JPH0577099B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、知識工学に基づく知識ベースと推論
機構とを備えた推論システムに関する。

［従来の技術］ 近年、知識工学に基づく推論システムを用いて
医療診断や機械設備の故障診断等のエキスパート
システムを構築することが提案され、一部は実用
化されている。このような推論システムは、対象
に関する知識をプロダクシヨンルール、フレーム
その他の表現形式に従つてコンピユータの記憶装
置に貯えた知識ベースと、これを診断等の問題解
決に利用する推論機構とを基本的な構成要素とし
ており、知識ベースについてはシステム全体の制
御手順から独立したものとして構成することによ
り、知識ベースを交換するだけで種々の応用シス
テムに適用できるように考えられている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来の提案ないし実用化されて
いる推論システムにあつては、知識ベースの利用
に関する知識処理方式（推論アルゴリズム）は、
知識ベースに貯えられた個々の知識と一体のもの
として作られていたので、別のアルゴリズムに変
更したいとき或はアルゴリズムの一部を修正した
いときには、システム全体を作り換える即ち別の
推論システムを構築するか、或はアルゴリズムの
一部修正のために大変な作業が必要であるという
問題点があつた。

従つて、本発明の目的は、種々の推論アルゴリ
ズムを容易に実行し、変更し、或は修正できる推
論システムを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の推論システムは、対象に関する知識を
格納する１または２以上の知識ユニツトと、前記
知識の利用に関する知識を格納する知識利用ユニ
ツトと、前記知識ユニツト及び知識利用ユニツト
の内容を実行する推論機構とを備え、前記知識ユ
ニツト及び知識利用ユニツトはそれぞれ、各ユニ
ツトを識別する情報及び知識の表現形式等の情報
を記述した仕様部と、当該ユニツトに格納される
知識を前記仕様部の情報に従つてルールとして記
述した記述部とから成り、前記推論機構は、知識
利用ユニツトの記述内容に従つて前記知識ユニツ
ト又は他の知識利用ユニツトの内容を実行するよ
うに構成したことを特徴とする。

［作用］ 推論機構においては、初めに、知識利用ユニツ
トと知識ユニツトとを含む知識ベースから、所定
の（例えば最上位の）知識利用ユニツトを選択す
る。そして、選択された知識利用ユニツトの記述
部に記述されたルールを実行する。その実行手順
は、最初のルールの条件部と予め定めた推論デー
タベースの内容との照合を行い、内容が一致した
場合にはそのルールの結論部を評価し、一致しな
ければ結論部を評価しない。

上記のように評価したルールの結論部が、他の
知識利用ユニツト又は知識ユニツトを呼び出すも
のであれば、その知識利用ユニツト又は知識ユニ
ツトを、各ユニツトの仕様部の情報に基づいて知
識ベースから選択し、当該知識利用ユニツト又は
知識ユニツトの記述部に記述されたルールを実行
する。

一方、ルールの実行部が他の知識利用ユニツト
又は知識ユニツトを呼び出すものでなければ、現
在処理中の知識利用ユニツト又は知識ユニツトの
次のルールを実行する。そして、全てのルールを
実行したとき、現在処理中のユニツトが他から呼
び出されたものであれば、呼び出し元のユニツト
に戻り（呼び出し元のユニツトを選択し）、その
ユニツトにおける次のルールを実行する。現在処
理中のユニツトが呼び出されたものでない場合、
或は動作終了の指令があつたとき、動作を終了す
る。

［実施例］ 第１図は、本発明の推論システムにおける知識
ベースの構造を模式的に示す図である。この知識
ベース構造は、対象に関する知識を格納する１ま
たは２以上の知識ユニツトＰと、知識の利用に関
する知識を格納する複数の知識利用ユニツトPS
とから成る。各知識ユニツトＰには、推論に必要
な専門的知識（例えば専門書や説明書等に記載さ
れた知識）がルールとして記述される一方、各知
識利用ユニツトPSには、各知識ユニツトＰに記
述された知識をどのような条件で実行するかを示
す手順がルールとして記述される。例を挙げる
と、知識利用ユニツトPSには、各知識ユニツト
Ｐの内容を実行する条件（例えば→′→″→
）がルールとして記述され、或は、で示す
ように他のPSの内容を実行すること、→′で
示すようにPSの他のPSの内容を実行後更に知識
ユニツトＰの内容を実行すること等がルールと共
に記述される。従つて、知識利用ユニツトPSの
１つに、例えば専門家ａの推論や判断の手順を組
み入れておけば、その手順に従つて推論システム
における推論や判断が行なわれる。

上記の知識ユニツトＰ及び知識利用ユニツト
PSはそれぞれ、第２図に示すように、仕様部１
と知識記述部２とに分かれた構成となつている。

第２図において、知識ユニツトＰ又は知識利用
ユニツトPSの仕様部１は、各ユニツトの名称等
の識別情報と、ルール制御方式の選択、ルール記
述言語（LISP等）の選択等の情報とが格納され
若しくは書き込まれる部分である。ここで、「ル
ール制御方式」とは、記述部に記載された個別の
具体的な知識を制御するための仕様情報であり、
個別の具体的な知識を制御するための情報は、一
般的にはメタ情報、メタ知識、メタルール等と呼
ばれている。上記のルール制御方式も、この分類
に属するメタ情報の１つ（例えば、知識を表現す
るルールの適用を制御する規則を更にルールで記
述したメタルール）である。

一方、知識記述部２は、原因仮説G₁，G₂，…
…、質問事項Q₁，Q₂，……、ルールR₁，R₂，…
…等が記述される部分である。知識記述部２に知
識の内容をどのように記述するかは、仕様部１の
情報によつて決まる。従つて、上記Ｇ，Ｑ，Ｒの
分類はあくまでも一例にすぎず、これ以外の分類
もあり得る。ここで、原因仮説とは、例えば「原
因は……のためと考えられます。対策は……で
す。」のように、原因とその対策に関する知識を
記述したものであり、質問事項とは、例えば「温
度が高いですか」のように、問題解決に必要な情
報を得るための質問を記述したものである。更
に、ルールは、例えば知識をIF（条件）部と
THEN（結論または動作）部とで表現するプロダ
クシヨンルールに従い、条件Q₁及びQ₂が成立す
ればG₁及びG₂を結論とし、或は条件がQ_iならば
知識ユニツトP_iの内容を実行（例えば表示）する
というように、条件と結論の組合せから成る。こ
れら原因仮説、質問事項およびルールの具体例に
ついては、後述する。なお、知識記述部２は、条
件と結論で表わされたルールだけであつてもよ
い。

第３図および第４図は、それぞれ知識ユニツト
Ｐおよび知識利用ユニツトPSの記述例を示す。

第３図に示された知識ユニツトＰの例におい
て、IF部のＡ，Ｂ，Ｃ，……，Ｇはそれぞれ第
２図に示された質問事項Q₁，Q₂，……の内容を
表わし、THEN部のG₁，G₂，……，G₇はそれぞ
れ第２図に示された原因仮説の内容を表わす。こ
の例の知識ユニツトＰは、知識記述部２に図の
IF−THENで表わされたルールを記述したもの
である。

また、第４図に示された知識利用ユニツトPS
の例では、IF部のF₁，F₂，……，F₉はそれぞれ
第２図に示された質問事項Q₁，Q₂，……の内容
を表わす。THEN部のＸ（f_i）は、例えば、IF部
の“F₁？”に対してYesであれば、その結論f₁と
して次に知識ユニツトP₁の内容を実行すること
（この場合Ｘ＝P₁）、或いは“F₂？”に対してYes
であれば、その結論f₂は原因仮説G₂であり且つ知
識利用ユニツトPS₄に行くこと（この場合Ｘ＝
PS₄）等を表わしている。

次に、第５図は本発明による推論システムの構
成例を示す。この推論システム１０は、第１図の
知識ベース１１と、推論機構を含む推論用演算部
１２とで構成され、知識ベース１１は、上述の知
識ユニツト群（以下、プレート部という）と知識
利用ユニツト群（以下、プロセス・ストラテジー
部という）とから成り、推論用演算部１２は、推
論機構１３と、作業用メモリ１４と、推論データ
ベース１５とから成る。

この推論システム１０は、MMI（マンマシンイ
ンターフエース）を介して推論機構１３に接続さ
れた推論システム操作部２１および知識ベース編
集部２２との間で、それぞれオペレータからの指
令に応じて推論動作および知識ベース編集部を行
なうことができる。また、推論データベース１５
には、入出力インターフエースＩ／Ｏを介して推
論システムによる問題解決の対象となるシステム
２３が接続される。

第６図および第７図は、本発明の推論システム
の動作手順を示すフローチヤートである。

第６図はPS／Ｐの実行、すなわち知識利用ユ
ニツトPSの記述に従つて知識ユニツトＰの内容
を実行する手順を示す。この場合、開始条件は、
第１図の知識ベース構造において最上位の知識利
用ユニツト（以下、Top PSという）からスター
トするものとしている。すなわち、初めに知識ベ
ースよりTop PSを選択し、その選択されたPS
に対する作業メモリを確保する。そして、選択さ
れたPSの先頭のルールを取り出し、そのルール
を実行する。ここで「ルールを実行する」手順は
第７図に示す通りである。まず、ルールのIF部
の評価する、即ちルールの条件と作業用メモリ又
は推論データベースの内容とを照合する。その結
論がTRUE、即ちマツチングした場合には、そ
のルールのTHEN部を評価（実行）し、TRUE
でなければ、ルールのTHEN部は評価しない。

再び第６図の手順において、実行したルールが
PS又はＰを呼び出すものであれば、それによつ
て呼び出されたPS又はＰを知識ベースより選択
し、上記と同様にそのPS又はＰに対する作業メ
モリを確保し、先頭のルールを取り出してそのル
ールを実行する。一方、実行したルールが次の
PS又はＰを呼び出すものでなければ、選択され
たPS又はＰの全てのルールが実行されたかどう
かを判断し、Noであれば次のルールを取り出し
てそれを実行する。Yesであれば、動作終了の指
令がない限り、現在処理中のPS又はＰは呼び出
されたものであるかどうか（即ちTop PSか否
か）を判断し、呼び出されものである（Top PS
でない）場合は、呼び出し元のPS又はＰを選択
し、そのPS又はＰにおける次のルールを実行す
る。一方、現在処理中のPS又はＰが呼び出され
たものでない（即ちTop PSである）場合、或は
動作終了の指令があつた場合は、第６図の動作を
終了する。

以上、本発明による推論システムの構成例につ
いて説明したが、次にこの推論システムの応用な
いし変形例について説明する。

まず、第８図は知識ベース１１の各知識利用ユ
ニツトPS₁，PS₂，……，PS_iに複数の専門家ａ，
ｂ，……，ｘの推論若しくは判断のアルゴリズム
をそれぞれ格納した場合を示す。この場合、知識
ベース１１のプレート部P′sには、前述のように
専門書やマニユアル等に基づく個別の専門知識を
ルール化したものが格納されているが、プロセ
ス・ストラテジー部PS′sには、対象に関する知
識を利用する範囲や重み付けを各専門家のレベル
で考慮した独自の手順（戦略）をルール化したも
のが格納されている。このプロセス・ストラテジ
ー部PS′sの各知識利用ユニツトの内容は推論機
構１３のルール・インタプリタで照合されるが、
この場合PSに対する総合的な競合解消のため、
すなわち照合によりマツチしたルールの集合から
１つのルールを選択するために、所定の作業メモ
リ１４′を備えており、この作業メモリ１４′を用
いて競合の解消を行なう。その方法としては、対
象の種類や性質に応じて、平均をとる、多数決に
よる、或は最高値をとる等の方式が予め選定され
る。

第９図は、第８図の推論システムにおける推論
機構１３の動作手順を示すフローチヤートであ
り、各専門家のPSを実行するプログラムは、そ
の専門家のPSをTop PSとして第６図の手順す
なわちPS／Ｐを実行することから成る。

次に、第１０図は、第８図のプロセス・ストラ
テジー部の最後の知識利用ユニツトPSに総合的
競合解消のための戦略をルール化して入れておく
ことにより、第８図の作業メモリ１４′を不要と
したものである。この推論システムにおける推論
機構１３の動作手順を第１１図に示す。この場合
は、各専門家のPSを実行後、各専門家ａ，ｂ，
……，ｘの推論若しくは判断に対する総合的競合
解消のためのPSを実行する、即ち、そのような
PSをTop PSとして第６図の動作を実行する。

第１２図は、知識ベース１１の各知識利用ユニ
ツトPS₁，PS₂，……，PS_iに互いに異なる実行周
期T₁（例えば１秒）、T₂（例えば１分），……，T_i
（例えば１週間）をそれぞれ格納した場合を示し、
第１３図はこの推論システムにおける動作手順を
示すフローチヤートである。この場合は、初め
に、全てのPSを指定された周期まで実行待ちと
し、各周期が経過したときにその周期のPSを実
行する、即ち各周期T_iのPSをTop PSとして第
６図の動作を実行する。

更に、第１４図は、知識ベース１１の各知識利
用ユニツトPS₁，PS₂，……，PS_iにレベルの異な
る対象（例えば機器、設備、システム等）に関す
る戦略をルール化してそれぞれ格納した場合を示
す。この場合は、各PS毎の戦略をそれぞれ別個
の記憶手段（例えばカード化したICメモリ）に
書き込んでおくことにより、対象毎に異なる推論
動作を容易に実行することができる。

次に、第１５図は、本発明の推論システム１０
を機器又は設備３１、或はプラント又はシステム
３２等の故障診断に用いた場合を示す。この場
合、推論システム１０は、オペレータが操作する
キーボード等の入力装置とCRTデイスプレイと
を備えた操作表示部３０に接続されるユーザ・イ
ンターフエース１６を含み、機器又は設備３１或
はこれより規模の大きいプラント又はシステム３
２等の外部装置に対しては、それぞれ制御装置４
１、監視制御装置４２を介して推論システムのデ
ータベース１５が接続される。なお、制御装置４
１は、機器又は設備３１に対し制御信号を送る制
御モジユールと、機器又は設備３１からの信号に
より状態を検出するセンサモジユールとから成
り、監視制御装置４２も同様に、プラント又はシ
ステム３２に対し制御信号を送る制御部と、プラ
ント又はシステム３２からの信号により状態を監
視する監視部とで構成されている。

更に、第１６図は上記故障診断システムの具体
例として、冷凍機のトラブル診断を示す。この診
断システムは、推論システム１０の知識ベース１
１に、第１５図の機器又は設備３１としての１又
は２以上の冷凍機に起こり得るトラブルに関する
知識とそれらの利用に関する知識とを格納し、推
論システム１０と冷凍機３１とを制御装置４１を
介して接続すると共に、推論システム１０と操作
表示部３０との間で必要な情報の送受信ができる
ように構成したものである。

このシステムの操作表示部３０から推論システ
ム１０に送られる信号としては、第１６図の操作
表示部３０を示すブロツク内に表わしたように、
冷凍機にトラブルが発生したことを知らせる信号
（例えば「冷凍機No.１のトラブル発生」）、そのよ
うなトラブル発生信号に対して推論システム１０
から提供される各種トラブルの具体的内容（例え
ば冷えない、動かない等。これらをルールとして
格納したPSをメニユーPSという。）から実際に
生じたものを選択する信号、及び一応の診断結果
に対し更に詳しい情報を求める指令等がある。ま
た、推論システム１０から操作表示部３０に送ら
れる信号としては、上記のように冷凍機の各種ト
ラブルの具体的内容を表わすメニユーPSからの
情報、及び操作表示部３０から与えられたトラブ
ルに関する情報に基づく診断結果（例えば「ブロ
アのどこかに故障あり」）等がある。

第１６図の診断システムによれば、例えば冷凍
機No.１にトラブルが発生すると、ユーザは操作表
示部３０を介して推論システム１０に次のような
手順でトラブル診断をさせることができる。ま
ず、操作表示部３０から推論システム１０に上記
のトラブル発生信号を送つてメニユーPSを呼び
出し、操作表示部３０のデイスプレイに表示され
たトラブルの内容を選択する。推論システム１０
は、その選択に対応して次のPS内容を実行し、
例えば冷凍機のブロアのどこかに故障があるとい
う診断結果をユーザに知らせる。これに対し、ユ
ーザにより詳しく知りたいときは、推論システム
１０にそれを求める指令を送り、ブロア診断の知
識ユニツトＰの内容を実行させることができる。

第１７図は、上記の冷凍機診断システムにおい
て、メニユーPSで選択されたトラブルの具体的
内容に応じた推論動作を行なうための知識利用ユ
ニツトPSの一例であり、いくつかの条件に対し
「ブロアに故障がある」ことを結論とするもので
ある。詳しくは、この知識利用ユニツトの仕様部
１には、他のユニツトと識別される名称として
「ブロアの故障PSNo.11」、実行周期として１秒が
それぞれ記述されると共に、知識記述部２には質
問事項として「圧力がレンジ（所定範囲）外？」、
「吸入温度範囲外？」、「油圧レンジ外？」及び
「電流定格以上？」が記述され、これらの条件の
いずれかがYesであれば「ブロアのどこかに故障
がある」、いずれの条件もNoであれば「ブロアは
正常である」が、それぞれ結論として記述されて
いる。

更に第１８図は、上記の冷凍機診断システムに
おいて、ブロアの故障の詳細に関する知識ユニツ
トＰの一例であり、故障の原因とその対策を結論
とするものである。詳しくは、この知識ユニツト
の仕様部１には、他のユニツトと識別される名称
として「ブロア故障原因追求ＰNo.20」が記されて
いるが、実行周期は特に指定されていない。知識
記述部２には、第１の質問事項「電流計の電流値
が高い？」に対し、Noであれば結論として「正
常です」、Yesであれば次の質問事項として「圧
力が一定値以上？」がそれぞれ記述されると共に
この質問事項に対し、Yesであればその原因と対
策、Noであれば更に次の質問事項として「油圧
が一定値以下？」が記述され、これに対する回答
がYesであればその原因と対策、Noであれば更
に次の質問事項或は他の結論等が与えられるよう
になつている。

第１７図及び第１８図の仕様部１に記載された
実行周期に関する記述は、それぞれの記述部２に
記載された具体的な知識を所定の周期で実行する
ためのタイマ及びトリガとして用いられるもので
あり、第２図の仕様部に記載された仕様情報であ
る「ルール制御方式の選択」の具体的な一例であ
る。

第１７図の「周期１秒」は、記述部に記載され
た具体的な知識が１秒ごとに繰り返して使われる
べきことを指定している。

第１８図の「周期指定無し」は、記述部に記載
された具体的な知識を使う前提として、時間によ
る起動条件が設定されていないことを指定してい
る。

第２図に示されたユニツトの仕様部１では、ユ
ニツトの名称やルール制御方式の選択などの仕様
情報が、第１７図及び第１８図のように設定され
る。

また、第１７図及び第１８図の例は、「仕様部」
と「知識利用ユニツトと知識ユニツトとの相互作
用」との関係を具体的に示している。

まず、第１７図の仕様部１にユニツトの名称と
して記載された「ブロアの故障PSNo.11」は、こ
のユニツトが「ブロアの故障」に関する知識利用
ユニツトPSであることを表わしている。この知
識利用ユニツトの記述部２は、「ブロアのどこか
に故障があるかどうか」を１秒毎に繰り返しチエ
ツクするための知識を記述しているが、故障原因
の詳細や故障対策については、具体的に何も記述
していない。

一方、第１８図の仕様部１にユニツトの名称と
して記載された「ブロア故障原因追及ＰNo.20」
は、このユニツトが「ブロアの故障」に関する知
識ユニツトＰであることを表わしている。この知
識ユニツトの記述部２は、ブロアの故障原因の詳
細や故障対策を具体的に追求するための知識を記
述しているが、いつ故障が検出されるのか、ま
た、そのための検出チエツクの方法については、
具体的に何も記述していない。

すなわち、第１７図と第１８図に示されたもの
は、単独でなく相互に作用して初めて意味のある
知識となる。第１７図の「ブロアの故障PSNo.11」
は、１秒毎に繰り返し故障をチエツクするために
使われるユニツトであり、故障が検出された場合
には、「ブロアのどこかに故障がある」ことを報
知する。そして、第１８図の「ブロア故障原因追
求ＰNo.20」を呼び出すことにより、原因の詳細や
故障対策についての診断ができることになる。

以上、本発明について例を挙げて説明したが、
本発明は上記及び図示の例に限られるものではな
く、特に知識利用ユニツトPSの内容を適宜変更
することにより、単に機器、プラントの診断や制
御のみならず、機械・建築等の設計、加工、或は
医療等、種々のシステムに適用可能である。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、知識の内容に
より分類された知識利用ユニツトと知識ユニツト
が、それぞれ仕様部と記述部とを有する構成であ
り、これら２種類のユニツトを含む知識ベースに
おいて、知識利用ユニツトから知識ユニツトを呼
び出したり、その逆に知識ユニツトから知識利用
ユニツトを呼び出したりすること、すなわち、単
に知識利用ユニツトが知識ユニツトを参照するだ
けでなく、知識ユニツトから呼び出されることが
できるという、知識利用ユニツトと知識ユニツト
との相互作用が可能である。

従つて、従来は単にメタ知識により知識の選択
実行を制御するという一方通行しかできなかつた
推論装置において、知識とメタ知識の相互作用と
いう双方向利用が実現され、推論の自由度が大き
く向上する。

また、一つの知識ユニツトを複数の知識利用ユ
ニツトで使い分けることができるので、既成の知
識ユニツトから独立して推論アルゴリズムを組む
ことができ、種々の推論アルゴリズムを容易に実
行し変更し又は修正することが可能となる。故
に、汎用性に優れ且つ実用的なエキスパートシス
テムを構築することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の推論システムにおける知識ベ
ースの構造を模式的に示す図、第２図は第１図の
知識ユニツト又は知識利用ユニツトの内容を示す
図、第３図は知識ユニツトの記述例を示す図、第
４図は知識利用ユニツトの記述例を示す図、第５
図は本発明の推論システムの構成例を示す図、第
６図は本発明の推論システムの動作を示すフロー
チヤート、第７図は第６図中のルール実行動作を
示すフローチヤート、第８図は知識利用ユニツト
部に複数の専門家のアルゴリズムを格納した推論
システムを示す図、第９図は第８図の推論機構の
動作を示すフローチヤート、第１０図は第８図の
推論システムにおいて最後の知識利用ユニツトと
して総合的競合解消のための戦略を入れた場合の
説明図、第１１図は第１０図の推論機構の動作を
示すフローチヤート、第１２図は知識利用ユニツ
ト部に実行周期の異なるアルゴリズムを格納した
推論システムを示す図、第１３図は第１２図の推
論機構の動作を示すフローチヤート、第１４図は
知識利用ユニツト部にレベルの異なる対象に関す
るアルゴリズムを格納した推論システムを示す
図、第１５図は本発明の推論システムを機器又は
設備、或はプラント又はシステムの故障診断に用
いた場合を示す図、第１６図は冷凍機のトラブル
診断システムを示す図、第１７図は第１６図の冷
凍機診断システムで使用されるブロアの故障を結
論とする知識利用ユニツトの一例を示す図、第１
８図は第１６図の冷凍機診断システムで使用され
るブロアの故障の詳細に関する知識ユニツトの一
例を示す図である。 Ｐ……知識ユニツト、PS……知識利用ユニツ
ト、１……仕様部、２……知識記述部、１０……
推論システム、１１……知識ベース、１３……推
論機構、１４……推論用作業メモリ、１５……推
論データベース、１６……ユーザ・インターフエ
ース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対象に関する知識を格納する１または２以上
   の知識ユニツトと、 前記知識の利用に関する知識を格納する知識利
   用ユニツトと、 前記知識ユニツトおよび前記知識利用ユニツト
   の内容を実行する推論機構とを備え、 前記知識ユニツト及び知識利用ユニツトはそれ
   ぞれ、各ユニツトを識別する情報及び知識の表現
   形式等の情報を記述した仕様部と、当該ユニツト
   に格納される知識を前記仕様部の情報に従つて記
   述した記述部とから成り、 前記推論機構は、前記知識利用ユニツトの記述
   内容に従つて前記知識ユニツト又は他の知識利用
   ユニツトの内容を実行するように構成したことを
   特徴とする推論システム。