(57)【要約】それぞれが文脈独立コンポーネントモデルによって表わされるハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントを含む複合工業システムのモデルベースの故障解析を実行するために、インタフェースターミナルと、偏差に関する制約として述べられるそれぞれのコンポーネントの正常なモードと、故障モードとを含む１組のコンポーネント挙動モードとが使用される。本方法は、コンポーネントライブラリから調査対象工業システムの前記コンポーネントのコンポーネントモデルをロードして、前記調査対象工業システムの構造に応じて前記ロードされたコンポーネントモデルの前記インタフェースターミナルを接続することによって前記調査対象工業システムのシステムモデルＳＭを作成し、前記調査対象工業システムの異なる動作シナリオＯＳに対して定性的ＦＭＥＡ結果を作成するために、推論エンジンに対して制約ベースの予測アルゴリズムを実行することを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが文脈独立コンポーネントモデルＣＭによって表わされるハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネント（６）を含む複合工業システム（７）のモデルベースの故障解析を実行するための方法であって、
前記コンポーネントモデルＣＭは、インタフェースターミナルと、１組のコンポーネント挙動モードＢＭとを含み、
前記コンポーネント挙動モードＢＭは、偏差に関する制約として述べられるそれぞれのコンポーネント（６）の正常なモードＮＭと、故障モードＦＭとを含み、
（ａ）コンポーネントライブラリＣＬから調査対象工業システム（７）の前記コンポーネント（６）のコンポーネントモデルＣＭをロードして、前記調査対象工業システム（７）の構造に応じて前記ロードされたコンポーネントモデルＣＭの前記インタフェースターミナルを接続することによって前記調査対象工業システム（７）のシステムモデルＳＭを作成し（Ｓ１）、
（ｂ）前記調査対象工業システム（７）の異なる動作シナリオＯＳに対して定性的ＦＭＥＡ結果を作成するために、推論エンジン（３）に対して制約ベースの予測アルゴリズムを実行する（Ｓ２）
工程を含む方法。
【請求項２】
故障伝播が、調査対象工業システム（７）の機能の不備をとらえたローカルまたはシステムレベルの影響をもたらすかを決定するために、前記制約ベースの予測アルゴリズムは、各コンポーネント（６）の事前に定義された動作シナリオＯＳと故障モードＦＭのデカルト積をイテレートすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コンポーネント（６）のコンポーネントモデルＣＭの前記インタフェースターミナルは、前記調査対象工業システム（７）の他のコンポーネント（６）と交換したインタフェース変数を含む前記他のコンポーネント（６）へのチャンネルによって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
コンポーネント（６）の前記コンポーネントモデルＣＭは前記コンポーネント（６）の状態を表わす状態変数を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
コンポーネント（６）の前記コンポーネントモデルＣＭは、前記コンポーネント（６）の物理的挙動をとらえるベースモデルＢＭを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記コンポーネントモデルＣＭは、変数の基準値からの前記変数の実際の値の偏差をとらえる偏差モデルＤＭを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記コンポーネントモデルＣＭは、前記調査対象工業システム（７）の機能に対する前記コンポーネント（６）のコンポーネント障害の影響を表わすローカル影響を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載する方法。
【請求項８】
前記作成されたＦＭＥＡ結果は、前記調査対象工業システム（７）の前記機能に対する故障の故障影響を予測するために使用されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載する方法。
【請求項９】
前記システムモデルＳＭは、前記調査対象工業システム（７）の所定のトポロジに応じて、モデルエディタによって、ロードされたコンポーネントモデルＣＭの前記インタフェースターミナルを接続することによって作成されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記制約ベースの予測アルゴリズムは、前記調査対象工業システム（７）の設計、保守、および／または修復中はオフライン、および前記調査対象工業システム（７）の動作中はオンライン、の少なくとも一方で前記推論エンジン（３）に対して実行されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記調査対象工業システム（７）の少なくとも１つのコンポーネント障害は前記作成されたＦＭＥＡ結果に応じて考慮されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
それぞれが文脈独立コンポーネントモデルＣＭによって表わされるハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネント（６）を含む複合工業システム（７）のモデルベースの故障解析のための装置で、コンポーネントモデルＣＭはインタフェースターミナルと、１組のコンポーネント挙動モードＢＭとを含み、コンポーネント挙動モードＢＭは、偏差に関する制約として述べられるそれぞれのコンポーネント（６）の正常なモードＮＭと、故障モードＦＭとを含む装置であって、
前記装置（１）は、
（ａ）コンポーネントライブラリＣＬから調査対象工業システム（７）の前記コンポーネント（６）のコンポーネントモデルＣＭをロードして、前記調査対象工業システム（７）の構造に応じて前記ロードされたコンポーネントモデルＣＭの前記インタフェースターミナルを接続することによって前記調査対象工業システム（７）のシステムモデルＳＭを作成するように適応された作成装置（２）と、
（ｂ）前記調査対象工業システム（７）の異なる動作シナリオＯＳに対してＦＭＥＡ結果を作成するために、制約ベースの予測アルゴリズムを実行するように適応された推論エンジン（３）とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記装置は、さらに、コンポーネント（６）のコンポーネントモデルＣＭを含む前記コンポーネントライブラリＣＬを格納するように適応され、前記作成装置（２）によって作成された前記調査対象工業システム（７）の前記システムモデルＳＭを格納するように適応されたデータベース（４）を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は、さらに、前記作成されたＦＭＥＡ結果に応じて、前記調査対象工業システム（７）の少なくとも１つのコンポーネント（６）を制御するように適応されたソフトウェアコンポーネントによって形成された制御部を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
ハードウェアおよびソフトウェアの少なくとも一方のコンポーネント（６）、および請求項１２から１４のいずれかに記載の装置（１）を含む工業システム（７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスタービンシステムなどの複合工業システムのモデルベースの故障解析を実行するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合工業システムは複数のハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントを含み得る。複合工業システムの処理能力は、使用されるコンポーネントの動作条件によって異なる。信頼性評価の際には、安全性または信頼性要件が満たされない場合、危険な状況につながり得るかを評価するために、システムの機能に対するシステムのコンポーネントの故障による故障影響を予測することが重要である。さらに、故障影響の予測は、それぞれのシステムの設計上の修正および／または保守によって故障影響を最小限に抑える、または軽減するための手段の根拠を形成するものである。複合システムはそれぞれ異なる動作要件および処理要件を有することが可能であるため、その特定の設計が異なることが多い。故障モードおよび影響解析、すなわちＦＭＥＡを使用することによって、コンポーネントの仮定される故障をシステム的に解析し、その結果生じるシステム動作に対する影響を識別することができる。
【０００３】
従来、ＦＭＥＡ解析は調査対象工業システムの変形またはバージョン毎およびシステム設計の改訂毎に実行されて繰り返される。この解析は、専門家のグループによって実行されることが多く、多くの時間と労力が必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、根本原因解析などの診断作業のために使用可能な障害影響関連性を自動的に提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本目的は、請求項１の特徴を含む方法により、本発明の第１の態様に従って達成される。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、本発明は、それぞれが文脈独立コンポーネントモデルによって表わされるハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントを含む複合工業システムのモデルベースの故障解析を実行するための方法で、コンポーネントモデルはインタフェースターミナルと、１組のコンポーネント挙動モードとを含み、コンポーネント挙動モードは、偏差に関する制約として述べられるそれぞれのコンポーネントの正常なモードと、故障モードとを含む方法であって、コンポーネントライブラリから調査対象工業システムの前記コンポーネントのコンポーネントモデルをロードして、前記調査対象工業システムの構造に応じて前記ロードされたコンポーネントモデルの前記インタフェースターミナルを接続することによって前記調査対象工業システムのシステムモデルを作成し、前記調査対象工業システムの異なる動作シナリオに対して定性的ＦＭＥＡ結果を作成するために、推論エンジンに対して制約ベースの予測アルゴリズムを実行する工程を含む方法を提供する。
【０００７】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、故障伝播が、調査対象工業システムの機能の不備（violation）をとらえたローカルまたはシステムレベルの影響をもたらすかを決定するために、前記制約ベースの予測アルゴリズムは、各コンポーネントの事前に定義された動作シナリオと故障モードのデカルト積をイテレートする。
【０００８】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、コンポーネントのコンポーネントモデルの前記インタフェースターミナルは、前記調査対象工業システムの他のコンポーネントと交換したインタフェース変数を含む前記他のコンポーネントへのチャンネルによって形成される。
【０００９】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、コンポーネントの前記コンポーネントモデルは前記コンポーネントの状態を表わす状態変数を含む。
【００１０】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、コンポーネントの前記コンポーネントモデルは、前記コンポーネントの物理的挙動をとらえるベースモデルＢＭを含む。
【００１１】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、前記コンポーネントモデルは、変数の基準値からの前記変数の実際の値の偏差をとらえる偏差モデルを含む。
【００１２】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、前記コンポーネントモデルは、前記調査対象工業システムの機能に対する前記コンポーネントのコンポーネント障害の影響を表わすローカル影響を含む。
【００１３】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、前記作成されたＦＭＥＡ結果は、前記調査対象工業システムの前記機能に対する故障の故障影響を予測するために使用される。
【００１４】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、前記システムモデルは、前記調査対象工業システムの所定のトポロジに応じて、モデルエディタによって、ロードされたコンポーネントモデルの前記インタフェースターミナルを接続することによって作成される。
【００１５】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、前記制約ベースの予測アルゴリズムは、前記調査対象工業システムの設計、保守、および／または修復中はオフラインで、および／または前記調査対象工業システムの動作中はオンラインで前記推論エンジンに対して実行される。
【００１６】
本発明の第１の態様による方法の可能な実施形態において、前記調査対象工業システムの少なくとも１つのコンポーネントは前記作成されたＦＭＥＡ結果に応じて制御される。
【００１７】
本発明は、さらなる態様によれば、さらに、請求項１２の特徴を含む複合工業システムのモデルベースの故障解析のための装置を提供する。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、本発明は、それぞれが文脈独立コンポーネントモデルによって表わされるハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントを含む複合工業システムのモデルベースの故障解析のための装置で、コンポーネントモデルはインタフェースターミナルと、１組のコンポーネント挙動モードとを含み、コンポーネント挙動モードは、偏差に関する制約として述べられるそれぞれのコンポーネントの正常なモードと、故障モードとを含む装置であって、前記装置は、コンポーネントライブラリから調査対象工業システムの前記コンポーネントのコンポーネントモデルをロードして、前記調査対象工業システムの構造に応じて前記ロードされたコンポーネントモデルの前記インタフェースターミナルを接続することによって前記調査対象工業システムのシステムモデルを作成するように適応された作成装置と、前記調査対象工業システムの異なる動作シナリオに対してＦＭＥＡ結果を作成するために、推論エンジンに対して制約ベースの予測アルゴリズムを実行するように適応された推論エンジンとを含むことを特徴とする装置を提供する。
【００１９】
本発明の第２の態様による装置の可能な実施形態において、前記装置は、さらに、コンポーネントのコンポーネントモデルを含む前記コンポーネントライブラリを格納するように適応され、前記作成装置によって作成された前記調査対象工業システムの前記システムモデルを格納するように適応されたデータベースを含む。
【００２０】
本発明の第２の態様による装置の可能な実施形態において、前記装置は、さらに、前記作成されたＦＭＥＡ結果に応じて、前記調査対象工業システムの少なくとも１つのコンポーネントを制御するように適応された制御部を含む。
【００２１】
本発明は、さらなる態様によれば、さらに、請求項１５の特徴を含む工業システムを提供する。
【００２２】
本発明の第３の態様によれば、本発明は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントと、それぞれが文脈独立コンポーネントモデルによって表わされるハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントを含む複合工業システムのモデルベースの故障解析のための装置で、コンポーネントモデルはインタフェースターミナルと、１組のコンポーネント挙動モードとを含み、コンポーネント挙動モードは、偏差に関する制約として述べられるそれぞれのコンポーネントの正常なモードと、故障モードとを含む装置であって、前記装置は、コンポーネントライブラリから工業システムの前記コンポーネントのコンポーネントモデルをロードして、前記工業システムの構造に応じて前記ロードされたコンポーネントモデルの前記インタフェースターミナルを接続することによって前記工業システムのシステムモデルを作成するように適応された作成装置と、前記工業システムの異なる動作シナリオに対して定性的ＦＭＥＡ結果を作成するために、推論エンジンに対して制約ベースの予測アルゴリズムを実行するように適応された推論エンジンとを含むことを特徴とする装置とを含む工業システムを提供する。
【００２３】
以下では、本発明の異なる態様の可能な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の態様による装置の可能な例示の実施形態のブロック図を示す。
【図２】本発明のさらなる態様による工業システムにおける装置のさらなる可能な実施形態を説明するさらなるブロック図を示す。
【図３】本発明のさらなる態様による複合工業システムのモデルベースの故障解析を実行するための方法の可能な例示の実施形態を説明するフローチャートを示す。
【図４】本発明による方法および装置を説明する図を示す。
【図５】本発明による方法および装置を使用することによって解析可能な例示の複合工業システムの物理的モデルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１の図示した実施形態において、複合工業システム７のモデルベースの故障解析のための装置１は、作成装置２および推論エンジン３を含み得る。図１に図示するような装置１は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントＣを含むあらゆる種類の複合工業システム７のモデルベースの故障解析を実行するように適応される。工業システム７の各コンポーネントまたは部品は、インタフェースターミナルと、偏差に対する制約として示されるそれぞれのコンポーネントＣの正常モードＮＭおよび故障モードＦＭを含む１組のコンポーネント挙動モードとを含む文脈独立コンポーネントモデルＣＭによって表わすことができる。可能な実施形態において、コンポーネントモデルＣＭおよび様々なコンポーネントは、図１に図示するようなデータベースまたはデータメモリ４に格納可能である。装置１の作成装置２は、コンポーネントライブラリからそれぞれの調査対象工業システム７のコンポーネントのコンポーネントモデルＣＭをロードして、ロードされたコンポーネントモデルＣＭのインタフェースターミナルを調査対象工業システム７の構造にしたがって接続することによって調査対象工業システム７のシステムモデルＳＭを作成するように適応される。可能な実施形態において、データベース４は、様々なコンポーネントのコンポーネントモデルＣＭを含むコンポーネントライブラリを格納する。データベース４は、作成装置２によって作成された調査対象工業システム７のシステムモデルＳＭを格納するように適応されることが可能である。可能な実施形態において、調査対象工業システム７のシステムモデルは、調査対象工業システム７の所定のトポロジに従ってモデルエディタを利用してロードされたコンポーネントモデルＣＭのインタフェースターミナルを接続することによって作成装置２によって作成される。
【００２６】
装置１は、さらに、調査対象工業システム７の様々な動作シナリオに対してＦＭＥＡ結果を作成するために制約ベースの予測アルゴリズムを実行するように適応された推論エンジン３を含む。可能な実施形態において、作成されたＦＭＥＡ結果を使用して、調査対象工業システム７の機能における１つ以上のコンポーネントの故障の故障影響を予測する。可能な実施形態において、制約ベースの予測アルゴリズムは、調査対象工業システム７の設計、保守および／または修理の間にオフラインで推論エンジン３によって実行される。さらに可能な実施形態において、制約ベースの予測アルゴリズムは、調査対象工業システムの動作中にオンラインで推論エンジン３上で実行される。制約ベースの予測アルゴリズムは、故障伝播が、調査対象工業システム７の機能の不備をとらえたローカルおよび／またはシステムレベルの影響Ｅをもたらすかを決定するために各コンポーネントまたは部品の事前に定義された動作シナリオＯＳと故障モードＦＭのデカルト積をイテレートする。
【００２７】
データベース４は、コンポーネントモデルのコンポーネントライブラリを含む。各ハードウェアおよび／またはソフトウェアコンポーネントは、インタフェースターミナルと、１組のコンポーネント挙動モードとを含む文脈独立コンポーネントモデルＣＭによって表わされる。それらの挙動モードは、それぞれのコンポーネントの正常またはＯＫモードおよび故障モードＦＭを含む。偏差に対する制約として異なるモードが好適な実施形態において示される。コンポーネントモデルのインタフェースターミナルは、他のコンポーネントへのチャンネルによって形成され、調査対象工業システムの他のコンポーネントと交換されたインタフェース変数を含む。可能な実施形態において、コンポーネントライブラリ内に格納されたコンポーネントのコンポーネントモデルＣＭは、それぞれのコンポーネントの状態を示す状態変数を含み得る。このコンポーネントモデルは、さらに、それぞれのコンポーネントの物理的挙動をとらえたベースモデルＢＭを含む。例えば、ベースモデルＢＭは、工業システムの物理的および／または熱力学的な挙動を示してもよい。可能な実施形態において、コンポーネントモデルＣＭは、変数の実際の値のそれぞれの変数の基準値からの偏差をとらえた偏差モデルＤＭを含む。可能な実施形態において、コンポーネントモデルＣＭは、調査対象工業システム７の機能におけるコンポーネントのコンポーネント障害の影響を示すローカル影響を含む。
【００２８】
図２は、複合工業システムのモデルベースの故障解析のための装置１のさらなる可能な実施形態のブロック図を示す。図示された実施形態において、装置１は、装置１の推論エンジン３によって提供されたＦＭＥＡ結果に応じて調査対象工業システム７内の少なくとも１つのコンポーネント６を制御するように適応された制御部５を含む。複合工業システム７のコンポーネント６は、工業システム７のハードウェアまたはソフトウェアコンポーネントによって形成可能である。図２に図示した工業システム７は、例えば、ガスタービンエンジンなどの回転コンポーネントを含む工業システムでもよい。
【００２９】
図３は、本発明のさらなる態様による複合工業システム７のモデルベースの故障解析を実行する方法の可能な例示の実施形態のフローチャートを示す。第１の工程Ｓ１において、調査対象工業システム７のシステムモデルＳＭは、コンポーネントライブラリＣＬから調査対象工業システム７のコンポーネント６のコンポーネントモデルＣＭをロードして、調査対象工業システム７の構造ＳＴＲＵに従ってロードされたコンポーネントモデルＣＭのインタフェースターミナルを接続することによって作成される。可能な実施形態において、システムモデルＳＭは、調査対象工業システム７の所定のトポロジに従ってモデルエディタを使用して、ロードされたコンポーネントモデルのインタフェースターミナルを接続することによって作成される。
【００３０】
さらなる工程Ｓ２において、調査対象工業システム７の異なる動作シナリオＯＳに対する定性的ＦＭＥＡ結果ＦＭＥＡ−ＲＥＳを作成するために、制約ベースの予測アルゴリズムが推論エンジン３に対して実行される。
【００３１】
コンポーネント６のコンポーネントモデルＣＭは、コンポーネント６の挙動を定義し、該コンポーネント６と他のコンポーネント６とのインタラクションを示す。コンポーネントモデルＣＭは、他のコンポーネントへのチャンネルを表わすインタフェースターミナルを含む。インタフェースターミナルは、他の接続されたコンポーネント６によってその値が影響を受けるインタフェース変数を含む。例えば、１つのコンポーネントのインタフェースターミナル「出力圧力」は、「入力圧力」として他のコンポーネントターミナルによって受信される。コンポーネント６毎に、１つ以上のインタフェースが他のコンポーネントとの情報またはデータの送受信を可能とするようにそのタイプとともに定義可能である。このインタフェースは、変更可能なように汎用性を保つ。この接続は、異なるコンポーネントの２つのターミナル間のリンクによって形成される。ターミナルが接続している場合、そのターミナルのタイプおよび変数が互いに一致している。可能な実施形態において、コンポーネント６のコンポーネントモデルＣＭは、インタフェースターミナル、状態変数、およびパラメータを含む。さらに、コンポーネントモデルＣＭは、可能な実施形態において、少なくとも１つのベースモデルＢＭ、偏差モデルＤＭ、およびそれぞれのコンポーネント６に対するローカル影響Ｅを含む。コンポーネント６は、調査対象工業システム７のエンティティに対応する。各コンポーネントまたは部品は、基本コンポーネントでもよく、または他のコンポーネントの集合でもよい。この場合のコンポーネントは、コンポーネントが親コンポーネントまたは上位クラスから特性を継承する場合に階層におけるクラスとして表わすことができる。好適な実施形態において、各コンポーネント６は、特定の設計とその回転方向との関係などの一般規約に基づいて説明される。コンポーネントモデルＣＭは、１つの正常動作モードまたはＯＫモードＮＭおよびいくつかの潜在故障モードＦＭを含む１組のコンポーネント挙動モードＢＭを含む。例えば、エンジンに関して考えると、故障モードＦＭは、エンジンの高トルクおよび低トルクを含み得る。さらに、コンポーネント６のコンポーネントモデルＣＭは、異なるモデル変形のベースを形成するベースモデルＢＭを含む。工程Ｓ２において実行された制約ベースの予測アルゴリズムによって、定性的ＦＭＥＡ結果が提供される。図３に示すような本発明による方法を使用することによって、定性的結果、すなわち工業システム７に関する部分的情報を含みその挙動の効率的かつ直観的な表現を提供する定性的要約が提供または作成される。これらの定性的結果は、調査対象工業システムの異なる動作シナリオＯＳに対して提供される。動作シナリオＯＳは、調査対象システム７の状態によって形成可能であり、ユーザによって選択可能なシステム入力の状態として考えられる。例えば、動作シナリオが「動作中」で障害モードが「回転子速度が遅い」である場合、とり得る結果、影響または障害は、圧力率が例えば１０．０ｐｓｉの所定値を有すると述べるのではなく、「コンプレッサの圧力率が低すぎる」としてもよい。したがって、本発明による方法によって提供されるＦＭＥＡ結果は性質上定性となる。
【００３２】
以下の表（表１）は、図５の物理的モデルによって示されるようなコアタービンエンジンによって形成される工業システム例に対して、本発明による方法によって提供されるＦＭＥＡ結果例を示す。
【表１】
2018526713.tif 000002
2018526713.tif 000003
2018526713.tif 000004
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【００３３】
調査対象工業システム７のコンポーネント６は、物理的システムに可能な限り準拠しなければならない。コンポーネント６が識別されると、対応するコンポーネントモデルＣＭがデータベース４に格納されたコンポーネントライブラリＣＬからロード可能となる。それぞれのコンポーネント６に対するコンポーネントモデルＣＭがまだ存在しない場合、対応するコンポーネントモデルがユーザまたは専門家によって作成されコンポーネントライブラリＣＬに格納可能である。コンポーネントモデルＣＭは、好適な実施形態においては可能な限り汎用、すなわち文脈自由であるため、コンポーネントモデルＣＭは様々なシステムに対して使用可能である（再利用性）。例えば、電動機のコンポーネントモデルは、その固有の機能は変わらないため、ループまたはシステム、ならびにコアエンジンシステムで使用可能である。コンポーネントモデルＣＭは、それぞれの変数の基準値からの変数の実際の値の偏差をとらえる１つ以上の偏差モデルＤＭを含む。潜在的な故障原因とその影響を決定するために定性偏差モデルＤＭが提供される。コンポーネント６の正常またはＯＫ挙動モードＮＭにおいて、変数の偏差はゼロである。一方、故障モードＦＭでは、その偏差は正または負のいずれかである。この偏差は、Δｘ＝ｘａｃｔ−ｘｒｅｆと表わすことが可能である。
【００３４】
それぞれのシステム７のすべてのコンポーネント６のすべてのコンポーネントモデルＣＭが利用可能な場合、それらは調査対象システム７のトポロジに応じてエディタによって接続可能である。すなわち、１つの工業システム７は、異なるシステムモデルＳＭを提供するために異なるトポロジまたは構造ＳＴＲＵを使用して構成または再構成可能である。調査対象システム７の特定のシステムモデルＳＭが指定または選択されると、動作条件または動作シナリオＯＳが入力データとして定義可能である。それらの動作シナリオＯＳは偏差に関する定性制約として示されることが可能である。工程Ｓ１においてシステムモデルＳＭを作成後、制約ベースの予測アルゴリズムをＦＭＥＡタスクに対して実行可能である。この制約ベースの予測アルゴリズムは、タプル（Ｖ，Ｃ，Ｒ）によって定義可能な有限制約充足問題ＦＣＳＰを解決するように適応される。この場合、ＶはドメインＤＯＭ（｛Ｖｉ｝）を有する調査対象工業システムの変数Ｖ＝｛Ｖ１，Ｖ２，Ｖｎ｝の集合である。このドメインは、数または記号の有限集合を含み、システムの変数は異なるドメインを有し得る。ドメイン全体は、そのコンポーネントの挙動が以下のように指定可能な空間を定義する変数毎に特定のドメインのデカルト積として定義される。
ＤＯＭ（｛Ｖｉ｝）＝ＤＯＭ（Ｖ１）×ＤＯＭ（Ｖ２）×・・・×ＤＯＭ（Ｖｎ）
【００３５】
Ｄは、変数ＶｉをドメインＤＯＭ（｛Ｖｉ｝）にマッピングする関数である。
【００３６】
Ｒは、ドメインＤＯＭ（｛Ｖｉ｝）における変数｛Ｖｉ｝の集合全体を定義してコンポーネント、サブシステムまたはシステムをＲＤＯＭ（｛Ｖｉ｝）として特徴付ける制約である。関係Ｒは、可能な挙動空間の制約およびサブステップである。関係Ｒは、タプルを形成する要素を含む。関係Ｒが順序付けられた変数の集合に関して定義されている場合、その集合はＲのスキームと呼ばれ、スキーム（Ｒ）として定義される。Ｒｉｊとして記述されるモデルフラグメントはコンポーネントＣｊの挙動モードＥｉ（Ｃｊ）に関係し得る。モード付与ＭＡは、コンポーネント６のいくつかのモードの集約システムであり、コンポーネントＭＡ＝｛ｍｏｄｅＥｉ（Ｃｊ）｝のそれぞれに対して一意の挙動モードを指定する。
【００３７】
動作シナリオＯＳおよび故障モードＦＭは、制約の集合または一階述語論理式で表わされる。制約ベースの予測アルゴリズムは、動作シナリオＯＳおよび故障モードＦＭのデカルト積をイテレートし、制約ソルバを介してそれらが事前に定義された故障モードを伴うかをチェックする。また、所与の動作シナリオＯＳおよび故障モードＦＭがローカルレベルおよび／またはシステムレベルの影響Ｅを伴うかをチェックする。影響Ｅは、制約として記述され、特定の機能の不備を捕らえることが可能である。ＦＭＥＡ結果は、安全性信頼性要件が満たされない危機的な状況につながるかを評価するために、調査対象システム７の機能に対する故障影響を予測するために使用可能である。さらに、ＦＭＥＡ結果は、システムまたはコンポーネント設計の設計修正によって、または調査対象システムの保守によって悪影響を最小限にする、もしくは軽減するために使用可能である。
【００３８】
図４は、本発明による方法および装置の実施形態を説明する図を示す。図示したモデルベース推論フレームワーク８は、例えば、製品ユニットタイプを指定し、事前に定義された動作シナリオＯＳのリストの中から、「起動シナリオ」、「高負荷での動作」、または「低負荷での動作」などの特定の動作シナリオを選択するように適応されたコンフィグレータ９を含む。ユーザは、どのシステムレベルの影響に対して解析が実行されるかを選択可能である。例えば、ユーザは、ループ、またはサブシステムレベル影響またはガスタービンシステムレベルの影響を解析可能である。可能な実施形態において、（データベース４に格納されたコンポーネントライブラリ４Ａから読み出した）コンポーネントモデルＣＭＳの異なるコンフィグレーションを使用してモデルエディタのドラッグおよびドロップオプションによって、調査対象システム７のカスタマイズされたシステムモデルＳＭを定義可能である。コンポーネントモデルＣＭＳは、工業システム７内のそれぞれのコンポーネント６のコンポーネント挙動ＣＢを示す。データベース４は、調査対象工業システム７の構造ＳＴＲＵまたはトポロジを示すＣＡＤデータを格納するメモリ４Ｂを含み得る。可能な実施形態において、システムモデルＳＭがプラグインされると、ユーザは、制約ベースの予測アルゴリズムを実行し、例えばＰＤＦ文書形式でＦＭＥＡ結果を引き出すことができる。システムモデルエディタによって、ターミナルタイプ、ドメインタイプ、コンポーネントタイプなどを定義することが可能である。図４に示すようなコンフィグレータ９を使用することによって、解析のための特定の動作シナリオＯＳを定義可能である。動作シナリオＯＳが定義されると、制約ベースの予測アルゴリズムが推論エンジン３上で実行されて、ダッシュボードＤＡＢに供給されるＦＭＥＡ結果ＦＭＥＡ−ＲＥＳを作成する。供給されたＦＭＥＡ結果は、パラメータが固定された後でも本質的に定性である。例えば、ＦＭＥＡ結果ＦＭＥＡ−ＲＥＳは、「大きさＸの・・・」ではなく「発生圧力の損失」、「大きさＹでの・・・」ではなく「タービンコーストダウン」と表現する。
【００３９】
図５は、調査対象の例示の工業システム（ＩＳ）７の物理的モデルを示す。調査対象の例示の工業システム７は、コンポーネント６−ｉを含む。図示した例において、調査対象システム７はコアガスタービンエンジンである。コアガスタービンエンジンは、工業ガスタービンの心臓部を形成する。コアガスタービンエンジンの目的は、機械的エネルギーに変換される加圧高温ガスの流れを生成することである。したがって、機械的エンジンは、変速機を介して発電機などの負荷を駆動できる。コアエンジンは、コンプレッサ、燃焼室およびタービン部の３つに大きく分けられる。図５は、コアガスタービンエンジン７の機械的、熱力学的、コンピュータ力学的、およびソフトウェアの主要コンポーネント６を示す。外気ＡＡは、熱交換器コンポーネント６−１によって冷却または加熱される吸気システムによって取り込まれる。外気ＡＡは、特定の温度および特定の圧力においてコンプレッサ６−２に進入する。コンプレッサ６−２は空気を引き込み、断熱熱力学的処理を用いることによって空気を圧縮する。コンプレッサ６−２は、１５段軸流コンプレッサによって形成可能である。また、配置および角度の制御によって圧力比を制御する可変案内羽根６−３を含んでもよい。放風弁６−４は、その位置によってサージを制御するコンプレッサ部の一部を形成してもよい。タービンの起動段階におけるコンプレッサ６−２は、電動機の起動によって動作される。
【００４０】
コンプレッサ６−２からの圧縮された空気はディフューザ６−６に進入する。ディフューザ６−６は、単に、空気流を燃焼室によって形成される次のコンポーネントに伝播する。この空気は燃焼室コンポーネント６−７において加熱される。バーナー６−８および火炎検出システム６−９は、燃焼部の一部を形成する。バーナーコンポーネント６−８は、燃焼室６−７において気体燃料を圧縮空気と混合するために使用され、火炎を安定した状態に保つ。気体燃料システム６−１０は、バーナー６−８に対して必要とされる燃料を供給し、火炎検出システム６−９は、起動および動作段階におけるパイロットフレームおよびメーンフレームを監視する。
【００４１】
最後に、燃焼室６−７からの高温ガスがタービン６−１１に進入する。タービンコンポーネント６−１１は空気を膨張させてコンプレッサ６−２および発電機６−１２を駆動する。変速機６−１３は、タービン６−１１から発電機６−１２へ電力を送る。最終的に、発電機６−１２は電力グリッドに対する電気を発電するように動作され、高温ガスがディフューザ６−１４によって排気ＥＡとして排気システム６−１５へ排気可能となる。
【００４２】
図５に図示される回転子アセンブリ６−１６は回転子軸速度と関連付けられた仮想コンポーネントであり、回転子は軸に対して溶接されているとする。回転子アセンブリ６−１６は、筐体、羽根、円盤、および軸流軸受６−１７およびラジアル軸受６−１８を含んでもよい。図示したモデルにおいて、ラジアル軸受およびスラスト軸受は、回転軸に対する摩擦を低減すると考えられる。冷却システム６−１９は、潤滑油ＬＯも受け取る軸受６−１７、６−１８の温度を保つ。
【００４３】
圧力センサおよび温度センサによって供給されるセンサ値に基づいて、電子制御部は調査対象工業システム７の機械的コンポーネントを制御するコマンドを作成可能である。機械的コンポーネントは、特化型電子制御部ＥＣＵ６−２０によって制御可能である。本発明による方法および装置によって、図５に図示するコアガスタービンエンジンなどの複合工業システム７のモデルベースの故障解析を実行可能となる。本発明による方法および装置によって、既存のコンポーネントを再設計する、または他のコンポーネントを追加する、場合によっては追加のセンサ装置を追加することによって危険性を低減するために、タービンのトリップを導き得るコンポーネント６−ｉの故障を識別することが可能となる。コンポーネント間では、インタフェースを介して物理量を表わす変数を交換可能である。コンポーネント６−ｉ間で交換された物理量は、例えば、温度、圧力、流量、位置、速度または有効電力、ならびに信号および／またはコマンドなどを含み得る。これらの量の公称値からの偏差は、Δ「物理量」として表現可能であり、例えば、物理量「圧力」は、ΔΡと表現される。そのような解析の目的は、例えばコンプレッサ中の圧力比は十分であるか、および／または燃焼室内の温度は正常であるか、および／または回転子速度は設定点に達しているか、および／またはタービンの電力出力は発電機と同期可能であるかでもよい。
【００４４】
表１は、コアタービンエンジンに対するＦＭＥＡ結果のためのモデルベースの作製を示す。コンプレッサの駆動を開始するコマンドを電動機が受け取ると、起動動作シナリオが発生し、吸気システムからの空気がとらえられ、弁は設定位置に配置され、回転が開始する。起動動作シナリオの間、電動機、ＶＧＶ、放風弁の位置は重要であり、タービンおよびコンプレッサに影響を及ぼし得る。タービンが有効電力を発生させるまで動作シナリオが到達するとメーンフレームが発火し、回転子は最大速度に達する。
【００４５】
図５に示す例示のユースケースにおいて、以下の通り異なるドメインが定義可能である。
【表２】
2018526713.tif 000008
【００４６】
さらに、以下の表３および表４に示すように様々なターミナルを定義することが可能である。
【表３】
2018526713.tif 000009
2018526713.tif 000010
【表４】
2018526713.tif 000011
【００４７】
異なるコンポーネントに対して、特定の実施形態ではモデルを以下（表５）の通り定義可能である。
【表５】
2018526713.tif 000012
2018526713.tif 000013
2018526713.tif 000014
【００４８】
上記の制約は、以下の表６に一覧で示された制約を含んでもよい。
制約
【表６】
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【符号の説明】
【００４９】
３  推論エンジン
６  コンポーネント
７  複合工業システム
【図１】
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【図２】
2018526713.tif 000029
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年12月28日(2017.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが文脈独立コンポーネントモデルＣＭによって表わされるハードウェアおよびソフトウェアコンポーネント（６）の少なくとも一方を含む複合工業システム（７）のモデルベースの故障解析を実行するための方法であって、
前記コンポーネントモデルＣＭは、インタフェースターミナルと、１組のコンポーネント挙動モードＢＭとを含み、
前記コンポーネント挙動モードＢＭは、偏差に関する制約として述べられるそれぞれのコンポーネント（６）の正常なモードＮＭと、故障モードＦＭとを含み、
（ａ）コンポーネントライブラリＣＬから調査対象工業システム（７）の前記コンポーネント（６）のコンポーネントモデルＣＭをロードして、前記調査対象工業システム（７）の構造に応じて前記ロードされたコンポーネントモデルＣＭの前記インタフェースターミナルを接続することによって前記調査対象工業システム（７）のシステムモデルＳＭを作成し（Ｓ１）、
（ｂ）前記調査対象工業システム（７）の異なる動作シナリオＯＳに対して定性的ＦＭＥＡ結果を作成するために、推論エンジン（３）に対して制約ベースの予測アルゴリズムを実行する（Ｓ２）
工程を含む方法。
【請求項２】
故障伝播が、調査対象工業システム（７）の機能の不備をとらえたローカルまたはシステムレベルの影響をもたらすかを決定するために、前記制約ベースの予測アルゴリズムは、各コンポーネント（６）の事前に定義された動作シナリオＯＳと故障モードＦＭのデカルト積をイテレートすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コンポーネント（６）のコンポーネントモデルＣＭの前記インタフェースターミナルは、前記調査対象工業システム（７）の他のコンポーネント（６）と交換したインタフェース変数を含む前記他のコンポーネント（６）へのチャンネルによって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
コンポーネント（６）の前記コンポーネントモデルＣＭは前記コンポーネント（６）の状態を表わす状態変数を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
コンポーネント（６）の前記コンポーネントモデルＣＭは、前記コンポーネント（６）の物理的挙動をとらえるベースモデルＢＭを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記コンポーネントモデルＣＭは、変数の基準値からの前記変数の実際の値の偏差をとらえる偏差モデルＤＭを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記コンポーネントモデルＣＭは、前記調査対象工業システム（７）の機能に対する前記コンポーネント（６）のコンポーネント障害の影響を表わすローカル影響を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載する方法。
【請求項８】
前記作成されたＦＭＥＡ結果は、前記調査対象工業システム（７）の前記機能に対する故障の故障影響を予測するために使用されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載する方法。
【請求項９】
前記システムモデルＳＭは、前記調査対象工業システム（７）の所定のトポロジに応じて、モデルエディタによって、ロードされたコンポーネントモデルＣＭの前記インタフェースターミナルを接続することによって作成されることを特徴とする請求項１から８のい
ずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記制約ベースの予測アルゴリズムは、前記調査対象工業システム（７）の設計中、保守中、および修復中の少なくとも１つのときはオフライン、および前記調査対象工業システム（７）の動作中はオンライン、の少なくとも一方で前記推論エンジン（３）に対して実行されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記調査対象工業システム（７）の少なくとも１つのコンポーネント障害は前記作成されたＦＭＥＡ結果に応じて考慮されることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
それぞれが文脈独立コンポーネントモデルＣＭによって表わされるハードウェアおよびソフトウェアコンポーネント（６）の少なくとも一方を含む複合工業システム（７）のモデルベースの故障解析のための装置で、コンポーネントモデルＣＭはインタフェースターミナルと、１組のコンポーネント挙動モードＢＭとを含み、コンポーネント挙動モードＢＭは、偏差に関する制約として述べられるそれぞれのコンポーネント（６）の正常なモードＮＭと、故障モードＦＭとを含む装置であって、
前記装置（１）は、
（ａ）コンポーネントライブラリＣＬから調査対象工業システム（７）の前記コンポーネント（６）のコンポーネントモデルＣＭをロードして、前記調査対象工業システム（７）の構造に応じて前記ロードされたコンポーネントモデルＣＭの前記インタフェースターミナルを接続することによって前記調査対象工業システム（７）のシステムモデルＳＭを作成するように適応された作成装置（２）と、
（ｂ）前記調査対象工業システム（７）の異なる動作シナリオＯＳに対してＦＭＥＡ結果を作成するために、制約ベースの予測アルゴリズムを実行するように適応された推論エンジン（３）とを含むことを特徴とする装置。
【請求項１３】
前記装置は、さらに、コンポーネント（６）のコンポーネントモデルＣＭを含む前記コンポーネントライブラリＣＬを格納するように適応され、前記作成装置（２）によって作成された前記調査対象工業システム（７）の前記システムモデルＳＭを格納するように適応されたデータベース（４）を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記装置は、さらに、前記作成されたＦＭＥＡ結果に応じて、前記調査対象工業システム（７）の少なくとも１つのコンポーネント（６）を制御するように適応されたソフトウェアコンポーネントによって形成された制御部を含むことを特徴とする請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
ハードウェアおよびソフトウェアの少なくとも一方のコンポーネント（６）、および請求項１２から１４のいずれかに記載の装置（１）を含む工業システム（７）。
【国際調査報告】
2018526713.tif 000033
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