄ）新たな機能階層の構築（図８の（ｄ）参照） 注目している機能階層構造において、或る部分、もしく
は全体の機能に注目する。注目する機能の機能知識は複
数の展開知識を持っている可能性がある。そこで、現在
使用している展開知識以外の展開知識を利用し、新たに
機能階層構造が構築し、新たな各部分機能に対し、
（ａ）〜（ｃ）が実行される。

【００６２】図６の例で言えば、ｆで示される「電気を
伝達する」機能を展開し、「電気を回転に変換」し、
「回転を伝達」し、さらに、「回転を電気に変換する」
という３種類の部分機能が展開される。以上により、機
能冗長候補が導出される。 （３）機能冗長候補に対する実現条件を導出 上述の（２）で得られた機能階層構造を実現する挙動、
実体を設計対象上で引き起こさなければならない。すな
わち、改良前の設計対象モデルｍ⁰ に基づき、（２）で
導出されたモデルの部分 ｍ^s ＝＜ｎ_f ^s ，ｎ_bs ^s ，Ｒ
_fb ^s ＞を含むような矛盾のない設計解 ｍ^R （ｍ^s ⊆ｍ
^R ）を構築しなければならない。ｎ_bs ⁰ とｎ_bs ^s を比較
することにより、ｎ_bs ^s は下記の式（１０）に示すよう
に、３つの部分に分けることができる。

【００６３】 ｎ_bs ^s ＝ｎ_bs ^g ∪ｎ_bs ⁱ ∪ｎ_bs ^c …（１０） ｎ_bs ^g は設計対象上で実現されている状態の部分（ｇは
goodの略）、ｎ_bs ⁱ は設計対象と矛盾はしないが、実現
条件が満たされていない挙動（ｉはinadequate（不十分
な）の略）、および、ｎ_bs ^c は設計対象と矛盾する状態
の部分（ｃはconflict（矛盾）の略）である。このと
き、ｎ_bs ⁱ を実現することがこの機能冗長系を実現する
ための条件となり、ｎ_bs ^c と設計対象間の矛盾が本来の
機能構造と機能冗長系を切換えるときに同時に切換えな
ければならないスイッチング機構の条件となる。

【００６４】（４）実現条件を満たす機械の構築 上述の（３）で得られた実現条件、スイッチング機構の
条件をもとにして、概念設計が行われる。実現条件、ス
イッチング条件が１つ１つ充足されている。そして、挙
動シミュレーションが行われ、挙動、状態レベルの無矛
盾性の管理や要求機能の実現性の検証が行われる。

【００６５】図６、図７および図８で取り上げた具体例
の設計結果として得られた機能冗長系を図９に示す。図
９では、上述の（２）の（ａ）で述べた候補が採用さ
れ、図６のａの機能を図７のｂの機能で代替することが
試みられている。この場合、図６の「電源」機能、「電
気の伝達」機能はそれぞれ図７の「電源」機能、「電気
の伝達」機能により代替されて、この機能冗長系が実現
されている。

【００６６】（５）機能冗長候補の評価 上述の（２）で導出された機能冗長候補集合の中から、
採用する機能冗長系が選択されなければならない。ここ
では、下記の式（１１）および（１２）に示す２つの評
価式を導入されている。

【００６７】

【数１】

【００６８】ここで、Redundancy(f^* ) は注目する機能
冗長系(f^* ) を実現するために付加しなければならない
部分の割合を示す。このRedundancyが１に近ければより
部品冗長的であり、０に近ければより機能冗長的である
と言える。Redundancy(f^* )は定性的にコストに比例す
ると考えられる。また、Robust(f^* )は注目している機
能ｆ^* に対して、元々の設計における実現構造と機能冗
長系における実現構造との間の一致していない度合いを
表わす。このRobust(f^* ) が高ければ高いほど、故障発
生時の対象系において注目機能f ^* の機能冗長系の作動
可能性が高くなると考えられる。Robust(f^* ) は定性的
には信頼性に比例すると考えられる。

【００６９】機能冗長候補が選択される場合は、Redund
ancy(f^* ) の低いものを重要視するか、Robust(f^* ) の
高いものを重要視するかを選べる。いずれにせよ、これ
ら２つの評価式により機能冗長候補が１つ選択されるも
のとする。ただし、これら２つの評価パラメータは独立
ではなく、反比例関係にある。 2. 機能冗長系を付加された自己修復型画像形成装置の
具体例 2-1. 基本構成 2-1-1. 逐次機能冗長推論を行うもの 図１０に、機能冗長系を有する自己修復型の画像形成装
置の基本構成ブロック図を示す。図１０に示す装置は、
対象機械である画像形成部１から一定のトリガ信号、た
とえば故障が発生したことを知らせる信号が与えられる
ごとに、逐次機能冗長推論を行うものである。図１０に
おいて、単線の実線はシステム内のパス、複線の実線は
外部からのパス、破線は対象機械である画像形成部から
のパスを示している。

【００７０】図１０を参照して、画像形成部１には感光
体ドラムおよびトナーによる現像装置を含む電子写真方
式の画像形成機構が備えられている。この画像形成部１
には複数のセンサ４１および画像形成部１の画像形成状
態を変化させるための複数のアクチュエータ４４が備え
られている。複数のセンサ４１によってそれぞれ検出さ
れるデータは、定量−定性変換部３へ与えられ、定性的
なデータに変換される。たとえば、ノーマル，ハイおよ
びローのシンボルデータに変換される。データをシンボ
ル化された定性的なデータに変換することにより、故障
診断や修復診断に対するアプローチが容易になる。

【００７１】定量−定性変換部３で変換されたシンボル
データは、パラメータ修復推論部４へ与えられ、故障診
断や修復計画が推論される。パラメータ修復推論部４に
おいて推論がされる際には、対象モデル５に記憶されて
いる画像形成装置に共通の定性データ（詳細は後述す
る）が参照される。そして推論された修復計画を実行す
るにあたっては、データが定性−定量変換部６で定量デ
ータに変換され、複数のアクチュエータ４４へ選択的に
与えられる。応じて複数のアクチュエータ４４は与えら
れる信号に基づいて駆動され、修復作業を実行する。

【００７２】パラメータ修復推論部４で修復計画を推論
した結果、パラメータ修復ができないと判別された場合
は、機能冗長推論が行われる。機能冗長推論は、パラメ
ータ修復推論部４から機能冗長推論部８へたとえばトリ
ガパルスが与えられることにより開始される。機能冗長
推論部８は、前述したＦＢＳダイアグラムを利用して機
能冗長推論を行う。この推論部８には機能知識９および
展開知識１０が備えられている。機能冗長推論部８に対
して機能知識９および展開知識１０が外づけされた構成
になっているのは、機能冗長推論部８内におけるＦＢＳ
ダイアグラムは、画像形成部１のためのＦＢＳダイアグ
ラム（たとえば先に述べた図６や図７に示すもの）であ
るのに対して、機能知識９および展開知識１０は、汎用
性が高く、必要に応じて他の機能知識等と取り替えられ
るようにということを考慮したためである。

【００７３】機能冗長推論部８において機能冗長推論が
行われた結果、実現したい機能階層１１が得られる。こ
の機能階層１１は、たとえば前述した図９に示すもので
ある。実現したい機能階層１１が得られると、それによ
り画像形成部１の構造が変更されるので、変更後の画像
形成部１を制御するために必要な制御シーケンスを生成
しなければならない。そのため、定性シーケンス生成部
１２において定性シーケンスが生成され、外部から与え
られる対象機械に関する定量情報１３が加味されて、定
量タイミングチャート生成部１４において定量シーケン
スが作成される。

【００７４】そして、これにより冗長系が発現している
画像形成部１が実現する。この冗長系が発現している画
像形成部１に対して、後述するように、パラメータを用
いた画像形成状態の調整、すなわち修復が可能である。 2-1-2. 予め定める条件ごとの機能冗長推論の結果をメ
モリに備えたもの 上述の2-1-1.の基本構成は、一定条件になったときの画
像形成部１からの外部トリガがあるごとに、逐次機能冗
長推論が行われるものであるが、このように或る条件信
号が与えられるごとに逐次機能冗長推論を行う構成に代
え、予めいくつかの条件に対応した機能推論を行い、そ
の条件に対応した実現したい機能階層を作っておいて、
実際に或る条件が発生したときに、予め作っておいた実
現したい機能階層をメモリから呼び出して利用する構成
にしてもよい。

【００７５】図１１は、そのような構成、すなわち対象
とする画像形成部の制御方式を変更するための機能階層
生成処理を示す構成図である。たとえば、画像形成部が
条件Ａ（たとえばメインチャージャ切れ）を機能冗長推
論部８へ与え、機能冗長推論によりその場合に実現した
い機能階層１１を得る。この実現したい機能階層１１
は、前述した図９に示すものである。また、対象機械の
制御シーケンス１７を生成する。そして実現したい機能
階層１１およひ対象機械の制御シーケンス１７をＲＯＭ
（Ａ）２１Ａに記憶する。

【００７６】同様に、条件Ｂの場合の実現したい機能階
層および対象機械の制御シーケンスをＲＯＭ（Ｂ）２１
Ｂへ記憶し、条件Ｃについての実現したい機能階層およ
び対象機械の制御シーケンスをＲＯＭ（Ｃ）２１Ｃへ記
憶する。このようにして複数の条件Ａ，Ｂ，Ｃ，…に対
応して得たデータをＲＯＭ２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，…
に記憶して予め準備する。

【００７７】そして、図１２に示すように、それを備え
たＲＯＭ選択部２４を装置に追加する。図１２に示す構
成では、外部トリガにより画像形成部１に或る条件が生
じたことが判別されると、ＲＯＭ選択部２４によって画
像形成部１に生じた条件に対応するＲＯＭが選択され、
そのＲＯＭに記憶されている実現したい機能階層および
制御シーケンスが呼び出され、それによって画像形成部
１が制御される。また、制御ＲＯＭが入れ換えられた場
合におけるパラメータシミュレーションが行われ、必要
な調整がされる。 2-2. 電子写真複写機を対象機械とした具体例 2-2-1. 構成ブロック図 図１３は、電子写真複写機における画像形成機構の制御
構成を示すブロック図である。

【００７８】図１３に示す構成において、感光体ドラム
３１は、矢印３２方向へ一定速度で回転され、ドラム角
Ａ０において主帯電、ドラム角Ａ１において露光、ドラ
ム角Ａ２において現像、およびドラム角Ａ３において転
写が行われるようにされている。そのため、感光体ドラ
ム３１の周囲には、ドラム角Ａ０に対向してメインチャ
ージャ３３が配置され、ドラム角Ａ１で原稿反射光が照
射され、結像されるようにされている。また、ドラム角
Ａ２に対向して現像装置３５が備えられ、ドラム角Ａ３
に対向して転写チャージャ３６が配置されている。

【００７９】メインチャージャ３３にはコンピュータ３
８によって制御されるメイン高圧ユニット３７から高電
圧が印加されるようになっていて、たとえば＋５．７ｋ
Ｖの高電圧の印加により、メインチャージャ３３はコロ
ナ放電を行い、感光体ドラム３１の表面を均一に帯電さ
せる。ドラム角Ａ０において主帯電チャージャ３３によ
り均一に帯電された感光体ドラム３１の表面がドラム角
Ａ１まで回転すると、感光体ドラム３１表面は原稿反射
光３４によって露光される。原稿反射光３４の光量は、
ＡＥセンサ４１ａによって測定され、コンピュータ３８
へ与えられる。また、原稿反射光３４によって露光さ
れ、露光部分の帯電電荷が除去された感光体ドラム３１
の表面電位は、表面電位センサ４１ｂで測定され、コン
ピュータ３８へ与えられる。

【００８０】さらに感光体ドラム３１が回転して、ドラ
ム角Ａ２になると、現像装置３５によって現像がされ
る。このとき、現像装置３５にはバイアス電圧ユニット
４０によってたとえば＋２５０Ｖの現像バイアス電圧が
印加されている。バイアス電圧ユニット４０もコンピュ
ータ３８の制御下に置かれている。さらに感光体ドラム
３１が回転し、ドラム角Ａ３になると、コンピュータ３
８は転写高圧ユニット４２へ駆動信号を与え、転写高圧
ユニット４２から転写チャージャ３６へたとえば＋６．
５ｋＶの高電圧が印加され、転写チャージャ３６はコロ
ナ放電を行い、感光体ドラム３１表面上のトナーを、搬
送されてきた用紙４３へ転写する。そして用紙４３に転
写されたトナー像の濃度は、濃度センサ４１ｃによって
検出され、コンピュータ３８へ与えられる。

【００８１】コンピュータ３８では、３つのセンサ、す
なわちＡＥセンサ４１ａ、表面電位センサ４１ｂおよび
濃度センサ４１ｃから与えられる検出値に基づき、画像
形成状態を監視している。なお、コンピュータ３８の内
部機能を図示すれば、図１０で説明したものになる。 2-2-2. 制御シーケンス 2-2-2-1. 故障判定 図１４は、コンピュータ３８における故障診断および修
復制御の概要を示すフローチャートである。図１４のフ
ローチャートの流れに従って次に説明する。

【００８２】コンピュータ３８により、今、故障症状と
して「画像濃度が低い」と判断されたとすると、その故
障症状を引き起こす原因についての推論、すなわち故障
判定がされる（ステップＳ１１）。故障判定は、３つの
センサ４１ａ，４１ｂ，４１ｃの検出データをもとに、
定性的なパラメータデータに変換して行われる。

【００８３】次に、この故障判定について具体的に説明
をする。 2-2-2-2. 実体モデルと対象モデル ところで、図１３に示す対象機械を物理的な視点から捕
え、実体レベルでその対象機械を複数個の要素の結合と
して表現し、各要素の挙動および属性ならびに各要素間
の結合関係をパラメータを用いて定性的に表わすと、表
４に示す通りとなる。この表４のような表現形式を「実
体モデル」と呼ぶことにする。

【００８４】

【表４】

【００８５】また、実体モデルを抽象化して、各パラメ
ータの結合ツリーとして表わした図１５に示す表現を
「数学モデル」と呼ぶことにする。そして、「実体モデ
ル」と「数学モデル」とを併せて「対象モデル（定性モ
デル）」と呼ぶことにする。「対象モデル」は、後述す
る故障修復のためにも活用される、画像形成装置に共通
の定性データである。

【００８６】定性データとしての実体モデルおよび数学
モデルの各内容は、コンピュータ３８のメモリ３８Ｍに
記憶されている。また、メモリ３８Ｍには、実体モデル
に含まれているパラメータのうちの所定のパラメータに
関して、たとえば工場出荷の際に測定された基準値デー
タが記憶されている。この基準値データは、この画像形
成装置に特有の特徴データである。

【００８７】たとえば、この機械では、図１６のよう
に、パラメータＸ、Ｖ_S 、Ｏ_S 、Ｖ_n について、それぞ
れ、ロー、ノーマル、ハイの範囲を特定する基準値デー
タが記憶されている。なお、この実施例では、上記の基
準値データは、後の故障診断や故障修復過程におけるセ
ンシングデータや機械の動作状態の変化等に応答して、
更新され得るようにされている。

【００８８】さらに、メモリ３８Ｍには、変換されたシ
ンボルに基づいて、対象機械が正常に動作しているか否
かを判定するための基準となる故障診断知識の一例とし
ての評価機能知識が記憶されている。なお、評価機能知
識、換言すれば故障診断知識は、対象装置に特有のもの
であってもよいし、特有のものでなく、広く画像形成装
置に共通のものであってもよい。

【００８９】この実施例の評価機能知識には、以下の知
識が含まれている。 画像濃度Ｏ_S ＝ノーマル、かぶり度Ｏ_S ’＜ノーマル、
分離性能Ｓ_p ＜ノーマル ここに、Ｏ_s 、Ｏ_S ’、Ｓ_p が上記条件でない場合に
は、対象機械は正常に動作していないことになる。

【００９０】さて、通常動作における対象機械のディジ
タル化されたセンサ情報が次の値である場合を考える。 ＡＥセンサ４１ａの値Ｘ＝２３ 表面電位センサ４１ｂの値Ｖ_s ＝３８０ 濃度センサ４１ｃの値Ｏ_s ＝７ また、 光学濃度Ｄ＝０の白紙原稿を使用したときの濃度センサ
４１ｃの値Ｏ_s ＝かぶり度Ｏ_s ’、 図示しないハロゲンランプを消した状態での表面電位セ
ンサ４１ｂの値Ｖ_s ＝暗電位Ｖ_n 、と定め、それらの値
は、それぞれ、 かぶり度Ｏ_s ’＝５０ 暗電位Ｖ_n ＝５９０ であったとする。

【００９１】なお、これらかぶり度Ｏ_s ’および暗電位
Ｖ_n の測定は、マニュアル操作によって行われてもよい
し、一定条件時、たとえば対象機械の電源がオンされる
都度、またはコピー開始前毎に、センサによって自動的
に測定されるようにプログラミングされていてもよい。
この実施例では、後者が採用されている。ＡＥセンサ４
１ａ、表面電位センサ４１ｂおよび濃度センサ４１ｃに
よって得られた各値Ｘ、Ｖ_s 、Ｏ_s 、Ｏ_s ’、Ｖ_n は、
それぞれ、コンピュータ３８においてシンボルに変換さ
れる。変換は、各センサ４１ａ，４１ｂまたは４１ｃか
ら与えられるディジタル値が、メモリ３８Ｍに記憶され
ている特徴データとしての基準値データと比較されるこ
とにより行われ、ノーマル、ハイまたはローの３種類の
いずれかのシンボルに変換される。

【００９２】この実施例では、各パラメータは次のよう
にシンボル化される。 Ｘ＝ノーマル Ｖ_s ＝ロー Ｏ_s ＝ロー Ｖ_n ＝ロー 次に、これらのシンボル化された各パラメータが、メモ
リ３８Ｍに記憶されている機能評価知識と比較される。
その結果、画像濃度Ｏ_s がノーマルでないから、故障あ
りと判定され、故障症状は「画像濃度が低い（Ｏ_s ＝ロ
ー）」であると判断される。そして続いて、「Ｏ_s ＝ロ
ー」を故障症状として、故障診断、つまり故障の推論が
される。 2-2-2-3. 故障診断の手法 故障診断は、図１５の数学モデルを用いて行われ、Ｏ_s
＝ローを引起こす可能性のあるパラメータが探索され
る。

【００９３】図１５における数学モデルで、Ｏ_s を低下
させる可能性があるパラメータを指摘すると、図１７に
示すようになる。図１７において、上向き矢印または下
向き矢印が付されたパラメータが、パラメータＯ_s ＝ロ
ーを引起こす可能性のあるパラメータであり、上向き矢
印のものはそのパラメータが上昇した場合に、下向き矢
印のものはそのパラメータが低下した場合に、Ｏ_s ＝ロ
ーを引起こす。

【００９４】次に、数学モデルにおいて探索されたＯ_s
＝ローを引起こす可能性のある各パラメータζ，Ｄ_s ，
Ｖ_t ，γ₀ ，Ｖ_b ，Ｖ_s ，Ｖ_n ，Ｘ，β，Ｈ_L ，Ｄにつ
いて、パラメータの変化を引起こす原因の検出がされ
る。この検出は、表４の実体モデルに基づいて行われ、
この実施例では、次のような故障候補が推論される。す
なわち、 Ｖ_t ＝ロー：→転写トランスの不良 ζ ＝ロー：→用紙の劣化 Ｖ_b ＝ハイ：→現像バイアスの不良 γ₀ ＝ロー：→トナーの劣化 Ｖ_n ＝ロー：→主帯電電圧の不良 Ｈ_L ＝ハイ：→ハロゲンランプの設定不良 Ｄ ＝ロー：→原稿が薄い 上記故障候補のうちの「矢印→」の右側に記載された知
識、すなわち、転写トランスの不良、用紙の劣化、現像
バイアスの不良、…等の知識は、故障知識であり、この
知識は、画像形成装置に共通の定性データに含まれてい
る。なお、パラメータのうち、βは感光体の感度であ
り、これが上昇することはないから除外されている。Ｄ
_s ，Ｖ_s およびＸは、他のパラメータによって表わされ
るから、これも除外されている。

【００９５】そして、上記の推論に対して、故障状態の
シミュレーションが行われる。故障状態のシミュレーシ
ョンとは、上記推論された故障が生じたときの対象機械
の状態を、それぞれ、推論することである。より具体的
には、Ｏ_s ＝ローを引起こす原因、つまり故障が、たと
えば転写トランスの不良であると仮定し、正常状態のモ
デルに対してＶ_t ＝ローを設定する。そして、その状態
における各パラメータに与えられる影響を数学モデル上
で検討するのである。

【００９６】たとえばＶ_t ＝ローを設定した場合、Ｏ_s
＝ローおよびＳ_p ＝ローとなり、他のパラメータはすべ
てノーマルであるから、これは、センサから得られるＶ
_s ＝ローおよびＶ_n ＝ローと矛盾する。それゆえ、その
故障の推論が誤っているという結果を得る。同様にし
て、ζ＝ローを正常状態の数学モデル上に設定し、その
結果をセンサから得られるシンボルと比較する。この場
合も、数学モデル上ではＶ_s ＝ノーマル、Ｖ_n ＝ノーマ
ルに対し、センサからのシンボルはＶ_s ＝ロー、Ｖ_n ＝
ローであるから、矛盾があり、その故障の推論は誤りで
あると判定される。

【００９７】このようにして、全ての故障候補につい
て、故障状態のシミュレーションが行われ、故障の推論
が正しいか否かが確認される。その結果、本例の場合に
は、故障を「主帯電電圧の不良（Ｖ_n ＝ロー）」とした
場合に、現実の対象機械の状態と一致した結果が得ら
れ、かつそれ以外の故障候補はすべて現実の装置の状態
と矛盾するとの結論を得る。

【００９８】よって、この場合の故障は、主帯電電圧の
不良であると断定できる。そのときの対象機械の各パラ
メータの状況を示すと、表５のとおりとなる。

【００９９】

【表５】

【０１００】表５に表わすパラメータの状況を数学モデ
ル上にトレースすると、図１８が得られる。図１８にお
いて、各パラメータの右側に付された下向き矢印はロ
ー、上向き矢印はハイ、Ｎはノーマルを表わしている。
以上のような故障判定の仕方の代わりに、機能階層ネッ
トワークを用いたやり方でも故障判定は行える。すなわ
ち、対象モデルの機能階層ネットワーク上で最上位に位
置する機能の成立条件（機能評価知識）をセンサ値と比
較することによって実現される。たとえばこの実施例の
場合は、最上位機能「ドラムを帯電させる」の成立条件
タグ「ドラム電位≧ノーマル」に対してセンサ値を当て
はめることにより、たとえば帯電機能が成立していな
い、すなわち、故障であると判定される。 2-2-2-4. 機能冗長推論 次いで、図１４のステップＳ１１における故障判定の結
果に基づき、パラメータ型修復作業が実行される（ステ
ップＳ１２）。そしてその結果、パラメータ値が正常な
範囲に復帰したか否かによりパラメータ型修復作業が成
功したか否かの判別がされる（ステップＳ１３）。パラ
メータ型修復作業が成功した場合は、今回の故障修復処
理は終了する。ここで述べたパラメータ型修復作業のや
り方は、本願発明の発明者等の先願にかかる特願平２−
２５２１９１号の明細書や特願平３−２５００４３号の
明細書に開示されているやり方で行えばよい。

【０１０１】ステップＳ１２におけるパラメータ型修復
作業の内容は、概略、以下の手順で行われる。パラメー
タ型の故障判別の結果として、たとえば「画像濃度が低
い（Ｏ_s ＝ロー）」が症状とされる。そうすると、この
症状「画像濃度が低い」を修復するようにパラメータ操
作をする必要がある。つまり、修復の目標は、Ｏ_s を上
昇させることである。

【０１０２】そこで、図１５に示す数学モデル上の関係
から、Ｄ_s を上昇させるか、Ｖ_t を上昇させるか、また
は、ζを上昇させるかによって、修復目標であるＯ_s を
上昇させることができると推論される。次に、Ｄ_s を上
昇させることを目標に推論を行うと、Ｖ_s を上昇させる
か、Ｖ _b を下降させるか、または、γ₀ を上昇させるか
のいずれかの結論を得る。このように、数学モデルに基
づいて、推論が繰返されることにより、修復操作の候補
を数学モデル上で得ることができる。得られた結果は、
表６に示すとおりである。

【０１０３】

【表６】

【０１０４】ところで、数学モデルに基づいて得られた
修復候補には、実現できるものと実現できないものとが
ある。たとえば、 Ｄ：原稿の光学濃度 は変更できないし、 β：感光体の感度 も変更し難い。

【０１０５】γ₀ ：トナーの感度 も変更できないし、 ζ：用紙の感度 も変化不可能である。また、この具体例では、 Ｖ_b ：バイアス電圧 も、アクチュエータがないから変化不可能である。もち
ろん、アクチュエータを追加することにより、Ｖ_b は変
化可能にすることができる。

【０１０６】さらに、 Ｘ：原稿反射光量の対数 Ｖ_s ：露光後のドラムの表面電位 Ｄ_s ：ドラム上でのトナー濃度 については、それ自体の変更は不可能で、間接的に他の
パラメータを変化させることで変化させられるだけであ
り、ここでは修復候補から除外する。

【０１０７】なお、この具体例では直接関係ないが、 Ａ_sp：分離用ＡＣ電圧の振幅 も、アクチュエータ追加により、変化させることができ
る。以上の次第で、この具体例では、修復候補として、 Ｖ_t ：転写電圧 Ｖ_n ：主帯電後の表面電位 Ｈ_L ：ハロゲンランプ出力光量の対数 がとりあげられる。

【０１０８】一方、コンピュータ３８のメモリ３８Ｍに
は、修復計画知識として、次の知識が予め記憶されてい
る。すなわち、 （ａ）Ｖ_t を上昇させる→転写高圧ユニット４２のコン
トロール電圧を上げる （ｂ）Ｖ_t を下降させる→転写高圧ユニット４２のコン
トロール電圧を下げる （ｃ）Ｖ_n を上昇させる→メイン高圧ユニット３７のコ
ントロール電圧を上げる （ｄ）Ｖ_n を下降させる→メイン高圧ユニット３７のコ
ントロール電圧を下げる （ｅ）Ｈ_L を上昇させる→ハロゲンランプコントロール
信号を高電圧側にシフトする （ｆ）Ｈ_L を下降させる→ハロゲンランプコントロール
信号を低電圧側にシフトする。 である。修復計画知識は、この装置に特有の特徴データ
である。該修復計画知識を数学モデルに基づいて得られ
た修復候補に適用し、Ｏ_s を上昇させるための修復操作
として、 （ａ）Ｖ_t を上昇させる→転写高圧ユニット４２のコン
トロール電圧を上げる （ｃ）Ｖ_n を上昇させる→メイン高圧ユニット３７のコ
ントロール電圧を上げる （ｆ）Ｈ_L を下降させる→ハロゲンランプコントロール
信号を低電圧側にシフトする の３方法が得られる。よって、これら３方法のうちのい
ずれかの方法が実行される。

【０１０９】また、より好ましくは、対象機械は、画像
濃度Ｏ_S を上昇させることにより、種々の副次的な影響
を受けることが考えられる。そこで、副次的な影響の推
論が、数学モデルに基づいて行われ、上記（ａ）（ｃ）
（ｆ）の３方法のいずれが最適かが判断される。なお、
副次的影響の推論については、後述する機能冗長系が発
現された後に行われる推論と同じであり、ここでの説明
は省略する。

【０１１０】一方、パラメータ型修復処理が成功しなか
った場合（ステップＳ１３においてＮＯ）、この発明に
かかる機能冗長型の修復計画が行われる（ステップＳ１
４）。上述の故障が「メインチャージャ切れ」等の場合
は、パラメータ型故障修復は不可能であるから、ステッ
プＳ１４における機能冗長型故障修復が行われる。この
機能冗長型修復計画を行うための前提として、コンピュ
ータ３８のメモリ３８Ｍには帯電機能部を対象モデルと
したＦＢＳダイアグラムが記憶されている。図１９に説
明の便宜上単純化された帯電機能部のＦＢＳダイアグラ
ムを示す。また、図２０に、感光体ドラムの帯電機能に
関する機能知識および展開知識の内容を示す。図２０に
おいてラベル「Function１」には機能名「ドラムを帯電
させる」が記述され、展開知識が記述されている。ま
た、前提タグとしては「電源プラグが差し込まれ、電源
スイッチがオンしている」、成立条件タグとしては「ド
ラム電位≧ノーマル（基準電位）」が記述されている。
そして展開知識に基づいて機能知識は階層構造を構成
するように展開されている。つまり、展開知識は、Fu
nction２，３，４の各ラベルを示し、Function２，４
は、それぞれ展開知識に展開される。また、Functi
on３には「電気を伝達する」という機能名が記述され、
その実現フィーチャーとして、「実現フィーチャー４：
ビュー＝電流，インディビジュアル＝メイントランス，
メインチャージャ，ワイヤ４，５」が記述されている。
このような展開の仕方は、先に説明したＦＢＳダイアグ
ラムの実現方法に従っている。

【０１１１】コンピュータ３８は、メモリ３８Ｍに記憶
されている上述の図１９および図２０に示すＦＢＳダイ
アグラムならびに機能知識および展開知識に基づき、感
光体ドラム３１を帯電させるために、メインチャージャ
３３に代わる帯電機能を検索する。つまり「帯電機能」
という故障により失われた機能の中の機能冗長候補を検
索する。機能冗長系候補を発見できなかった場合は、修
復計画はこの段階で失敗する。

【０１１２】一方、機能冗長系候補が発見できた場合
は、その冗長系に故障診断部で導出された故障を含まな
いものが選択される。その結果、この実施例では転写チ
ャージャ３６を用いた機能冗長系が選択される。要約す
れば、対象モデルは、正常時においては、図２１に示す
ような構造および現象を備えており、主帯電現象はメイ
ンチャージャにより発現されていて、転写チャージャに
よる主帯電現象は潜在機能として眠っている。ところ
で、故障時には、メインチャージャによる主帯電現象は
発現不可能となるから、図２２に示すように、潜在機能
として眠っていた転写チャージャによる主帯電現象を発
現させるようにする。

【０１１３】機能冗長系に転写チャージャ３６が用いら
れるとき、対象モデルをＦＢＳダイアグラムで表わすと
図２３に示すものになる。次に、機能冗長系として転写
チャージャ３６が用いられる場合において必要な画像形
成処理のための定性シーケンスが生成される（図１４の
ステップＳ１５）。定性シーケンスの生成は、次の順序
でなされる。

【０１１４】（１）まず前提として、以上で選択された
機能冗長候補の対象モデルとして、定性シーケンスの生
成のために必要な構造および要求挙動が予め入力され記
憶されている。構造とは、対象機械を構成する部品、部
品間の関係の性質、物理現象が前述のインディビジュア
ル、インディビジュアルビュー、プロセスビューにより
記述されている。すなわち、ビューのネットワークとし
て記述されている。そして入力されたビューネットワー
クに対して起こり得る全ての物理現象が挙動シミュレー
ションにより導出され、その成立条件等が導出されてＡ
ＴＭＳ(Assumption based Truth Maintenance System;
De Kleerにより提唱されている）により状態記述が管理
されている。このようにして導出されたビューネットワ
ーク上で起こり得る全ての現象の依存関係を表わすディ
スプレイ表示例を図２４に示す。

【０１１５】また、要求挙動が予め入力されて記憶され
ている。要求挙動は、２段階に分けて入力され記憶され
ている。具体的には、 瞬間状態の入力：或る状態において、最低生じて欲し
い現象およびパラメータ値等である。 状態間の時間的前後関係の入力：瞬間状態の時間的前
後関係を表わすもの。たとえば、この具体例の場合なら
ば「主帯電→転写」のように生じて欲しい現象を書き並
べたものや、「Paper image nothing →Paper image fu
ll」のようにパラメータの変化である。

【０１１６】（２）次に、以上の入力され記憶されてい
る構造および要求挙動をもとに、定性シーケンスが作成
される。定性シーケンスの作成の説明に先立ち、図１３
に示す画像形成機構における正常時の定性的タイミング
チャートについて、図２５を参照して説明する。画像形
成時における現象は、初期、主帯電、露光、現像および
転写の順序で発現する。時間０において初期現象が生
じ、このときはドラム帯電量はnothing でかつドラム上
のトナー濃度もnothing である。時間１では主帯電現象
が発現し、メインチャージモード（ＭＣモード）がＯ
Ｎ、ドラム角はＡ０、ドラム帯電量はnothingからFull
に変化する。次いで時間２になると露光現象が発現し、
ハロゲンランプがＯＮし（Ｈｌモード＝ＯＮ）、ドラム
角はＡ１となり、ドラム帯電量はFullからExposed に変
化する。時間３では現像現象が発現して（Ｄｅｖモード
＝ＯＮ）、この場合は現像モードがＯＮ、ドラム角はＡ
２、ドラムトナーはnothing からFullに変化する。さら
に、時間４では転写現象が発現して（ＴＣモード＝Ｏ
Ｎ）、この場合は転写チャージモードがＯＮ、ドラム角
はＡ３でドラムトナー濃度はFullである。

【０１１７】このような正常な画像形成のための定性的
タイミングチャートにおいて、要求挙動は、「主帯電→
転写」である。つまり、主帯電現象が発現した後転写現
象が発現しなければならない。次に、故障時における画
像形成のための定性的タイミングチャート、つまり定性
シーケンスの作成について説明する。

【０１１８】まず、要求挙動として「主帯電→転写」が
導出され、図２６に示すように、要求挙動における各瞬
間でのパラメータ値等が図２７に示す現象の依存関係ネ
ットワークから導出される。たとえば、転写チャージャ
３６によるドラム充電のためには、 条件：転写チャージモード＝ＯＮ ドラム角＝Ａ３ 影響：ドラム充電＝nothing →Full という知識が図２７に示す全ての起こり得る現象の前提
条件を探索することにより導出される。同様に、転写チ
ャージャ３６による転写を行うためには、 条件：転写チャージモード＝ＯＮ ドラム角＝Ａ３ ドラムトナー＝Full でなければならない。よって、図２６のようなタイミン
グチャートが作られる。

【０１１９】次いで、前後する瞬間状態間で生じなけれ
ばいけない現象の導出がされる。図２７に示すように、
時間０でドラムトナーがnothing で、時間４ではドラム
トナーはFullである。それゆえ、時間０と時間４との間
に現象として「現像」が生じなければならないことが推
測できる。そこで、図２８に示すように、現像現象に必
要な前提条件および影響、 条件：現像モード＝ＯＮ ドラム角＝Ａ２ ドラム充電＝Exposed 影響：ドラムトナー＝nothing →Full に基づいて図２８のタイミングチャートができる。

【０１２０】このようにして、要求挙動が満たされるよ
うになるまで推測を繰返し、全パラメータの不連続性を
埋め終わるまで行う。この結果、図２９に示すメインチ
ャージャ３３が故障時の定性的タイミングチャートが完
成する。図２９に示すタイミングチャートは、定性的な
タイミングチャートであるから、これに定量値を与え、
転写チャージャ３６のチャージ時間等を決定することに
より、制御シーケンスは完成する（図１４のステップＳ
１６）。この場合において、感光体ドラム３１の回転速
度は一定であり、ドラム角Ａ０，Ａ１，Ａ２およびＡ３
は予め決まっているので、時間０〜時間４の時間的な長
さは自ずと決定される。

【０１２１】以上のようにして、機能冗長型修復計画に
より冗長系が選択され、さらに定性シーケンスが生成さ
れて定量値が付加されて、コンピュータ３８が行うべき
制御プログラムが完成する。そして完成した制御プログ
ラムに従って実際に制御を行う前には、好ましくは、パ
ラメータ型の修復シミュレーションが行われ（ステップ
Ｓ１１，Ｓ１２）、機能冗長系が作動するか、機能が回
復するか、副次的な悪影響がないか等が判定された後、
装置が作動される。つまり、ステップＳ１１〜Ｓ１３の
処理により、機能冗長系発現後の装置の画像形成状態が
自動調整される。 2-2-2-5. パラメータ型修復シミュレーション 次に、上述のパラメータ型の修復シミュレーションにつ
いてより具体的に説明をする。パラメータ型の修復シミ
ュレーションにおいては、まず、先に説明したパラメー
タ型の故障判別と同様の処理（ステップＳ１１）がされ
る。そしてその結果として、機能冗長系が発現された後
の装置のシンボル状態により、たとえば「画像濃度が低
い（Ｏ_s ＝ロー）」が症状として生じることが推測され
る。そうすると、この症状「画像濃度が低い」を修復す
るようにパラメータ操作をする必要がある。つまり、修
復の目標は、Ｏ_s を上昇させることである。

【０１２２】そこで、図１５に示す数学モデル上の関係
から、Ｄ_s を上昇させるか、Ｖ_t を上昇させるか、また
は、ζを上昇させるかによって、修復目標であるＯ_s を
上昇させることができると推論される。次に、Ｄ_s を上
昇させることを目標に推論を行うと、Ｖ_s を上昇させる
か、Ｖ _b を下降させるか、または、γ₀ を上昇させるか
のいずれかの結論を得る。このように、数学モデルに基
づいて、推論が繰返されることにより、修復操作の候補
を数学モデル上で得ることができる。得られた結果は、
表６に示すとおりである。

【０１２３】

【表７】

【０１２４】ところで、数学モデルに基づいて得られた
修復候補には、実現できるものと実現できないものとが
ある。たとえば、 Ｄ：原稿の光学濃度 は変更できないし、 β：感光体の感度 も変更し難い。

【０１２５】γ₀ ：トナーの感度 も変更できないし、 ζ：用紙の感度 も変化不可能である。また、この具体例では、 Ｖ_b ：バイアス電圧 も、アクチュエータがないから変化不可能である。もち
ろん、アクチュエータを追加することにより、Ｖ_b は変
化可能にすることができる。

【０１２６】さらに、 Ｘ：原稿反射光量の対数 Ｖ_s ：露光後のドラムの表面電位 Ｄ_s ：ドラム上でのトナー濃度 については、それ自体の変更は不可能で、間接的に他の
パラメータを変化させることで変化させられるだけであ
り、ここでは修復候補から除外する。

【０１２７】なお、この具体例では直接関係ないが、 Ａ_sp：分離用ＡＣ電圧の振幅 も、アクチュエータ追加により、変化させることができ
る。以上の次第で、この具体例では、修復候補として、 Ｖ_t ：転写電圧 Ｖ_n ：主帯電後の表面電位 Ｈ_L ：ハロゲンランプ出力光量の対数 がとりあげられる。

【０１２８】一方、コンピュータ３８のメモリ３８Ｍに
は、修復計画知識として、次の知識が予め記憶されてい
る。すなわち、 （ａ）Ｖ_t を上昇させる→転写高圧ユニット４２のコン
トロール電圧を上げる （ｂ）Ｖ_t を下降させる→転写高圧ユニット４２のコン
トロール電圧を下げる （ｃ）Ｖ_n を上昇させる→メイン高圧ユニット３７のコ
ントロール電圧を上げる （ｄ）Ｖ_n を下降させる→メイン高圧ユニット３７のコ
ントロール電圧を下げる （ｅ）Ｈ_L を上昇させる→ハロゲンランプコントロール
信号を高電圧側にシフトする （ｆ）Ｈ_L を下降させる→ハロゲンランプコントロール
信号を低電圧側にシフトする。 である。修復計画知識は、この装置に特有の特徴データ
である。該修復計画知識を数学モデルに基づいて得られ
た修復候補に適用し、かつ、それに機能冗長系が発現し
た場合の条件を加え、Ｏ_s を上昇させるための修復操作
として、 （ａ）Ｖ_t を上昇させる→時間４（図２９参照）で転写
高圧ユニット４２のコントロール電圧を上げる （ｃ）Ｖ_n を上昇させる→メイン高圧ユニット３７のコ
ントロール電圧を上げる→時間１（図２９参照）で転写
高圧ユニット４２のコントロール電圧を上げる （ｆ）Ｈ_L を下降させる→ハロゲンランプコントロール
信号を低電圧側にシフトする の３方法が得られる。

【０１２９】画像濃度Ｏ_S を単に上昇させるだけであれ
ば、これら３方法のうちのいずれの方法を実行しても、
修復が可能である。しかしながら、対象機械は、画像濃
度Ｏ_S を上昇させることにより、種々の副次的な影響を
受けることが考えられる。そこで、この実施例では、以
下に説明するように、副次的な影響の推論を、数学モデ
ルに基づいて行っている。 2-2-2-6. 副次的影響の推論 修復計画の推論において導かれた３つの修復計画を数学
モデル上に展開すると、図３０ないし図３５が得られ
る。つまり、（ａ）Ｖ_t を上昇させた場合が図３１およ
び図３１（図３１はＤ＝０とした場合のＯ_s ’が数学モ
デル上で表わされている）、（ｃ）Ｖ_n を上昇させた場
合は、図３２および図３３（図３３はＤ＝０とした場合
のＯ_s ’が数学モデル上で表わされている）、（ｆ）Ｈ
_L を下降させた場合は図３４および図３５（図３５はＤ
＝０とした場合のＯ_s ’が数学モデル上で表わされてい
る）となる。

【０１３０】そして、数学モデルに基づいて機能評価を
行うと、次の状態が推論される。すなわち、 （１）Ｖ_t を上昇させた場合（図３０、図３１） （ａ）出力画像濃度が上昇する。 （ｂ）Ｄ＝０のとき、Ｏ_s ’＞ノーマルの場合がある。
つまり、かぶりが発生する可能性がある。

【０１３１】（ｃ）Ｓ_p ＞ノーマルとなり、分離不良が
発生する可能性がある。 （２）Ｖ_nを上昇させた場合（図３２、図３３） （ａ）出力画像濃度が上昇する。 （ｂ）Ｄ＝０のとき、Ｏ_s ’＞ノーマルとなり、かぶり
が発生する可能性がある。 （３）Ｈ_Lを下降させた場合（図３４、図３５） （ａ）出力画像濃度が上昇するだけで、他の副次的な影
響はない。

【０１３２】よって、修復計画部１５では、副次的な影
響の最も少ない修復計画、すなわちＨ_Lを下降させると
いう修復計画が選択される。 2-2-3. 変形例等 以上説明した電子写真複写機の画像形成機構を対象機械
とした場合においては、構成が比較的簡単であり、また
或る構成部品に故障が生じた場合にその構成部品に代替
可能な潜在機能を有する構成部品の予測も比較的容易で
ある。それゆえ、画像形成機構に故障が生じた場合に、
機能冗長推論をその都度実行するのに代えて、機能冗長
推論の結果を予めメモリに記憶させておくという、先の
図１１のＲＯＭを作り、図１２に示す構成によって機能
冗長型修復計画を実行できるようにすることもできる。
つまりいわゆる簡易型の機能冗長系を備えた構成にする
こともできる。このようにすれば、機能冗長型修復計画
および制御シーケンスをメモリから読み出すことにより
機能冗長系を発現させることができ、極めて短時間で機
能冗長系発現による故障修復を実行できる。

【０１３３】このように、複数の機能発現手段に関し
て、本来必要とされている機能とは異なる、各機能発現
手段が通常発現していないが潜在的に発現する機能の有
無と内容とを検索する場合において、故障等が発生する
ごとに、ＦＢＳダイアグラムを利用して逐次検索を行う
やり方でもよいし、あるいは、機械システムが比較的小
規模の場合、予めそのような検索を行って検索結果をメ
モリに記憶しておくことにより、故障等の発生時には対
応するデータをメモリから読出すというやり方を採用す
ることもできる。

【０１３４】いずれのやり方を用いるにしろ、機能冗長
型の修復により、いわゆる「柔らかく壊れる機械」を実
現することができる。なお、一般論をいえば、簡易型の
機能冗長系は、比較的簡単な機械や、多少複雑な機械シ
ステムであっても、故障原因や故障症状の事例が蓄積さ
れた場合には、有効に活用することができる。

【０１３５】一方、ＦＢＳダイアグラムを用いて故障発
生の都度機能冗長型修復計画を実行するやり方は、機械
システムが巨大化した場合、たとえば広大な地域に建設
された総合プラントや、宇宙空間に浮かぶ衛星ステーシ
ョン等のような超大規模な機械システムに対して有効で
あり、故障が発生する都度、最適な機能冗長型の修復計
画を導き出すことができる。

【０１３６】上述の複写機を対象機械とした機能冗長型
システムでは、画像形成機構を例にとったが、これ以外
に、たとえば感光体ドラムの帯電電荷を除電するための
除電ランプが切れた場合に、ハロゲンランプの光を感光
体ドラムへ導き、感光体ドラムの帯電電荷を除電すると
いう機能冗長系を実現することもできる。あるいは、感
光体ドラムのクリーナが故障した場合に、現像装置に備
えられている磁気ブラシを利用して感光体ドラムのクリ
ーニングを行うような機能冗長系を実現することもでき
る。

【０１３７】

【発明の効果】この発明によれば、画像形成装置に故障
が生じた場合に、まず、その故障を修復するためにパラ
メータ型修復操作が行われ、画像形成装置の状態を最良
の状態に自己修復して保持することができる。よって、
いわゆるメインテナンスフリーの画像形成装置とするこ
とができる。

【０１３８】さらに、この発明によれば、パラメータ型
修復操作ができない故障、たとえばメインチャージャ切
れ等の故障が発生した場合には、発生した故障に対応し
た予め定める組合せに従って、故障にかかる機能部分を
除いた残りの機能部分により、故障にかかる機能部分の
本来機能を残りの機能部分の潜在機能で代替して、装置
の機能を回復させ、自己修復可能な装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動車の駆動系を例にとった「機能冗長」の定
義を説明するための図解図である。

【図２】ＦＢＳダイアグラムにおける状態記述の一例を
示し、文鎮の状態記述を表わす図である。

【図３】ＦＢＳダイアグラムにおける機能、挙動、状態
の関係を表わす図である。

【図４】「電気を蓄える」という機能の展開知識の書き
方を示す図である。

【図５】「電気を蓄える」という機能知識を実体化した
書き方を示す図である。

【図６】電子写真複写機における「帯電」機能のＦＢＳ
ダイアグラムの一例を示す図である。

【図７】電子写真複写機における「転写」機能のＦＢＳ
ダイアグラムの一例を示す図である。

【図８】機能冗長系の候補の導出方法を説明するための
図である。

【図９】図８に示す方法に従って導き出された「ドラム
を帯電させる」という機能に関する機能冗長設計解の例
を示すＦＢＳダイアグラムである。

【図１０】機能冗長系を有する自己修復型画像形成装置
の基本構成を示すブロック図であり、逐次機能冗長推論
を行う構成のものである。

【図１１】対象機械の制御方式を変更するための制御シ
ーケンス（機能冗長推論結果である実現したい機能階層
および定量シーケンス）を生成するためのシステム構成
を示すブロック図である。

【図１２】図１１に示す構成により生成されたＲＯＭを
備えたいわゆる簡易型機能冗長系を有する自己修復型の
画像形成装置の基本構成を示すブロック図である。

【図１３】電子写真複写機における画像形成機構の制御
構成を示す図である。

【図１４】図１３のコンピュータ３８における故障診断
およひ修復制御の概要を示すフローチャートである。

【図１５】この発明の一実施例にかかる電子写真複写機
の数学モデルを表わす図である。

【図１６】この発明の一実施例にかかる電子写真複写機
において、各パラメータをシンボル化する場合に必要な
各パラメータの基準値データを表わす図である。

【図１７】上述した数学モデル上における故障診断のた
めの展開を表わす図である。

【図１８】上述した数学モデル上における故障診断のた
めの展開を表わす図である。

【図１９】説明の便宜上、単純化された帯電機能部のＦ
ＢＳダイアグラムを示す図である。

【図２０】感光体ドラムの帯電機能に関する知識および
展開知識の内容を示す図である。

【図２１】対象モデルの正常時における構造および現象
を説明する図である。

【図２２】対象モデルのメインチャージャが故障した場
合における転写チャージャにより主帯電現象を発現させ
た状態の構造および現象を示す図である。

【図２３】機能冗長系に転写チャージャが用いられた時
の対象モデルをＦＢＳダイアグラムで表わした図であ
る。

【図２４】複写機の画像形成機能に関し、インディビジ
ュアルおよびビューにおける起こり得る全ての現象の依
存関係を表わすディスプレイ表示例を示す図である。

【図２５】画像形成機構における正常時の定性的タイミ
ングチャートを示す図である。

【図２６】故障時における定性シーケンスの作成方法を
説明するための図である。

【図２７】故障時における定性シーケンスの作成方法を
説明するための図である。

【図２８】故障時における定性シーケンスの作成方法を
説明するための図である。

【図２９】画像形成機構における故障時の定性的タイミ
ングチャートを示す図である。

【図３０】数学モデル上における副次的影響推論のため
の展開を表わす図である。

【図３１】数学モデル上における副次的影響推論のため
の展開を表わす図である。

【図３２】数学モデル上における副次的影響推論のため
の展開を表わす図である。

【図３３】数学モデル上における副次的影響推論のため
の展開を表わす図である。

【図３４】数学モデル上における副次的影響推論のため
の展開を表わす図である。

【図３５】数学モデル上における副次的影響推論のため
の展開を表わす図である。

【符号の説明】

３１ 感光体ドラム ３３ メインチャージャ ３６ 転写チャージャ ３８ コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下村 芳樹 大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工業株式会社内 (72)発明者 堀 和人 大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工業株式会社内 (72)発明者 谷川 貞夫 大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号 三田工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の機能部分を含み、各機能部分は、そ
   れぞれが予め定める本来機能を有し、かつ、複数の機能
   部分の全部または一部は、予め定める本来機能とは異な
   る、通常は発現していない潜在機能を有するものである
   機能手段と、 上記機能手段を複数個の要素の結合として表現し、各要
   素の挙動または属性および各要素間の結合関係がパラメ
   ータを用いて定性的に表わされた定性データが記憶され
   た記憶手段と、 上記機能手段の故障を診断する診断手段と、 上記複数の機能部分に本来機能を発現させるように、複
   数の機能部分を第１の組合せに従って動作させる通常制
   御手段と、 診断手段により機能手段の故障が発見されたとき、記憶
   手段に記憶された定性データに基づいて、パラメータ操
   作による故障修復作業を演算する演算手段と、 演算手段の演算結果を実行するパラメータ型故障修復手
   段と、 パラメータ型故障修復手段によって機能手段の故障が修
   復できないときに、上記複数の機能部分の中の故障にか
   かる機能部分の本来機能を他の機能部分の潜在機能で代
   替させるように、上記故障にかかる機能部分を用いず
   に、残る機能部分を上記第１の組合せとは異なる第２の
   組合せに従って動作させる冗長系制御手段と、を有する
   ことを特徴とする機能冗長系を有する自己修復型画像形
   成装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の機能冗長系を有する自己修
   復型画像形成装置において、 冗長系制御手段は、故障にかかる機能部分の種類に対応
   して、予め定める互いに異なる複数の組合せの中の所定
   の組合せに従って制御動作を行うものである。