JPS6354635A - 推論システム - 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、知識工学に基づく知識ベースと推論Ｊｉ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ＩＷする知識をプロダクシ
ョンルール、フレームその他の表現形式に従ってコンピ
ュ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
システムにあっては、知識ベースの利川に関する知識処
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
があった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、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を目的とする。

そのため、本発明の推論システムは、対象に関する知識
を格納するｌまたは２以上の知識ユニットと、前記知識
の利用に関する知識を格納する知識利用ユニットと、前
記知識ユニットおよび知識利用ユニットの内容を実行す
る推論機構とを備え、知識利用ユニットの少なくとも一
部には知識ユニットの内容を実行する条件が記述され、
前記推論機構は知識利用ユニットに記述された内容に従
って知識ユニットの内容を実行するように構成したもの
である。

［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
ットＰと、知識の利用に関する知識を格納する複数の知
識利用ユニッ）ＰＳとから成る。各知識ユニット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
識利用ユニットＰＳには、各知識ユニット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９例を挙げると、知識利用ユニッ）
ＰＳには、各知識ユニット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で他のＰＳの内容を実行後
更に知識ユニッ）Ｐの内容を実行すること等がルールと
共に記述される。従って、知識利用ユニッ）ＰＳの１つ
に１例えば専門家ａの推論や判断の手＋１ｆｆｉを組み
入れておけば、その手順に従って推論システムにおける
推論や判断が行なわれる。

上記の知識ユニットＰおよび知識利用ユニットＰＳは共
に、第２図に示すように、仕様部ｌと知識記述部２とに
分かれた形式となっている。第２図において、知識ユニ
ットＰ又は知識利用ユニッ）ＰＳの仕様部ｌは、各ユニ
ットの名称、ルール制御方式（メタルール）の選択、ル
ール記述言語（ＬＩＳＰ等）の選択等が格納され若しく
は書き込まれる部分であり、知識記述部２は、原因仮説
Ｇ１　、Ｇ２．−−−−１質問事項Ｑｔ　、　Ｇ２　、
−−−−、ルールＲＬ　、　Ｒ２、−一−−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、上記仕様部ｌの定義によって決まる。

従って、上記Ｇ、Ｑ、Ｈ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「原因は一一一一のためと考えられます、対策
は一一一一です。」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ｉｎ項とは１例えば「
温度が高いですか」のように１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
１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ョンルールに従い、
条件Ｑ１及びＧ２が成立すればＧ１及びＧ２を結論とし
、或は条件がＱｉならば知識ユニットＰ。

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
だけであってもよい。

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

第３図に示された知識ユニットＰの例において、ＩＦ部
のＡ、Ｂ、Ｃ，−−−一、Ｇはそれぞれ第２図に示され
た質問事項ＱＬ　、　Ｇ２、−ｍ−の内容を表わし、Ｔ
ＨＥＮ部のｃｉ　、　Ｇ２、−−−−２Ｇ７はそれぞれ
第２図に示された原因仮説の内容を表わす。

この例の知識ユニッ）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ットＰＳの例では
、ＩＦ部のＦｌ　、Ｆ２、−−−−、Ｆ９はそれぞれ第
２図に示された質問事項Ｑ１．Ｑ２、−一の内容を表わ
し、ＴＨＥＮ部のＸ　（ｆｔ　）は、例えばＩＦ部のＦ
ｌ　？に対しＹｅｓであればその結論ｆ１として次の知
識ユニッ）Ｐｔの内容を実行すること（この場合Ｘ＝Ｐ
Ｌ）、或はＦ２　？に対しＹｅｓであればその結論ｆ２
はＧ２で且つ次の知識利用二二ッ）ＰＳ２に行くこと（
この場合Ｘ＝ＰＳ２）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、上述の知識ユニット群（以下、プレー
ト部という）と知識利用ユニット群（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
フェース）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
知識ベース編集作業を行なうことができる。また、推論
データベース１５には、入出力インターフェースＩ１０
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
順を示すフローチャートである。

第６図はＰＳ／Ｐの実行、すなわち知識利用ユニッ）Ｐ
Ｓの記述に従って知識ユニット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ット（以下、ＴａｐＰ
Ｓ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ＴｏｐＰＳ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１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。その結果が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、それによって呼び出された
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＋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ＴｏｐＰＳか否か）を判断し、呼び出され
たものである（ＴｏｐＰＳ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ＴｏｐＰＳである）場合、或は動作終了の指令
があった場合は、第６図の動作を終了する。

以上１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の各知識利用ユニットＰ
Ｓ１　、ＰＳ２、−−−　、ＰＳ、に複数の専門家ａ　
、　ｂ　、−−一−，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
やマニュ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・ストラテジ一部Ｐ
Ｓ’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
トラテジ一部ＰＳ’ｓの各知識利用ユニットの内容は推
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ャートであり、各専門家のＰ
Ｓ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・ストラテジ一部
の最後の知識利用ユニッ）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Ｔ
ｏｐＰＳとして第６図の動作を実行する。

第１２図は、知識ベース１１の各知識利用ユニットＰＳ
、、ＰＳ２、−−−　、ＰＳ、に互いに異なる実行周期
Ｔｌ　　（例えば１秒）、Ｔ２（例えば１分）　、　−
−−−、Ｔｉ　　（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ャートである。

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、のＰＳをＴｏｐＰＳ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の各知識利用ユニー
２トＰＳｔ　、ＰＳ２、−−−　、ＰＳＨ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ｆ１３１、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Ｃ
ＲＴディスプレイとを備えた操作表示部３０に接続され
るユーザ・インターフェース１６を含み、機器又は設備
３１或はこ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４１は。

機器又は設備３１に対し制御信号を送る制御モジュール
と、機器又は設備３１からの信号により状態を検出する
センサモジュールとから成り、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１１に、第１５図の機器
又は設ｉ３１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ｌＯ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ｌＯに
送られる信号としては、第１６図の操作表示部３０を示
すブロッ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をメニュー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
表わすメニュー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ｆｉＮｏ
、ｌ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ってメ
ニューＰＳを呼び出し、操作表示部３０のディスプレイ
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、ユーザがより詳し
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。

識ユニット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
ュー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ッ）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
ットの仕様部１には、他のユニットと識別される名称と
して「ブロアの故障ＰＳ　Ｎｏ、ｌＩＪ　、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Ｙ
ｅｓ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ット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、この知識ユニットの仕様部１には、他のユニッ
トと識別される名称として「ブロア故障原因追求Ｐ　Ｎ
ｏ、２０Ｊ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
り電波値が高い？」に対し、Ｎｏであれば結論として「
正常ですＪ　、Ｙｅｓであれば次の質問７ｉ（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っている。

以上、本発明について例を挙げて説り１したが、く、特
に知識利用ユニット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
拳建築等の設計、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、本発明の推論システムは、知識ベースを
知識ユニットと知識利用ユニットに分けて構成し、知識
利用ユニットで指定された知識ユニットの内容を実行す
るようにしたものであるから、同一の知識ユニットを使
いながら、それとは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り、従来の推論システム
と比較してシステムとしての自由度が極めて高く、その
結果として汎用性が大きく向上するという効果が得られ
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、 ニットの内容を示す図、 第３図は知識ユニットの記述例を示す図、第４図は知識
利用ユニッ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ャ
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ャー
ト、 第８図は知識利用ユニット部に複数の専閂家のアルゴリ
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ャート、 第１０図は第８図の推論システムにおいて最後の知識利
用ユニッ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１図の推論機構の動作を示すフローチャー
ト、 第１２図は知識利用ユニー／　）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ャ
ート。 第１４図は知識利用ユニッ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ットの一例を示
す図、 第１８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ットの一例を示す
図である。 Ｐ−一一一知識ユニット、 ｐ　ｓ　−−−一知識利用ユニット、 １−−−一仕様部、 ２−−−一知識記述部、 １０−−−一推論システム、 １１−−−一知識ベース、 １３−−−一推論機構、 １４−−−一推論用作業メモリ、 １５−−−一推論データベース。 １６−−−−ユーザ・インターフェース。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象に関する知識を格納する１または２以上の知
   識ユニットと、前記知識の利用に関する知識を格納する
   知識利用ユニットと、前記知識ユニットおよび前記知識
   利用ユニットの内容を実行する推論機構とを備え、前記
   知識利用ユニットの少なくとも一部には前記知識ユニッ
   トの内容を実行するための条件が記述され、前記推論機
   構は前記知識利用ユニットに記述された内容に従って前
   記知識ユニッ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。
2. （２）前記知識ユニットおよび知識利用ユニットはそれ
   ぞれ、少なくとも各ユニットを識別するための情報と知
   識を表現するためのルールとを記述した仕様部と、その
   ルールに従って知識を記述した知識記述部とから成るこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の推論システ
   ム。