JPS63245555A

JPS63245555A - 知識ベ−スシステム

Info

Publication number: JPS63245555A
Application number: JP62078442A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Matsuo; 恵介松尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1987-03-31
Publication date: 1988-10-12

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、前提部に対する結論部において確実度を有し
不確実性を扱うことができるプロダクションルールにお
いて連続量の数値変数を効率的に扱う知識ベースシステ
ムに関する。

（従来の技術）知識ベースシステムはエキスパートシステムの重要な知
識記憶部であり、エキスパートシステムは例えばある特
定の技術領域や問題領域等において専門家に匹敵する能
力、すなわち専門知識を有する問題解決のためのコンピ
ュータシステムであるが、このエキスパートシステムで
はこの専門知識をコンピュータにおいて操作可能な形式
に記述し、かつこの知識を運用して問題を解決するため
に知識を演算子またはパターン起動型プログラムにコー
ド化して、知識ベースとして記憶している。プロダクシ
ョンルールはこのようなパターン起動型プログラムの１
つであり、１つ１つの知識をそれぞれルールの形で表現
している。このプロダクションルールの基本形は次の形
式で表現される。

ｒｉｆ　　前提部’　　ｔｈｅｎ　　結論部」この［ｉ
ｆ　　ｔｈ（３ｎＪの形式は、エキスパートシステムに
おいて問題に対する結論を得る手法として所謂三段論法
である直観的な方法による推論を行い、例えばＡという
事実と、Ａ−Ｂ　（ＡならＧｆＢ）という合意の関係か
らＢが成立するということを導き出すものである。具体
的には、ある分野の詳細な知ＩＡを多数集積するととも
に、ＡならばＢであるという形の条件付きの知識または
推論を多数設け、これらの知識に対して三段論法を用い
て、結論を引き出そうとするものである。

また、このようなプロダクションルールにおいて、Ａな
らばＢであるという事実が必ずしも１００％真実である
かどうか、すなわちある因果関係が真に成立するかどう
かは完全に確かではないため、それぞれの事象およびプ
ロダクションルールに対して［確実度（ＣＦ　：　ｃｅ
ｒｔｅｉｎｔｙ　　ｆａｃｔｏｒ）　Ｊを与えて次のよ
うに表現している。

「ｉｆ　　前提部　ｔｈｅｎ　　結論部　１”　　ｗｉ
ｔｈ　　ＣＦｒ　　ＣＪすなわち、ある前提部に対して結論部Ｆは確実開鎖Ｃの
確実度ＣＦで成立することを示しているものである。

更に、［ｉｌ　　ｔｌｌｃｎＪのプロダクションルール
で扱われる事象には値が連続的に変化する数値変数、例
えば温度等も当然台まれる。このにうな連続的に変化す
る数値変数をプロダクションルールで扱うには、この数
値変数Ｘがある範囲に入っているか否か（真または１か
、あるいは偽またはＯか）という複数の関係波ｎ、すな
わらＸ＞ａ　、　Ｘ＜ｂ　。

ａ＜Ｘ＜ｂ等の２値事象に変換した複数の区間に分割し
た複数の（７）係演偉に変換している。

（発明が解決しようとする問題点）上述したように、連続的に変化する数値変数をプロダク
ションルールで扱う場合、複数のルールとして扱われ、
ルールの数が多くなってしまうため、因果関係に取り入
れることが難しく、知識ベースの推論結果の実用価値を
低下しているという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とす
るところは、連続量の数値変数に対してその統計量に基
づく確実度を使用することにより数値変数を少ない数の
プロダクションルールで適確に表現して実用性を高めた
知識ベースシステムを提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明の知識ベースシステム
は、前提部に対する結論部が確実度を有し不確実性を扱
うことができるプロダクションルールにおいて連続量の
数値変数を扱う知識ベースシステムであって、第１図に
示すように、前記数値変数の統削聞において対象とする
部分の数値変数が発生する確率を算出する確実度算出手
段１と、前記確率に対応する確実度を算出する確実度算
出手段３と、この算出した確実度および前記対象部分の
数値変数の関係式により連続量の数値変数のプロダクシ
ョンルールを設定するルール設定手段５とを有すること
を要旨とする。

（作用）本発明の知識ベースシステムでは、数値変数の統計量に
おいて対象とする部分の数値変数が発生ずる確率を惇出
し、この確率に対応する確実度を算出し、この確実度お
よび前記対象部分の数値変数の関係式により連続量の数
値変数のプロダクションルールを設定している。

（実施例）以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。

第２図は本発明の一実施例に係る知識ベースシステムが
適用されて異常診断されるプラン１〜の構成図である。

同図のプラントにおいては、第１の触媒源１１からポン
プ１３を介して送り出される触媒と第２の触媒源１２か
ら流れ出てくる触媒とが合わされて反応器１５に供給さ
れることにより該反応器１５に連続的に供給される原料
が製品に変換されて反応器１５から順次送り出されるよ
うになっている。

同図において、前記ポンプ１３が正常であるという事象
をＦｌで表す。また、第２の触媒ＩＩＰｉ１２の純度Ｘ
は正常時には８０％にあるのであるが、この純度Ｘが７
５〜７７％の第１の範囲にある事象をＦ２１で表し、純
度Ｘが７７〜７９％の第２の範囲にある事象をＦ２２で
表し、純度Ｘが７９〜８１％の第３の範囲にある事象を
Ｆ２３で表し、純度Ｘが８１〜８３％の第４の範囲にあ
る事象をＦ２４で表し、純度Ｘが８３〜８５％の第５の
範囲にある事象を「２５で表ず。更に、反応器１５から
の製品が正常である事象をＦ３で表す。そして、反応炉
１３が正常であって（事象Ｆ１　）　、第２の触媒源１
２の純度Ｘが第１．２．３．４．５の範囲にそれぞれあ
る（事象Ｆ１，２．３．４゜５）場合において製品が正
常である（事象Ｆ３）ことの確実型をそれぞれＣ１，２
，３，４，５とすると、第２の触媒源１２の純度Ｘであ
る数値変数Ｘの各範囲毎にプロダクションルールが設定
され、次に示す５つのプロダクションルールが作成され
る。

’＋ｆ　　Ｆｌ　　ａｎｄ　　Ｆ２１　　ｔｈｅｎ　　
Ｆ３　　ｗｉｔｈ　　ＣＦ　　ｏｆ　　Ｃ１１ｆ　　Ｆｌ　　ａｎｄ　　Ｆ２２　　ｔｈｅｎ　　Ｆ
３　　ｗｉｔｈ　　ＣＦ　　ｏｆ　　Ｃ２Ｖ　　Ｆｌ　　　ａｎｄ　　　Ｆ２３　　ｔｈｅｎ　　
Ｆ３　　ｗｉｔｈ　　ＣＦ　　　Ｏｆ　　Ｃ３ＨＦｌ　　　ａｎｄ　　　Ｆ２４　　ｔｈｅｎ　　Ｆ３
　　ｗｉｔｈ　　ＣＦ　　　ｏｆ　　Ｃ４１ｆ　　Ｆｌ　　　ａｎｄ　　　Ｆ２５　　　ｔｈｅｎ
　　Ｆ３　　Ｗｉｔｌｌ　　Ｃｆ：　　　ｏｒ　　Ｃ５ここにおいて、事象Ｆ２１〜Ｆ２５は上述したように次
のとおりである。

Ｆ２１ニア５％＜Ｘ＜７７％Ｆ２２　：　７７％＜Ｘ＜７９％Ｆ２３　：　７９％＜Ｘ＜８１％Ｆ２４：８１％＜Ｘ＜８３％Ｆ２５　：８３％＜Ｘ＜８５％以上のように５つのプロダクションルールで表現される
代りに、本実施例では、第２の触媒源１２の純度Ｘを連
続的に変化する統計量の数値変数Ｘとして捉え、この統
計量である変数Ｘの平均値μおよび標準偏差σを算出す
る。

第３図はこの変数Ｘを正規分布として表した図である。

従って、この正規分布は前述したように算出した平均値
μおよび標準偏差σを有する。

また、前述したように、第２の触媒ＷＡ１２の純度Ｘは
８０％が正常時であるので、第３図の正規分布において
変数Ｘ＝８０±２％に相当する範囲に図示のように斜線
を施し、純度Ｘである変数Ｘがこの範囲（８０±２％）
に入る確率ｐを算出する。

ところで、確実型は−１から＋１の値（−１〜＋１）で
あり、確率は０から１の値（０〜１）である。そして、
絶対的否定は確実型では「−１」、確率ではｒＯＪであ
り、また［何ともいえない］という状態は確実型では「
０」、確率では「０゜５」であり、更に絶対的肯定は確
実瓜および確率ともに「１」であるので、前記確率ρに
対応するゲ「大関Ｃ′は次式のように表すことができる
。

ｃ＝＝２ｐ−１すなわち、この確実型Ｃ−は変数Ｘが８０±２％の範囲
に入る確実型である。ここで、この確実型Ｃ′にルール
の確実型Ｃｒを掛けると、第２の触媒源１２の純度×が
８０±２％である場合に反応器１５から製品が正常に送
り出される確実型Ｃが次式のように等比される。

Ｃ−Ｃ′ｘＣｒずなわち、この確実型Ｃを使用することにより第２の触
媒源１２の純度Ｘが８０±２％の範囲に入るという事象
をＦ２とすると、前述したようにポンプ１３が正常であ
って（事象Ｆ１）、第２の触媒源１２の純度Ｘが８０±
２％の範囲にある場合（事象Ｆ２）において、製品が正
常に送り出される（事象Ｆ３）という確実型Ｃからプロ
ダクションルールを次のように設定することができるの
である。

ｉｆ　　Ｆｌ　　ａｎｄ　　Ｆ２　　ｔｈｅｎ　　Ｆ３
　　ｗｉｔｈ　　Ｃ１”　　ｏｆ　　Ｑすなわち、第２図に示すプラントの異常診断においては
、前述したように５つのプロダクションルールが従来必
要であったが、上述したように純度Ｘである変数Ｘを統
計量として扱い、この統計量に対して純度Ｘが正常であ
る８０％近辺についての範囲（８０±２％）を設定し、
この純度Ｘがこの範囲に入る確率を算出し、この確率か
ら確大関を算出することにより１つのルールのみで同様
の事象を表現することができるのである。　第４図は本
発明の他の実施例に係る知識ベースシステムが適用され
る反応炉系故障診断装置の構成図である。この装置は、
第１および第２の熱交換器１１０．１２０と、これらの
熱交換器を介して供給される加熱スチームによって加熱
される反応炉１３０と、各部からの測定値が供給され、
これらの測定値に基づいて反応系の故障診断を行う反応
系故障診断部１４０とを有する。前記第１の熱交換器１
１０は供給路１１１から供給される２００℃（Ｔｓ　）
の加熱スチームによって供給路１１２から供給される４
０℃（Ｔｃｏ）の共通加熱水を９０℃（ＴＸ　）に変換
して、第２の熱変換器１２０に供給している。第２の熱
交換器１２０はこの第１の熱交換器１１０から供給され
る９０℃（ＴＸ）の共通加熱水によって供給路１２１か
ら供給される２０℃（Ｔｃ）の反応用加熱水を７０℃（
Ｔｙ　）に変換して反応か１３０の加熱用包囲部１３１
に供給している。

反応炉１３０は、上述したように加熱用包囲部１３１に
供給される７０℃（Ｔｙ　）の反応用加熱水によって加
熱され、この加熱された反応炉１３０内に原料および触
媒が供給され、これがファン１３２で攪拌されて、ある
製品を製３１　スるようになっている。そして、この装
置が正常に動作して製品を製造しているときには、第２
の熱交換器１２０から供給される７０℃（ＴＶ　）の反
応用加熱水により加熱用包囲部１３１を介して反応炉１
３０の周囲温度Ｔｒは９０℃（Ｔｒ　）の温度まで上昇
するようになっている。また、図において括弧内で示す
各部の温度は装置が正常に作動している時の数値である
。

そして、供給路１１１から供給される加熱スチーム温度
Ｔｓおよび流ｆｆ１Ｆｓ　、供給路１１２から供給され
る共通加熱水の温度ＴＣＯおよび流量１”　ｃｏ、供給
路１２１から供給される反応用加熱水の温度Ｔｅ３第２
の熱交換器１２０から加熱用包囲部１３１に供給される
反応用加熱水の温度Ｔｙおよび加熱用包囲部１３１の温
度Ｔｒは反応系故障診断部１４０に供給され、ここにお
いて故障が発生した場合、その故障の原因や現象を解析
するとともに、その確信度を出力するようになっている
。

このような故障診断を行うために反応系故障診断部１４
０は次に示すようなプロダクションルールを有する知識
ベースシステムを備えたエキスパー１−システムを構成
している。

ルール（１）ｉｆ　　Ｔｒ＜８０　　ｔｈｅｎ　　触媒活性低下ｃｏ
、９．］ｏｒＴｒ＜５０（Δ＝１０）ルール（２）ト１　　　（Ｔｓ　　　−Ｔｃｏ）　　　＞Ｔｃ　　　
］ｔｈｅｎ第２の熱交換器スチール付着［０，８］ルー
ル（１）は、前提条件として加熱用包囲部１３１の温度
■ｒが８０℃未満に低下すると、触媒の活性が低下する
か、または第２の熱交換器１２から加熱用包囲部１３１
に供給される反応用加熱水の温度Ｔｙが５０未満に低下
する（Ｔｙ＜５０）ということが発生するというもので
ある。この場合、触媒活性低下は確信度０．９で発生し
、また加熱用包囲部１３１に供給される反応用加熱水の
温度Ｔｙが５０℃未満に低下するのは１０℃の精度を有
するものとなっている。

また、ルール（２）は、前提条件としてａｎｄで結合さ
れた温度に関する両条件が成立すると、第２の熱交換器
でスチールが付着するということが発生するというもの
である。この場合、第２の熱交換器でスチールが付着す
ることは確信１η０．８で発生するというものである。

以上のように構成される実施例のプロダクションルール
では、温度のように値が変化する数値変数を対象とし、
この数値変数による事象の取り扱い範囲を示す関係式で
処理しているが、このような数値変数による表現を本発
明においては統δ１…として処理して、確大関Ｃを算出
するものである。

具体的にはルール（１）において、加熱用包囲部１３１
の温度Ｔｒの平均値μが７５℃で、標準偏差σが１０℃
であった時、第５図に示すような正規分布となる。これ
を式で表すと次のようになこの式から温度−「ｒが８０
°Ｃ以下の確率ｐは次この確率ｐは前述した確実底Ｃと
の関係式Ｃ＝２ｐ−１から該確率ｐに対する確実底Ｃは
次式のようになる。

Ｃ（Ｔｒ　＜８０）＝２ｐ　　（Ｔｒ　＜８０）−１＝
２Ｘ０．８５−１＝０．７すなわち、前述したと同様に１．平均値μおよび標準偏
差σを有する統計量における確率から確実底を算出し、
この確実底のルールを設定することができるのである。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、数値変数の統１
ｉ１１ＰＩにおいて対象とする部分の数値変数が発生す
る確率を算出し、この確率に対応する確実底を算出し、
この確実底および前記対像部分の数値変数の関係式によ
り連続量の数値変数のプロダクションルールを設定して
いるので、少ない数のプロダクションルールで因果関係
を適確に表現でき、知識ベースシステムの実用性が向上
されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は本発明の一
実施例に係る知識ベースシステムが適用されるプラント
の構成図、第３図は本実施例における変数Ｘの正規分布
を示す図、第４図は本発明の他の実施例を示す構成図、
第５図は第４図の実施例における正規分布を示ず図であ
る。１・・・確実度算出手段　３・・・確実度算出手段５・
・・ルール設定手段。

Claims

【特許請求の範囲】

前提部に対する結論部が確実度を有し不確実性を扱うこ
とができるプロダクションルールにおいて連続量の数値
変数を扱う知識ベースシステムであって、前記数値変数
の統計量において対象とする部分の数値変数が発生する
確率を算出する確率算出手段と、前記確率に対応する確
実度を算出する確実度算出手段と、この算出した確実度
および前記対象部分の数値変数の関係式により連続量の
数値変数のプロダクションルールを設定するルール設定
手段とを有することを特徴とする知識ベースシステム。