(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の故障を診断する故障診断装置において、
前記油・空圧回路を構成する油・空圧構成部品を特定すると共に、前記構成された油・空圧回路に求められる複数の機能を表す運転方法それぞれに対応する前記油・空圧構成部品相互の接続状態を規定する回路構成手段と、
前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、前記油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いを獲得する状態獲得手段と、
前記油・空圧構成部品の相互の接続状態と、複数の運転方法それぞれに対応する前記油・空圧構成部品の状態と、定性値を用いて表された前記油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いとに基づいて、前記油・空圧構成部品の各々が故障した場合の回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論手段と、
実際の故障状況を含めた前記油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある油・空圧構成部品を抽出する診断手段と、
抽出された故障の可能性がある油・空圧構成部品の名称をその故障の内容と共に表示する表示手段とを備え、
推論手段は、油・空圧構成部品の故障が、その運転方法に対応する回路上における作動流体の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼすかどうかを判断し、影響をおよぼすと判断した場合には、上流に向かって定性推論を実行し、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了し、その後、故障した油・空圧構成部品に戻って下流に向かって定性推論を実行することを特徴とする故障診断装置。
【請求項２】
診断手段は、
一つの運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第１の油・空圧構成部品群を抽出し、
他の運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第２の油・空圧構成部品群を抽出し、
第１及び第２の油・空圧構成部品群に共通して存在する油・空圧構成部品を故障の可能性が高い油・空圧構成部品として抽出することを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項３】
診断手段は、
一つの運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第１の油・空圧構成部品群を抽出し、
他の運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、正常の可能性がある第２の油・空圧構成部品群を抽出し、
第１の油・空圧構成部品群の内、第２の油・空圧構成部品群に含まれない油・空圧構成部品を故障の可能性が高い油・空圧構成部品として抽出することを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項４】
表示手段は、故障の可能性のある油・空圧構成部品を、過去の故障履歴と部品の壊れやすさによって順位付けする手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の故障診断装置。
【請求項５】
運転方法に対応して前記油・空圧回路上を流れる作動流体の経路の色を、アクチュエータを含む作動用油・空圧構成部品の前後で変更して作動用流体の往き経路と戻り経路とを色分けした油・空圧回路図形を表示する図形表示手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の故障診断装置。
【請求項６】
複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の故障を診断する故障診断装置の故障診断方法において、
前記油・空圧回路を構成する油・空圧構成部品を特定すると共に、前記構成された油・空圧回路に求められる複数の機能を表す運転方法それぞれに対応する前記油・空圧構成部品相互の接続状態を規定する回路構成ステップと、
前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いを獲得する状態獲得ステップと、
前記油・空圧構成部品の相互の接続状態と、複数の運転方法それぞれに対応する前記油・空圧構成部品の状態と、定性値を用いて表された前記油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いとに基づいて、前記油・空圧構成部品の各々が故障した場合の回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論ステップと、
実際の故障状況を含めた前記油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある油・空圧構成部品を抽出する診断ステップと、
抽出された故障の可能性がある油・空圧構成部品の名称をその故障の内容と共に表示する表示ステップとを備え、
推論ステップでは、油・空圧構成部品の故障が、その運転方法に対応する回路上における作動流体の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼすかどうかを判断し、影響をおよぼすと判断した場合には、上流に向かって定性推論を実行し、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了し、その後、故障した油・空圧構成部品に戻って下流に向かって定性推論を実行することを特徴とする故障診断方法。
【請求項７】
診断ステップでは、
一つの運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第１の油・空圧構成部品群を抽出し、
他の運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第２の油・空圧構成部品群を抽出し、
第１及び第２の油・空圧構成部品群に共通して存在する油・空圧構成部品を故障の可能性が高い油・空圧構成部品として抽出することを特徴とする請求項６に記載の故障診断方法。
【請求項８】
複数の油・空圧構成部品を組合せて構成された油・空圧回路の故障を診断する故障診断装置の故障診断プログラムにおいて、
コンピュータに、
前記油・空圧回路を構成する油・空圧構成部品を特定すると共に、前記構成された油・空圧回路に求められる複数の機能を表す運転方法それぞれに対応する前記油・空圧構成部品相互の接続状態を規定する回路構成手順、
前記油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いを獲得する状態獲得手順、
前記油・空圧構成部品の相互の接続状態と、複数の運転方法それぞれに対応する油・空圧構成部品の状態と、定性値を用いて表された油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いとに基づいて、油・空圧構成部品の各々が故障した場合の回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論手順、
実際の故障状況を含めた油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある油・空圧構成部品を抽出する診断手順、
抽出された故障の可能性がある油・空圧構成部品の名称をその故障の内容と共に表示する表示手順
を実行させ、
推論手順では、油・空圧構成部品の故障が、その運転方法に対応する回路上における作動流体の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼすかどうかを判断し、影響をおよぼすと判断した場合には、上流に向かって定性推論を実行し、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了し、その後、故障した油・空圧構成部品に戻って下流に向かって定性推論を実行する手順を実行させるためのプログラム。
【請求項９】
診断手順では、
一つの運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第１の油・空圧構成部品群を抽出し、
他の運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第２の油・空圧構成部品群を抽出し、
第１及び第２の油・空圧構成部品群に共通して存在する油・空圧構成部品を故障の可能性が高い油・空圧構成部品として抽出することを特徴とする請求項８に記載の故障診断プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の油・空圧構成部品を結合して構成されるに油・空圧回路において、故障の発生した油・空圧構成部品を自動的に診断するための故障診断技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に油・空圧回路は多種類の油・空圧構成部品が結合されて構成されているため、油・空圧回路に故障が発生した場合には故障原因を特定するまでに多くの時間を要する。
【０００３】
従来は、その設備を知悉している経験豊かな保全員や、油・空圧回路の動作に関する高度な知識を備えている専門家が、故障原因を把握することで故障時間の短縮を図っていた。しかし、近年の産業構造の変革により各製造業において熟練技術者、専門技術者が減少している状況下では、故障復旧までに相当の時間を要するようになってきている。
【０００４】
一方、生産設備は年々高度化、複雑化してきており、この結果、故障による設備停止に伴う生産活動への影響もますます大きなものとなっている。
【０００５】
このため、熟練技術者、専門技術者でなくとも、故障原因を短時間で特定できる技術の開発が進められている。特開平８−２２６４１１号公報に開示された発明は、発生した故障現象に基づいて抽出した故障原因の候補機器を、予め蓄積しておいた過去の故障事例とを比較して故障機器を推論によって特定するものである。この結果、特定の機器に特有な故障原因に対しても故障原因機器の推論を迅速に行うことができるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平８−２２６４１１号公報に開示された発明は、予め作成した過去の故障事例ベースを必要とするため、過去において発生していない故障に対しては推論精度が良くないという問題がある。
【０００７】
また、油・空圧回路の構成はそれが使用される生産設備の機能と能力に対応して個別に異なるものである。従って、過去の故障事例ベースを用いる場合にはそれぞれの設備毎に故障事例ベースを作成しなければならない。製造プラントにおいて使用されている油・空圧回路の数は多く、時としては数百になる場合も珍しくない。従って、個々の油・空圧回路について過去の故障を調査した事例ベースを作成しなければならず、事例ベースの作成に多くの労力を必要とするという問題がある。
【０００８】
さらに、該当する油・空圧回路が更新された場合や改造された場合には、過去の事例ベースがそのまま適用できなくなる場合も多い、という問題点もある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、油・空圧回路の専門家の知識を活用することができ、各種の油・空圧回路に汎用的に使用することのできる故障診断装置、故障診断方法及び故障診断プログラムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、油・空圧回路を構成する油・空圧構成部品を特定すると共に、構成された油・空圧回路に求められる複数の機能を表す運転方法それぞれに対応する油・空圧構成部品相互の接続状態を規定する回路構成手段と、油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いを獲得する状態獲得手段と、油・空圧構成部品の相互の接続状態と、複数の運転方法それぞれに対応する油・空圧構成部品の状態と、定性値を用いて表された油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いとに基づいて、油・空圧構成部品の各々が故障した場合の回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論手段と、実際の故障状況を含めた油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある油・空圧構成部品を抽出する診断手段と、抽出された故障の可能性がある油・空圧構成部品の名称をその故障の内容と共に表示する表示手段とを備え、推論手段は、油・空圧構成部品の故障が、その運転方法に対応する回路上における作動流体の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼすかどうかを判断し、影響をおよぼすと判断した場合には、上流に向かって定性推論を実行し、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了し、その後、故障した油・空圧構成部品に戻って下流に向かって定性推論を実行する故障診断装置である。
【００１１】
また本発明は、上記記載の発明である故障診断装置において、診断手段は、一つの運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第１の油・空圧構成部品群を抽出し、他の運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第２の油・空圧構成部品群を抽出し、第１及び第２の油・空圧構成部品群に共通して存在する油・空圧構成部品を故障の可能性が高い油・空圧構成部品として抽出する。
【００１２】
また本発明は、上記記載の発明である故障診断装置において、診断手段は、一つの運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第１の油・空圧構成部品群を抽出し、他の運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、正常の可能性がある第２の油・空圧構成部品群を抽出し、第１の油・空圧構成部品群の内、第２の油・空圧構成部品群に含まれない油・空圧構成部品を故障の可能性が高い油・空圧構成部品として抽出する。
【００１４】
また本発明は、上記記載の発明である故障診断装置において、表示手段は、故障の可能性のある油・空圧構成部品を、過去の故障履歴と部品の壊れやすさによって順位付けする手段を備えた故障診断装置である。
【００１５】
また本発明は、上記記載の発明である故障診断装置において、運転方法に対応して油・空圧回路上を流れる作動流体の経路の色を、アクチュエータを含む作動用油・空圧構成部品の前後で変更して作動用流体の往き経路と戻り経路とを色分けした油・空圧回路図形を表示する図形表示手段を備えた。
【００１６】
また本発明は、油・空圧回路を構成する油・空圧構成部品を特定すると共に、構成された油・空圧回路に求められる複数の機能を表す運転方法それぞれに対応する油・空圧構成部品相互の接続状態を規定する回路構成ステップと、油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いを獲得する状態獲得ステップと、油・空圧構成部品の相互の接続状態と、複数の運転方法それぞれに対応する油・空圧構成部品の状態と、定性値を用いて表された油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いとに基づいて、油・空圧構成部品の各々が故障した場合の回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論ステップと、実際の故障状況を含めた油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある油・空圧構成部品を抽出する診断ステップと、抽出された故障の可能性がある油・空圧構成部品の名称をその故障の内容と共に表示する表示ステップとを備え、推論ステップでは、油・空圧構成部品の故障が、その運転方法に対応する回路上における作動流体の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼすかどうかを判断し、影響をおよぼすと判断した場合には、上流に向かって定性推論を実行し、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了し、その後、故障した油・空圧構成部品に戻って下流に向かって定性推論を実行する故障診断方法である。
【００１７】
また本発明は、上記記載の発明である故障診断方法において、診断ステップでは、一つの運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第１の油・空圧構成部品群を抽出し、他の運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第２の油・空圧構成部品群を抽出し、第１及び第２の油・空圧構成部品群に共通して存在する油・空圧構成部品を故障の可能性が高い油・空圧構成部品として抽出する。
【００１８】
また本発明は、コンピュータに、油・空圧回路を構成する油・空圧構成部品を特定すると共に、構成された油・空圧回路に求められる複数の機能を表す運転方法それぞれに対応する油・空圧構成部品相互の接続状態を規定する回路構成手順、油・空圧構成部品の前後における作動流体の物理量に関する定性値を用いて表した、油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いを獲得する状態獲得手順、油・空圧構成部品の相互の接続状態と、複数の運転方法それぞれに対応する油・空圧構成部品の状態と、定性値を用いて表された油・空圧構成部品の故障状態を含む複数の状態における振る舞いとに基づいて、油・空圧構成部品の各々が故障した場合の回路上にある他の油・空圧構成部品の振る舞いを定性推論を用いて推定する推論手順、実際の故障状況を含めた油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある油・空圧構成部品を抽出する診断手順、抽出された故障の可能性がある油・空圧構成部品の名称をその故障の内容と共に表示する表示手順を実行させ、推論手順では、油・空圧構成部品の故障が、その運転方法に対応する回路上における作動流体の流れる方向と逆方向である上流に配置された他の油・空圧構成部品に影響を及ぼすかどうかを判断し、影響をおよぼすと判断した場合には、上流に向かって定性推論を実行し、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了し、その後、故障した油・空圧構成部品に戻って下流に向かって定性推論を実行する手順を実行させるためのプログラムである。
【００１９】
また本発明は、上記記載の発明である故障診断プログラムにおいて、診断手順では、一つの運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第１の油・空圧構成部品群を抽出し、他の運転方法における実際の油・空圧構成部品の状態と、定性推論により推定した油・空圧構成部品の振る舞いとの対比から、故障の可能性がある第２の油・空圧構成部品群を抽出し、第１及び第２の油・空圧構成部品群に共通して存在する油・空圧構成部品を故障の可能性が高い油・空圧構成部品として抽出する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る設備故障診断装置を用いた設備故障診断システムの構成を示す図である。
【００２１】
この設備故障診断システムは、油・空圧回路の故障を診断するための設備故障診断装置１、設備故障診断装置１とオペレータとの間で情報の入出力を行うための入出力装置２、及び設備故障診断装置１と通信回線３を介して接続され設備故障診断装置１の機能を利用するための外部端末である工場端末４、保全端末５、工事端末５で構成されている。
【００２２】
そして、設備故障診断装置１は、入出力制御部１１、ナビゲーション部１２、システム作成部１３、定性シミュレーション部１６、故障診断部２０及びデータ記憶部２３で構成されている。
【００２３】
入出力制御部１１は、通信回線３と接続された外部端末等との間で各種情報交換を実施するためのインターフェースである。ナビゲーション部１２は、それぞれの外部端末からの操作指令に応じて設備故障診断装置１の各機能を提供するためのインターフェースである。
【００２４】
システム作成部１３は、診断対象となる油・空圧回路モデルを構成部品を配置して作成する油・空圧回路作成部１４と、作成された油・空圧回路モデルが適正かどうかを検査する流れシミュレーション部１５を備えている。
【００２５】
定性シミュレーション部１６は、定性推論を実施できるように構成部品ごとの正常状態と異常状態を表すデータを入力する構成部品状態入力部１７、入力された構成部品ごとの状態データに基づいて油・空圧回路の挙動を推論する定性推論部１８、及び推論結果に基づいて故障診断に使用される故障データベースを作成する故障データベース作成部１９を備えている。
【００２６】
故障診断部２０は、油・空圧回路の異常な動作状態からその故障の原因となる構成部品を診断する。
【００２７】
データ記憶部２３は、設備故障診断装置１の上記処理に必要な各種のデータを記憶する。このデータ記憶部２３には、油・空圧回路モデルの作成に用いられる構成部品に関するデータを記憶する構成部品データメモリ２４、作成された回路モデルの運転モード毎に構成機器の切換状態や動作状態等を記憶する回路構成データメモリ２５、構成部品毎の正常状態・異常状態を表す状態データを記憶する構成部品状態データメモリ２６、構成部品の正常・異常状態毎に油・空圧回路全体の挙動を記憶する挙動データメモリ２７、油・空圧回路の異常動作状況と故障原因とを対応付けデータを記憶する故障データメモリ２８、及び構成部品ごとの故障履歴を記憶した故障履歴データメモリ２９が設けられている。
【００２８】
そして、通信回線３と接続する工場端末４は、その油・空圧回路を生産設備の一部として使用している製造工場に備えられた端末であって、主として当該製造工場の運転者が使用する。保全端末５は、その油・空圧回路の保全部署に備えられた端末であって、主として保全員が使用する。工事端末５は、その油・空圧回路の修理・整備を担当する部署に備えられた端末であって、主として油・空圧回路の専門家が使用する。
【００２９】
ここで、通信回線とは広く情報の送受信に用いられる経路のことで、導電線、光ファイバなどの有線を用いた通信に限られず、光、音波、電波などを用いた無線通信も含まれる。
【００３０】
次に、設備故障診断システムの動作について説明する。
尚、以下の説明においては、油圧回路を対象としており、専ら入出力装置２を用いて設備故障診断装置１に動作を指示するための操作入力を行うものとしている。
【００３１】
本設備故障診断システムを用いる場合は、先ず診断しようとする油圧回路の構成を設備故障診断装置１に入力する必要がある。そこで、システムの操作者が入出力装置２から油圧回路モデル作成を指示入力すると、ナビゲーション部１２がその入力を受け付けてシステム作成部１３を起動する。
【００３２】
図２は、システム作成部１３の概略の動作手順を示すフロー図である。
システム作成部１３の油・空圧回路作成部１４が起動して入出力装置２に図３に示す部品メニューを表示し、必要な項目を選択するように操作者を促す（Ｓ１）。
【００３３】
操作者がこの部品メニューから例えば、「流量制御弁」を選択すると油・空圧回路作成部１４は構成部品データメモリ２４を検索して、図４に示す流量制御弁のアイコン群を表示する（Ｓ２）。ここで、表示されるアイコンは、原則として日本工業規格「油圧および空気圧用図記号」で表される記号である。
【００３４】
尚、本システムでは、日本工業規格に定められた図記号のみでなく、複数の油・空圧機器を１つのブロックに配置し、それらの複数のブロックを組み合わせることで所定の機能をもつ油・空圧機器を構成する積層タイプの機器（例えば、積層弁等）も取り扱えるように構成している。
【００３５】
操作者が油圧回路モデルを構成するために必要な部品群を選択した後、アイコンをマウスなどでクリックしてドラッグ操作すると、油・空圧回路作成部１４はその構成部品を操作者の操作に従ってワークスペースに配置する（Ｓ３）。図５は構成部品が配置された状態を示している。
【００３６】
次に操作者がワークスペース上で構成部品同士の接続状態を指定すると、油・空圧回路作成部１４は、図６に示すように指定された構成部品同士を接続する配管を表示する（Ｓ４）。
【００３７】
続いて、操作者は運転モードの設定操作を行う。
【００３８】
ここで運転モードとは、その油圧回路に求められる機能のことであり、例えば、図６に示す油圧回路モデルではシリンダの動作である「前進」モードと「後退」モードの２つの運転モードを持っている。操作者が運転モードの設定を指示し、運転モード名とともに入力すると油・空圧回路作成部１４は、図７に示す運転条件入力画面を表示する（Ｓ５）。
【００３９】
操作者は、表示された画面に従って、その運転モードでの各構成部品の状態、例えば各弁の開閉状態、励磁状態を入力する。また、構成部品の状態をわかり易く表すための説明文、例えば油圧値、油量などを適宜付帯して入力することもできる。そして、運転条件の入力が終了すると、次に油・空圧回路作成部１４は、図８に示す終了条件入力画面を表示する（Ｓ６）。
【００４０】
操作者は、表示された画面に従って、その運転モードの終了時の各部品の状態、例えばアクチュエータの状態などを入力し、全ての入力が終了したときに「ＯＫ」操作を行うと、流れシミュレーション部１５が起動して、作成された油圧回路を検査する（Ｓ７）。
【００４１】
流れシミュレーション部１５は、各運転モード毎に、油圧回路モデルが適正に構成されているかどうかを検査する。具体的には、配管の外れ、未設定項目の有無などである。そして、検査結果が良好な場合は、作成された油圧回路モデルをその運転モードとともに回路構成データメモリ２５に格納して登録する（Ｓ８）。
【００４２】
次に、このようにして作成した油圧回路モデルに発生する各種の故障状態を入力して故障を診断するための故障データベースの作成を行うが、それに先立って、本発明における定性推論を用いる方法について説明する。
【００４３】
一般に、複雑な対象については、対象の定量的なモデルを構築することは困難を伴うため、それに代わって対象の定性的な挙動のみを簡易に予測する定性推論という方法が提案されている。
【００４４】
定性推論では、変数を以下に示すように３値で表現する。
【００４５】
Ｘ＝[＋]  ；  増加、上昇など
Ｘ＝[０]  ；  変化なし、正常など
Ｘ＝[−]  ；  減少、下降など
図９は、バルブのモデルを示す図である。
このモデルでは、バルブの入力を入口圧力Ｐｉｎ、入口流量Ｆｉｎとし、バルブの出力を出口圧力Ｐｏｕｔ、出口流量Ｆｏｕｔとしている。そして、バルブによる差圧（圧損）をｄＰとすると、このバルブの定性推論に用いられるモデルは式（１）〜（３）で表される。
【００４６】
ｄＰ＝Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔ                    …（１）
Ｆｉｎ＝ｄＰ                              …（２）
Ｆｏｕｔ＝Ｆｉｎ                        …（３）
これらの式において各変数は上記定性推論の定性値である３値をとるものとし、等号はこの３値の意味において等しいことを示す。ここで、式（２）の物理的意味は、ベルヌーイの定理から導かれる関係、即ち入力流量Ｆｉｎは差圧ｄＰの平方根に比例する、ことを意味する。
【００４７】
この式に基づくモデルによって、バルブの定性的な挙動を表現することが可能である。
例えば次のように表現される。
【００４８】
Ｐｉｎ  ＝[＋]  ：入口圧力増加
ｄＰ    ＝[＋]  ：差圧増加
Ｆｉｎ  ＝[＋]  ：入口流量増加
Ｆｏｕｔ＝[＋]  ：出口流量増加
Ｐｏｕｔ＝[＋]  ：出口圧力増加
この挙動は、入口圧力が上昇すると、差圧が上昇し、バルブに流入する流量が増加し、バルブから流出する流量が増加し、出口圧力が上昇することを表している。
【００４９】
また、このバルブの挙動は式（１）〜（３）を適用して次のようにも表現される。
【００５０】
Ｐｏｕｔ＝[＋]  ：出口圧力増加
ｄＰ    ＝[−]  ：差圧減少
Ｆｉｎ  ＝[−]  ：入口流量減少
Ｆｏｕｔ＝[−]  ：出口流量減少
Ｐｉｎ  ＝[＋]  ：入口圧力増加
この挙動は、出口圧力が上昇すると、差圧が減少し、バルブに流入する流量が減少し、バルブから流出する流量が減少し、入口圧力が上昇することを表している。
【００５１】
このように、Ｐｉｎ、ＦｉｎからＰｏｕｔ、Ｆｏｕｔを推定することができ、逆にＰｏｕｔ、ＦｏｕｔからＰｉｎ、Ｆｉｎを推定することができる。そこで、油圧回路を構成する各部品について上記のような関係を記述したモデル式を作成し、変数である流体圧力と流量とが構成部品を通過することによる変化を上述の定性推論を用いて算出する。そして、その結果に基づいて次の構成部品の定性推論の実行を繰り返して、推論結果を次々と伝播させることによって対象の挙動を簡便に推定することができる。
【００５２】
システムの操作者が入出力装置２から故障データベースの作成を指示入力すると、ナビゲーション部１２がその入力を受け付けて定性シミュレーション部１６を起動する。
【００５３】
図１０は、定性シミュレーション部１６の概略の動作手順を示すフロー図である。
定性シミュレーション部１６の構成部品状態入力部１７が起動して、入出力装置２に油圧を構成する部品について状態データを登録するように操作者を促す表示を行う（Ｓ１０）。
【００５４】
図１１は、オペレートチェック弁についての状態データを示す図である。
操作者は先ず、登録しようとする部品が「油圧要素機器」の内の「方向制御弁」に属する「オペレートチェック弁」であることを入力する。そして、このオペレートチェック弁について定性推論の変数である、Ｐｉｎ、Ｆｉｎ、Ｐｏｕｔ、Ｆｏｕｔなどを定性値を用いて状態を記述して入力する。
【００５５】
ここで入力する内容は、オペレートチェック弁の正常・異常の状態で、例えば、異常状態としては「内部リーク」、「詰り」、「制御流れ不能」、「外部リーク」などが列挙できる。
【００５６】
構成部品状態入力部１７は、各構成部品について定性値を用いて記述された正常・異常の各状態毎の変数データを獲得し、このデータを部品状態データメモリ２６に格納する（Ｓ１１）。ここで、作成された部品の状態データは、本設備故障診断装置１で定性推論を行う際に汎用的に使用される。
【００５７】
次に操作者が、入出力装置２から油圧回路を指定して定性推論の実行を指示入力すると、定性シミュレーション部１６は定性推論部１８を起動する。定性推論部１８は回路構成データメモリ２５から、指定された油圧回路と運転モードを読出し、部品状態データメモリ２６から油圧回路に用いられている各構成部品についての状態データを読み出す（Ｓ１２）。
【００５８】
先ず、油圧回路の運転モードを１つ選択しその運転モードに基づいて処理を行う（Ｓ１３）。そして、油圧回路に使用されている構成部品を１つ選択し、さらに異常状態を１つ選択する（Ｓ１４）。そして、定性推論を用いて部品の挙動をシミュレートする（Ｓ１５）。
【００５９】
図１２は、定性推論の手順を示すフロー図である。
選択された部品を、定性推論の始点部品とし（Ｔ１）、その始点部品に異常状態データを初期値として設定する（Ｔ２）。そして、この始点部品に故障が発生しているものとして、運転モードに対応した油圧部品のつながりに従って定性推論を用いた定性値の伝播を開始する（Ｔ３）。尚、以下の説明では、運転モードに従って作動油の流れる方向を下流と呼び、逆方向を上流と呼ぶ。
【００６０】
まず、その構成部品に対して定性推論を適用し（Ｔ４）、次に定性推論を適用した構成部品に上流に影響を及ぼすべき故障が発生しているかどうかを調べる（Ｔ５）。通常、定性推論は下流側の構成部品に向かって順次適用されて処理されていくが、故障の種類によってはその影響が上流の構成部品に及ぶ場合がある。例えば、シリンダーの下流に配置された構成部品に詰りが発生した場合は、その結果上流の構成部品であるシリンダーの動作が遅くなるという異常を引き起こすことになる。
【００６１】
そこで、上流に影響を及ぼすべき故障が発生している場合（Ｔ５  ｙｅｓ）は、これまでとは逆方向に定性推論を行う上位伝播処理（バックトラック処理）を実施する（Ｔ６）。このバックトラック処理は、上流に向かって定性推論を実行するが、上流に伝播しない構造を有している構成部品にまで遡った時点で終了させる。
【００６２】
バックトラック処理の後、下の構成部品まで戻って、回路の経路に従って、下流に定性値を伝播する構成部品があるかどうかを調べ（Ｔ７）、該当する構成部品がある場合（Ｔ７  ｙｅｓ）はその構成部品の処理に移り（Ｔ８）、ステップＴ５〜Ｔ７を繰り返す。該当する構成部品がない場合（Ｔ７  ｎｏ）は、定性推論を終了する。
【００６３】
図１３は、定性推論による推定結果の例を示す図である。
図には、部品Ｖ２に異常が発生し、状態が「圧力高」となった場合の、推定結果が示されている。これによると、部品５は「高速回転」状態となり、部品ｎが「低速回転」状態になる。尚、部品４、部品６はこの運転モードでは使用されていない部品である。この例では前述の「＋」、「０」、「−」ではなく、「高速回転」、「低速回転」といった言葉で表現されているが、これは前述のように予め定性値の３値と構成部品の状態を表す言葉とを対応付けておくことで実現することができる。このように対応付けることで、構成部品の故障状態・動作状態を油圧の専門家でなくとも把握することが容易になる。
【００６４】
定性推論部１８は、このようにして得られた推定結果を挙動データメモリ２７に格納する（Ｓ１６）。そして、全ての部品の全ての状態についての定性推論が終了したかどうかを調べ（Ｓ１７）、まだ、処理すべき部品、処理すべき異常状態が残っている場合（Ｓ１７  ｎｏ）は、ステップＳ１４〜Ｓ１６を繰り返す。
【００６５】
全ての部品の全ての状態についての定性推論が終了した場合（Ｓ１７  ｙｅｓ）は、全運転モードについての定性推論が終了したかどうかを調べ（Ｓ１８）、まだ、処理すべき運転モードが残っている場合（Ｓ１８  ｎｏ）は、ステップＳ１３〜Ｓ１７を繰り返す。そして、全運転モードについての定性推論が終了した場合（Ｓ１８  ｙｅｓ）は、この油圧回路についての定性推論を終了する。
【００６６】
尚、本実施の形態では、状態データを部品状態データメモリ２６に格納しているが本発明はこの形態に限定されるものではなく、例えば状態データをプログラムに組み込んで使用しても良い。プログラムに組み込むことでデータアクセス時間の短縮とノウハウであるこれらのデータの秘密保持を図ることができる。
【００６７】
続いて、故障データベース作成部１９が起動して、故障原因を特定するための故障データベースを作成する。
【００６８】
いま、油圧回路で故障が発生する場合を考えると、人間が「故障」と認識できるのは、目的とする部品の「機械的な動き」が得られないなど外部から状態が観測できるからである。そのため、油圧回路の構成部品のうち、故障として認識できる構成部品を対象部品として選定し、その対象部品の動作をキー項目として上記挙動データを再構成する。
【００６９】
そこで、故障データベース作成部１９は、挙動データメモリ２７を読出し、予め操作者によって指定されている対象部品について異常状態を抽出する（Ｓ１９）。例えば、シリンダーを対象とする場合は、挙動データの中からシリンダーの動作不良を発生させる原因となる構成部品の異常状態データを抽出する。
【００７０】
そして、故障データベース作成部１９はこのデータに基づいて対象部品と各構成部品の対応を示す故障データベースを作成する（Ｓ２０）。図１４は、このようにして作成された故障データベースの構成を示している。
【００７１】
次に、本設備故障診断装置１を用いて油圧回路に発生する各種の故障を診断する方法について説明する。操作者が、入出力装置２から油圧回路を指定して故障診断の実行を指示入力すると、ナビゲーション部１２がその指示を受け付けて故障診断部２０を起動する。
【００７２】
図１５は、本発明の第１の実施形態に係る、故障診断部２０の概略の手順を示すフロー図である。
【００７３】
故障診断部２０は回路構成データメモリ２５を検索して、診断しようとする油圧回路の回路構成と、故障診断のための問診用ダイアログを入出力装置２に表示する（Ｓ３０）。図１６は、診断対象となる油圧回路の構成を示す図であり、図１７は、問診用ダイアログ３５の構成を示す図である。
【００７４】
操作者が問診用ダイアログ３５の運転モード欄３６に運転モードを入力し、動作状態欄３７にその対象部品の異常状態を入力して実行ボタン３９を操作すると、故障診断部２０はそれらのデータを獲得して、故障データメモリ２８を検索する（Ｓ３１）。そして、格納されてある故障データベースから、その運転モードにおける対象部品の異常内容を調べ、該当した異常状態を発生させる構成部品を抽出する（Ｓ３２）。
【００７５】
次に、故障診断部２０は故障履歴データメモリ２９を調べる。この故障履歴データメモリ２０には、その設備における過去の故障履歴、構成部品の寿命などのデータが格納されている、故障診断部２０はこのデータに基づいて上記抽出した構成部品を故障発生の可能性の高い順番に順位を付ける（Ｓ３３）。そして、この順位に従って、原因となりうる構成部品名とその異常内容を入出力装置２に表示する（Ｓ３４）。
【００７６】
図１８は、診断結果の異常部品名と異常原因を表示した図である。このように、故障可能性の高い順序で構成部品名が表示されるため故障原因の推定をより容易に行うことができる。尚、上記順序付けを行わず、原因となりうる構成部品名の表示とともに、故障原因となる構成部品を図１６の回路上で色替え、点滅などを行って強調して故障原因が容易に推定できるように構成しても良い。また、上記順位付けを行った上でさらに表示の色替え、点滅などを行うように構成しても良い。
【００７７】
図１９は、本発明の第２の実施形態に係る、故障診断部２０の概略の手順を示すフロー図である。本第２の実施形態では、第１の実施形態と同一の機能、部位には同一の番号を付して参照し、その詳細の説明は省略する。
【００７８】
故障診断部２０は、ステップＳ３０からＳ３２の手順に従って該当した異常状態を発生させる構成部品を抽出して表示する。そして、操作者が表示された構成部品名を参照して、更に故障発生部品についての確信度を上げたいと考えるとき（Ｓ３５  ｙｅｓ）は、操作者は図１７に示す問診用ダイアログ３５の運転モード欄３６に他の運転モードを入力し、動作状態欄３７にその構成部品の異常状態を入力するとともに他の運転モードの参照欄３８をチェックして実行ボタン３９を操作する。
【００７９】
故障診断部２０はそれらのデータを獲得して（Ｓ３６）、故障データメモリ２８を検索し、格納されてある故障データベースから、その他の運転モードにおけるその対象部品の異常内容を調べ、該当した異常状態を発生させる構成部品を抽出する（Ｓ３７）。そして、この複数の検索結果からそれぞれの運転モードの故障状態に共通する構成部品を抽出して表示する（Ｓ３８）。
【００８０】
図２０は、診断結果の異常部品名と異常原因を表示した図である。異常が発生しているものと推定される構成部品が絞り込まれている。このように他の運転モードを参照するように構成することによって、精度の高い診断結果を得ることができる。
【００８１】
図２１は、本発明の第３の実施形態に係る、故障診断部２０の概略の手順を示すフロー図である。本第３の実施形態では、第１の実施形態と同一の機能、部位には同一の番号を付して参照し、その詳細の説明は省略する。
【００８２】
故障診断部２０は、ステップＳ３０からＳ３２の手順に従って該当した異常状態を発生させる構成部品を抽出して表示する。そして、操作者が表示された構成部品名を参照して、更に故障発生部品についての確信度を上げたいと考えるとき（Ｓ４０  ｙｅｓ）は、操作者は図１７に示す問診用ダイアログ３５の運転モード欄３６に他の運転モードを入力し、動作状態欄３７にその構成部品の状態に「正常」を入力する。そして、他の運転モードの参照欄３８をチェックして実行ボタン３９を操作する。
【００８３】
故障診断部２０はそれらのデータを獲得して（Ｓ４１）、挙動データメモリ２７を検索し、格納されてある挙動データベースから、その他の運転モードで使用されている構成部品を抽出する。そして、上記異常状態を発生させる構成部品からこの構成部品を除外して表示する（Ｓ４２）。
【００８４】
このように他の運転モードの正常状態を参照するように構成することによって、第２の実施形態と同様に精度の高い診断結果を得ることができる。更に、本第３の実施形態を第１、第２の実施形態と組合せて構成することもでき、このように構成すればより使い易く、精度の高い診断結果を得ることができる。
【００８５】
尚、故障診断のサポート機能として、本設備故障診断装置１では、運転モードに対応して油圧回路上を流れる油圧作動油や空気などの媒体の流れる道筋を、識別し易くするため色替えによって表示するようにしている。例えば、図１６に示す回路では、圧油がアクチュエータに至るまでの道筋を「赤」色で表示し、それ以降の道筋を「青」色で自動で表示する。このようにすれば、複雑な構成の回路においても検討する道筋が明瞭となるため、さらに故障部品の特定に有効である。
【００８６】
尚、本実施例で説明した設備故障診断システムでは、設備故障診断装置１が通信回線を介して複数の端末と接続した構成であったが、本発明はこの形態に限定されず、設備故障診断装置１はノートパソコン等を用いたポータブルタイプの装置として構成し、診断、メンテナンスを担当する保全員、又は工場における操業者などがこの設備故障診断装置１を携行して使用するようにしても良い。
【００８７】
尚、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００８８】
【発明の効果】
本発明により、油・空圧回路の専門家の知識を活用することができ、各種の油・空圧回路に汎用的に使用することのできる故障診断装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る設備故障診断装置を用いた設備故障診断システムの構成を示す図。
【図２】システム作成部の概略の動作手順を示すフロー図。
【図３】部品メニューを示す図。
【図４】流量制御弁のアイコン群を示す図。
【図５】構成部品が配置された状態を示す図。
【図６】構成部品同士が接続された状態を示す図。
【図７】運転条件入力画面を示す図。
【図８】終了条件入力画面を示す図。
【図９】バルブのモデルを示す図。
【図１０】定性シミュレーション部の概略の動作手順を示すフロー図。
【図１１】オペレートチェック弁についての状態データを示す図。
【図１２】定性推論の手順を示すフロー図。
【図１３】定性推論による推定結果の例を示す図。
【図１４】故障データベースの構成を示す図。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係る、故障診断部の概略の手順を示すフロー図。
【図１６】診断対象となる油圧回路の構成を示す図。
【図１７】問診用ダイアログの構成を示す図。
【図１８】診断結果の異常部品名と異常原因を表示した図。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る、故障診断部の概略の手順を示すフロー図。
【図２０】診断結果の異常部品名と異常原因を表示した図。
【図２１】本発明の第３の実施形態に係る、故障診断部の概略の手順を示すフロー図。
【符号の説明】
１…設備故障診断装置
２…入出力装置
１３…システム作成部
１４…油・空圧回路作成部
１５…流れシミュレーション部
１６…定性シミュレーション部
１７…構成部品状態入力部
１８…定性推論部
１９…故障データベース作成部
２３…データ記憶部
２４…構成部品データメモリ
２５…回路構成データメモリ
２６…構成部品状態データメモリ
２７…挙動データメモリ
２８…故障データメモリ
２９…故障履歴データメモリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004186503.tif 000016
【図１６】
0004186503.tif 000017
【図１７】
0004186503.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0004186503.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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