JPH06161760A - システム診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】専門家によって行われていた診断を機械化する
ことによって判定にばらつきがなく、迅速な診断をする
ことにある。 【構成】システム内の状態量を観測する信号入力部１
と、この信号入力部１から送られる情報をベクトル形式
に加工する信号処理部２と、照合のための事例ベクトル
が蓄えられる事例データベース４と、信号処理部２で生
成された入力ベクトルを事例データベース４にその事例
ベクトルと照合したり、新たな事例ベクトルとして登録
する照合・登録部３と、事例データベース内の事例ベク
トルを用いて仮説としての変形ベクトルを生成する変形
ベクトル生成部６と、この生成された変形ベクトルを信
号処理部２で処理された入力ベクトルと比較してその結
果を判定記述部５に書込む比較部７と、判定記述部５に
書込まれた結果に基づいて照合・登録部３や変形ベクト
ル生成部６を制御する制御部８とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラント制御用の計算
機システムや電子装置等、大規模で複雑なシステムの故
障原因等を診断するシステム診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大規模で複雑なシステムの故障原
因等を診断するシステム診断装置は、システムを構成す
る要素、例えば回路、電動機、配管、構造物等に備えら
れた異常検出センサからの信号に基づいて行われてい
た。これらの信号はシステムの表示装置等に表示される
が、その表示信号から異常がどのような性格のものか、
例えば装置のどこかに重大な故障があり、直ちに運用を
停止すべきか、あるいは軽微な故障でそのまま運用をし
てよいか等は、専ら専門家によって判断される場合が多
かった。

【０００３】しかしながら、近年、一般的に見てこうし
た大規模システムの信頼性に対する要求が厳しくなる傾
向にある。例えば、電力系統のディジタルリレーは、大
規模な電子装置といえるが、電力系統には近年益々高い
信頼性が要求されるようになり、電力系統を保護するリ
レーシステムに対してはその要求はさらに厳しいものと
なる。

【０００４】このリレーシステムは、系統の異常に対し
て遅れることなく反応する能力が要求される反面、電力
系統の稼働率を損なわないように無駄な動作は極力避け
なければならない。また、ディジタルリレーでは電子装
置としての自己の異常を監視する能力も必要である。

【０００５】このように大規模なシステムに対して一層
の信頼性が要求されつつある状況では、熟練度や状況に
よって判断にばらつきの生じる専門家に診断を頼ること
は将来的に見て種々の問題を生じる可能性が高い。ま
た、専門家による診断はどうしても遅くなりがちであ
る。従って、こうした専門家によって行われていたシス
テムの診断に対しても機械化する必要性が高くなってき
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、システムの
診断を行うためには、システム内の状態に関する一群の
データを観測し、これらのデータから故障原因を推定す
る必要がある。従って、専門家による診断を機械化する
ためには、その診断において専門家が上記の一群のデー
タからどのような情報処理を行っているかを知る必要が
ある。そこで、監視者が行っている情報処理を分析した
結果、次のような判断が多くのシステムの診断において
大きな比重を占めることが分かった。

【０００７】運用経験から、システムの状態を示す観測
データと故障原因との対応関係を把握し、ある新しい観
測データが入力されたときにはその対応関係から推し量
って故障原因を推定する。

【０００８】この情報処理は、故障原因推定のためのエ
キスパートシステム等が開発されてすでに公知である
が、これによって正確に故障診断をするためには、観測
データと故障原因との間の因果関係が十分に解明されて
いなくてはならない。現実にはこの因果関係の解明が十
分になされていないシステムも多く、この方法のみで、
実用的なシステム診断装置を構成することはできない。
また、因果関係の解明が十分でない状態では、過去の事
例との照合から故障原因を推定する考え方に基づくのが
現実的である。

【０００９】本発明は上記のような要望を満たすべくな
されたもので、その目的は専門家によって行われていた
診断を機械化することによって判定にばらつきがなく、
迅速な診断をすることができるシステム診断装置を提供
するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、システム内の状態量を観測するセンサ群か
らなる信号入力手段と、この入力手段の前記センサ群か
ら送られる情報をベクトル形式に加工する信号処理部
と、照合のための事例ベクトルが蓄えられる事例データ
ベースと、この信号処理部で生成された入力ベクトルを
前記事例データベース内の事例ベクトルと照合したり、
新たな事例ベクトルとして前記事例データベースに登録
する照合・登録手段と、前記事例データベース内の事例
ベクトルを用いて仮説としての変形ベクトルを生成する
変形ベクトル生成手段と、この変形ベクトル生成手段で
生成された変形ベクトルを前記信号処理手段で処理され
た入力ベクトルと比較してその結果を前記判定記述手段
に書込む比較手段と、前記判定記述手段に書込まれた結
果に基づいて前記照合・登録部や前記変形ベクトル生成
部を制御し、入力ベクトルに一致する事例ベクトル、ま
たは変形ベクトルがあると判定するとその事例を表示出
力する制御手段とを備えたものである。

【００１１】また、上記構成に加えて、制御手段により
入力ベクトルに一致する変形ベクトルがないと判定され
ると前記照合・登録部と専門家との間で入力ベクトルに
最も近い事例ベクトルの不一致要素について、不一致が
許容されるかどうかを質疑応答するためのマン・マシン
・インターフェースを設けたものである。

【００１２】

【作用】このような構成のシステム診断装置にあって
は、信号入力手段よりシステムの状態を示す観測量が信
号処理手段に入力されるとこの観測量から入力ベクトル
を加工し、この入力ベクトルが事例データベースに蓄え
られた過去の事例ベクトルおよび変形ベクトル生成手段
で生成されたその許容変形ベクトルとの類似性を比較手
段によって比較することで評価されるので、知的情報処
理の主要な部分を機械化することが可能となり、その結
果高速で、且つ判定結果にばらつきのない診断能力を発
揮させ得る。

【００１３】また、照合・登録部では、マン・マシン・
インターフェースを通して得られる回答から、入力ベク
トルに最も近い事例ベクトルの不一致要素について、不
一致が許容される場合にはその入力ベクトルを最も近い
事例ベクトルの変形として事例データベースに登録し、
不一致が許容されない場合にはその入力ベクトルを新し
い事例として事例データベースに登録するので、全く新
しい事例およびその付属情報を構築することが可能とな
る。

【００１４】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１５】図１は本発明によるシステム診断装置を電
力系統のディジタルリレーの故障診断に適用した場合の
構成例を示すものである。図１において、１はディジル
リレーのアナログ入力回路、Ａ／Ｄ変換器、演算要素等
に備えられた異常検出回路等からの電気信号を検出する
センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，…からなる信号入力部、２は
この信号入力部１の各センサ１ａ，１ｂ，１ｃ，…から
送られる情報をベクトル形式に加工する信号処理部、３
はこの信号処理部２で生成された入力ベクトルを事例デ
ータベース４に蓄えられた事例ベクトルと照合したり、
新たな事例ベクトルを事例データベース４に登録する照
合・登録部である。

【００１６】また、５は照合・登録部３での照合結果が
記述される判定記述部、６は事例データベース４内の事
例ベクトルを用いて仮説としての変形ベクトルを生成す
る変形ベクトル生成部、７は変形ベクトル生成部６で生
成された変形ベクトルを入力ベクトルと比較する比較部
である。

【００１７】さらに、８は判定記述部５内に記述された
判定結果に応じて照合・登録部３や変形生成部６を制御
する制御部、９は制御部８により制御された照合・登録
部３の照合結果を表示する表示部である。

【００１８】一方、１０は照合・登録部３と専門家との
間で質疑応答を行うためのマン・マシン・インターフェ
ース、１１はマン・マシン・インターフェース１０を介
して専門家が故障原因を推定するのを支援する故障原因
推定支援部である。次に上記のように構成されたシステ
ム診断装置の作用について述べる。

【００１９】いま、信号入力部１の各種のセンサ１ａ，
１ｂ，１ｃ，…によりディジルリレーの異常検出回路等
からの電気信号を受け、その検出信号が信号処理部２に
送られると、この信号処理部２はこれらの信号を適当に
スケーリングしたり、信号の性質に合せて“１”と
“０”とに２値化したりして、次のようなベクトルを生
成する。 ［ａ１， ａ２， ａ３，…］ 信号１，信号２，信号３ …

【００２０】ベクトルの要素ａ１，ａ２，ａ３，…は、
一般には信号の性質に応じて連続的なアナログ量の場合
もあれば、“１”と“０”等に離散化されている場合も
あるが、ここでは全て“１”と“０”とに２値化されて
いる。

【００２１】このように信号処理部２で生成された入力
ベクトルは、照合・登録部３に送られ、過去に収集され
た事例データベース４に蓄えられている事例ベクトルと
照合される。この場合、事例データベース４には、図２
に示すように過去に観測された事例ベクトルの要素のパ
ターン（ここでは要素が２値化されているので、ビット
パタターと呼ぶことにする）とその付属情報として故障
原因等が記憶されている。また、各事例ベクトルに対し
て、その事例と同種とみなせる許容変形ベクトルに関す
る情報も記憶されている。ここで、ある入力ベクトルが
照合・登録部３に読込まれた後の作用を図３乃至図５に
示すフローチャートにより説明する。

【００２２】まず、図３において、照合・登録部３に入
力ベクトルが読込まれると（ステップＳ１）、この照合
・登録部３では入力ベクトルのビットパターンと完全に
一致する事例ベクトルの有無を調べる（ステップＳ
２）。そして、ビットパターンと完全に一致するベクト
ルがあれば、照合・登録部３は判定記述部５にその結果
をメッセージとして記述する（ステップＳ３）。例え
ば、“事例ベクトルＮＯ．６と一致”というようなメッ
セージである。判定記述部５は通常のエキスパートシス
テムのワーキングメモリと同様の記憶装置で実現され
る。

【００２３】また、ビットパターンに一致する入力ベク
トルがない場合には、照合・登録部３は“一致する事例
ベクトルなし”等のメッセージを判定記述部５に記述し
ておき（ステップＳ４）、後で利用するために入力ベク
トルに最も近い事例ベクトルの番号（不一致ビット数の
最小のもの）を求めておく。

【００２４】一方、制御部８は、通常のエキスパートシ
ステムの推論エンジンとルール群に対応するものであ
り、この制御部８により判定記述部５に記述されている
メッセージを読取る（ステップＳ５）。この制御部８で
は判定記述部５から読取ったメッセージが入力ベクトル
と完全に一致する事例ベクトルがあるか否かを判定し
（ステップＳ６）、一致するベクトルがある場合にはそ
の事例ベクトルの番号やその事例の原因等を表示部９に
表示する（ステップＳ７）。また、入力ベクトルと完全
に一致する事例ベクトルがない場合には変形ベクトル生
成部９を起動する（ステップＳ８）。

【００２５】図４において、変形ベクトル生成部６は許
容変形ベクトルの情報を参照し、入力ベクトルに最も近
い事例ベクトルについて許容変形が登録されているか調
べ、登録されている場合にはその許容変形ベクトルの情
報から、許容変形ヘクトルを生成する（ステップＳ
９）。

【００２６】この場合、許容変更ベクトルの生成は、本
実施例では図６に示すように反転可能ビットに着目した
方法で行っている。また、ある入力ベクトルは前述した
ようにセンサ等からの信号を２値化した“１”，“０”
の要素からなっているが、その“１”，“０”の信号は
すべてのビットについて同じ程度の重要度であるわけで
はなく、ある故障状態についてはある特定のビットが殆
ど意味をなさない場合もある。

【００２７】このような変形に関する知識は、事例ベク
トル毎に異なり、対象とするシステムの運用者の経験に
従って、予めある事例ベクトルについてはどのような変
形が許容されるのか図２に示す許容変形情報として登録
されている必要がある。この場合には、許容変形情報と
して反転可能ビットのビット番号を保存しておけばよ
い。図６の例では、反転可能ビットは（３，５，７）で
ある。一つの事例について幾つかの反転可能ビットの組
み合わせがあり、例えば図２の事例１については５通り
の変形が登録されている。

【００２８】図６に示されるように、ある事例ベクトル
Ａが入力ベクトルに一致しないが、近いと判定される
と、変形ベクトル生成部６は図２の許容変形情報、すな
わち反転可能ビットから事例ベクトルＡの許容変形ベク
トルＡ´を生成する。この許容変形ベクトルＡ´は事例
ベクルＡと細部は異なるが同種とみなされるもので、こ
の変形ベクトルＡ´は比較部７に送られて入力ベクトル
と比較される（ステップＳ１０）。この比較部７では、
もし入力ベクトルが許容変形ベクトルＡ´と一致すれ
ば、入力ベクトルに対応する故障状態を事例ベクトルＡ
に対応する故障状態に近いものと判定し、その結果を判
定記述部５にメッセージとして書込む（ステップＳ１
１）。

【００２９】一方、制御部８はこの判定記述部５のメッ
セージを読取り（ステップＳ１２）、入力ベクトルと一
致する許容変形ベクトルがあるか否かを判定し（ステッ
プＳ１３）、該当する許容変形ベクトルがあれば、変形
ベクトル生成部８を停止して（ステップＳ１４）、その
事例を表示部９に表示する（ステップＳ１５）。また、
該当する許容変形ベクトルがなければ、許容される変形
ベクトルがさらにあるか否かを判定し、許容される変形
ベクトルがあればステップＳ９に戻り、なければ照合・
登録部３を起動して、この入力レベルの登録動作をさせ
る（ステップＳ１７）。

【００３０】この照合・登録部３は、図５において、入
力レベルをこれに最も近い事例ベクトルの許容変形ベク
トルの一つとしてか、あるいは全く新しい事例ベクトル
として登録する。まず、前者の登録ができるかどうかを
調べるために入力ベクトルとそれに最も近い事例ベクト
ルのビットの内、不一致のビット毎にその不一致が許容
できるかどうかを調べる。この判定にはルールベースシ
ステム等を使うこともできるが、この実施例ではマン・
マシン・インターフェース部１０を介して専門家に対し
て質問するようにしている（ステップＳ１８）。すべて
の不一致ビットが許容できるるかどうかを判定し（ステ
ップＳ１９）、許容できれば入力レベルはそれに最も近
い事例ベクトルの一変形ベクトルとして登録することが
できる（ステップＳ２０）。また、すべての不一致ビッ
トが許容できない場合には、全く新しい事例ベクトルと
して登録される（ステップＳ２１）。

【００３１】入力ベクトルが全く新しい事例ベクトルと
して登録されると、過去の事例ベクトルとの類似性によ
って故障原因等を類推することはできないので、新たに
故障原因を推定し、これを図２に示すような付属情報と
して記録する必要がある。この故障原因の推定は、マン
・マシン・インターフェース１０を通して専門家に質問
することによって行う（ステップＳ２２）。この時故障
原因推定支援部１１も用いられる。これは、例えば入力
レベルがどのようなビットパターンの時にはどのような
故障になるかを推定するための経験的ルールを内蔵する
エキスパートシステムによって実現される。実際には、
このシステムは現状の技術で十分に満足しうるものは存
在しない。もしもこのようなシステムとして完全なもの
ができれば、今まで述べた過去の事例ベクトルとの照合
に基づく判定機能は不要になる。この故障原因推定支援
部１１は、現在の技術の範囲では専門家の参考になる情
報を提供するにと止まっている。このようにして故障原
因等が得られると、これを付属情報として登録する（ス
テップＳ２３）。

【００３２】なお、上記実施例では電力系統のディジタ
ルリレーの故障診断を対象としたが、他の適用対象とし
ても観測データのみが異なるだけであり、前述同様に適
用実施することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、シス
テムの状態を示す観測量からなる入力ベクトルを過去の
事例ベクトルおよびその許容変形ベクトルとの類似性に
よって評価するものであり、専門家がシステム診断にお
いて行っている知的情報処理の主要な部分を機械化した
ので、高速で、且つ判定結果にばらつきのない診断の能
力を有するシステム診断装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるシステム診断装置の一実施例を示
すブロック回路図。

【図２】同実施例の事例データベースにおける事例ベク
トルの記憶形式を説明するための図。

【図３】同実施例の作用を説明するためのフローチャー
トを示す図。

【図４】図３に続くフローチャートを示す図。

【図５】図４に続くフローチャートを示す図。

【図６】同実施例において、許容変形ベクトルの生成方
法を説明するための図。

【符号の説明】

１…信号入力部、２…信号処理部、３…照合・登録部、
４…事例データベース、５…判定記述部、６…変形ベク
トル生成部、７…比較部、８…制御部、９…表示部、１
０…マン・マシン・インターフェース、１１…故障原因
推定支援部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 システム内の状態量を観測するセンサ群
   からなる信号入力手段と、この入力手段の前記センサ群
   から送られる情報をベクトル形式に加工する信号処理部
   と、照合のための事例ベクトルが蓄えられる事例データ
   ベースと、この信号処理部で生成された入力ベクトルを
   前記事例データベース内の事例ベクトルと照合したり、
   新たな事例ベクトルとして前記事例データベースに登録
   する照合・登録手段と、前記事例データベース内の事例
   ベクトルを用いて仮説としての変形ベクトルを生成する
   変形ベクトル生成手段と、この変形ベクトル生成手段で
   生成された変形ベクトルを前記信号処理手段で処理され
   た入力ベクトルと比較してその結果を前記判定記述手段
   に書込む比較手段と、前記判定記述手段に書込まれた記
   述内容に基づいて前記照合・登録部や前記変形ベクトル
   生成部を制御し、入力ベクトルに一致する事例ベクト
   ル、または変形ベクトルがあると判定するとその事例を
   表示出力する制御手段とを備えたことを特徴とするシス
   テム診断装置。
2. 【請求項２】 システム内の状態量を観測するセンサ群
   からなる信号入力手段と、この入力手段の前記センサ群
   から送られる情報をベクトル形式に加工する信号処理部
   と、照合のための事例ベクトルが蓄えられる事例データ
   ベースと、この信号処理部で生成された入力ベクトルを
   前記事例データベース内の事例ベクトルと照合したり、
   新たな事例ベクトルとして前記事例データベースに登録
   する照合・登録手段と、前記事例データベース内の事例
   ベクトルを用いて仮説としての変形ベクトルを生成する
   変形ベクトル生成手段と、この変形ベクトル生成手段で
   生成された変形ベクトルを前記信号処理手段で処理され
   た入力ベクトルと比較してその結果を前記判定記述手段
   に書込む比較手段と、前記判定記述手段に書込まれた記
   述内容に基づいて前記照合・登録部や前記変形ベクトル
   生成部を制御し、入力ベクトルに一致する事例ベクト
   ル、または変形ベクトルがあると判定するとその事例を
   表示出力する制御手段と、この制御手段により入力ベク
   トルに一致する変形ベクトルがないと判定されると前記
   照合・登録部と専門家との間で入力ベクトルに最も近い
   事例ベクトルの不一致要素について、不一致が許容され
   るかどうかを質疑応答するためのマン・マシン・インタ
   ーフェースとを備えたことを特徴とするシステム診断装
   置。
3. 【請求項３】 照合・登録部は、マン・マシン・インタ
   ーフェースを通して得られる回答から、入力ベクトルに
   最も近い事例ベクトルの不一致要素について、不一致が
   許容される場合にはその入力ベクトルを最も近い事例ベ
   クトルの変形として事例データベースに登録し、不一致
   が許容されない場合にはその入力ベクトルを新しい事例
   として事例データベースに登録するようにした請求項１
   に記載のシステム診断装置。