JPH0355854B2

JPH0355854B2 -

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Publication number: JPH0355854B2
Application number: JP13999685A
Authority: JP
Priority date: 1985-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1991-08-26
Also published as: JPS621061A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、大型プラントにおける点検保守員の
機器故障診断を支援する装置に係り、特に故障徴
候の確度を向上させて診断の精確度を高めるのに
好適な機器故障診断支援装置に関する。

〔発明の背景〕

一つの機器は複数の故障の仕方、すなわち故障
モードを持つ。例えば、「弁が開いたまま固着し
て動かない」、逆に、「弁が閉じたまま固着して動
かない」等である。大型プラントは多数の機器か
ら構成されており、機器の故障モードは複雑な因
果関係で結ばれている。このため、観測された異
常現象（徴候）から真の故障原因（故障した機器
とその故障モード）を推定するのには、種々の困
難が伴なう。その対策として計算機を用いた自動
診断システムが多数提案されている。

それらの一般的な原理は以下のようなものであ
る。ｉ個の故障原因のベクトルをａ、結果として
表われるｊ個の故障徴候のベクトルをｂ、原因と
結果を関連づけるｉ×ｊの行列をＲとすると、故
障の因果関係は次式で表わせる。

a_pＲ＝ｂ； ∨ ｉ（a_i∧r_ij）＝b_j；∨：max，∧：
min｝ ……(1) ここで、 a_i＝１故障有０故障無 r_ij＝１因果関係有０因果関係無機器の故障診断とは、予め作成された因果関係
Ｒと観測された徴候ｂに基づき、故障原因ａを求
めるために(1)式の逆演算をすることに外ならな
い。

本方法には以下の問題があつた。

(1) 故障の初期は故障か否かはつきりしない。

(2) 因果関係にもあいまいさが存在する。

(3) (1)、(2)のために診断不能もしくは誤診断の可
能性がある。

この対策として、例えば、「あいまい論理を用
いた異常診断」『システムと制御』誌、Vol.24、
No.11、pp.719〜725.1980が提案された。このあい
まい診断方法では、a_iやr_ijに対して、強弱の概念
を入れており、 a_i＝〔０、１〕 r_ij＝〔０、１〕となつている。本方法においては、あいまいな徴
候も入力でき、診断も当然のことながら、その確
信の度合（確度）を反映して b_j＝〔０、１〕となる。さらに故障が存在しないことを関係づけ
る a^c _pＲ＝b^c ……(2) を用いた裏診断により診断の補強も行う。ある確
度を付加した診断結果及び診断の確度を向上させ
るために、必要な徴候の確認要請を出力する。

ところが、あいまい診断の手法を用いてもな
お、以下のような不具合がある。

(1) 人間が故障診断をする経過では、因果関係の
みならず原因となる機器が故障しやすいか否か
（故障確率の高低）も考え合せて判定する。

(2) 故障は原因と結果に単純に分けられない。多
数の階層からなる場合、また結果が複数個の機
器の同時故障（複数原因）から発生する場合も
ある。

(3) 複数機器の故障（多重原因）により徴候が発
生する場合もあるのに、一つの原因（共通原
因）により発生するものと仮定して診断してい
る。

これらの問題点の対策として、故障樹木
（Fault Tree）、原因結果関連樹木（Cause−
Consequence Tree）、や故障因果関係ネツトワ
ークを用い、これに確度や故障確率を関連付けて
故障診断する方法がある。本方法は故障因果関係
ネツトワークを用い、ｂ及びＲに存在する確度と
ａが持つ故障確率をｂが観測された条件の基でベ
イズの定理（Bayes decision rule）により変換
した事故確率との積をとり、これを診断の確度
（荷重）としている点が特徴である。

しかし、本方法においても以下に示す不備がな
お存在する。

(1) 共通原因と多重原因とを同時に見ているが、
共通原因の方が確率的に発生しやすい。

(2) 徴候から原因を推定し逆にその原因から徴候
を推定した際に矛盾が生じた時、徴候観測に誤
ちが生じたかあるいは予め入力された因果関係
にない新たな因果関係が生じた可能性もある
が、その対策は検討されていない。

なお、あいまい論理に関する最近の動向を紹介
する文献として、「実用化が始まつたフアジイ理
論」、『日経エレクトロニクス』誌、1984.12.3.No.
357、pp.165−192がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、共通原因と多重原因の推定結
果の組合せで真の故障原因を推定でき、しかも徴
候観測の誤りや新たな因果関係発生の可能性も示
唆できる機器故障診断支援装置を提供することで
ある。

〔発明の概要〕

本発明においては、故障の因果関係を、“if−
then規則”の形で予め記憶しておく。原因推定の
荷重の計算方法を以下に示す。観測された徴候を
b_g ^*、その観測確度を＜b_g ^*＞とする（ｇ＝１〜
Ｇ）。b_g ^*のうち任意のｋ個が一つの共通原因によ
り発生するとした時に、a_iがその共通原因である
ための荷重＜q_ai＞_kを次式で計算する。

すなわち、ｋ個の徴候b_g ^*が観測された時の事
故確率と、因果関係の到達可能性と、徴候の確度
の相乗平均との積で原因推定の荷重とする。(3)式
の荷重評価式では、多重原因でも共通原因でも荷
重が０〜１の範囲となり、ほぼ等価な荷重を与え
るため、共通原因か多重原因かの区別がつかな
い。

ところで、人間が故障診断する過程において
は、故障の因果関係のみではなく、その原因が発
生しやすいか否かを検討する。この場合、共通原
因と多重原因を比較すれば、一般に共通原因の方
が発生しやすい。

また、診断精度向上のために、推定された原因
から逆に結果側に探索し、観測された徴候にない
新たに徴候が推定された時、それを見逃された徴
候と見なして観測要請をする方法は、異常診断で
は良く知られた方法である。

しかしながら、観測要請をした徴候が確認され
れば良いが、されない場合には、元の徴候観測に
誤りがあつた可能性が生じる。従つて、元の観測
にも誤りがないことを確認した段階で初めて、予
め入力された因果関係にない新たな因果関係に対
応する事象が発生したと見るべきである。

本発明では、見逃し徴候の判定のみならず、誤
り徴候の可能性及び新たな因果関係の発生の可能
性を判断し、保守員もしくは故障診断の専門家に
対してそのことを表示する装置を提供するもので
ある。

新たに徴候を観測するには、通常の点検、保守
の手順以外の機器の操作をする必要が生じる場合
もありうる。この場合、その操作を実施する場
所、通常運転時の点検の可能性、操作に必要な各
ステツプを表示することが大切である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例における機器故障診
断支援装置の全体構成を示すブロツク図である。
図において、１は表示画面付入出力装置、２は入
出力制御装置、３は演算処理装置、４は処理プロ
グラム格納装置、５はデータベース格納装置であ
る。処理プログラム格納装置４は、さらに原因側
探索プログラム格納装置４ａ、徴候側探索プログ
ラム格納装置４ｂ、画面表示プログラム格納装置
４ｃからなる。また、データベース格納装置５
は、さらに因果関係格納装置５ａ、原因候補格納
装置５ｂ、徴候候補格納装置５ｃ、観測操作手順
格納装置５ｄから構成されている。

次に本装置の故障診断処理手順を、第２図を参
照しながら、順を追つて説明する。

１処理６では、観測された故障の徴候が表示画
面付入出力装置１から入力され、徴候候補格納
装置５ｃに格納される。

２処理７においては、まず演算処理装置３に原
因側探索プログラム４ａが呼び出され、因果関
係格納装置５ａにあつた因果関係により(3)式に
示した計算が行なわれる。この計算の手順は以
下の様に進められる。

(a) 総ての徴候が一つの共通原因から発生する
ものとして原因の荷重を計算し、処理８にお
いて荷重が１に近ければ共通原因と判定し
て、原因候補格納装置５ｂに格納する。

(b) もし荷重が０に近い時は、(3)式により順次
多重原因の荷重を計算し、処理９において荷
重が０に近いと判定すれば、故障診断不能と
して処理１０に進む。

(c) もし荷重が１に近い時は、徴候観測の誤り
か多重原因のいずれかである。処理１１にお
いて、第１回目の観測結果か否かを判定す
る。もし初めてであれば、誤り徴候と判断
し、画面表示プログラム４ｃが演算処理装置
３に呼び出され、誤り徴候観測要請１２を表
示して、プログラムは初期化される。

(d) もし、再観測された後であれば、多重故障
であると判定され、原因推定は終了する。

３処理１３においては、原因徴候格納装置５ｂ
に格納された原因及び５ａ内の因果関係に基づ
き、演算処理装置３の呼び込まれた徴候側探索
プログラム４ａにより徴候推定が行なわれる。
ここでの判断の手順は以下の様に進められる。

(a) 処理１４において、もし推定された徴候が
総て観測されていれば、故障原因は同定され
たものとして診断は終了する。

(b) もし５ｃに格納された徴候にない新たな徴
候が存在し、もしくは処理９により故障原因
推定不能のものが存在すれば、見逃し徴候の
可能性がある。もし処理１０により本処理部
に初めて来たと判定されれば、見逃し徴候が
存在するものとして観測要請１５が表示さ
れ、プログラムは初期化される。

(c) もし、処理１０に２度来た時は、処理１６
に初めて来たものであれば、因果関係に誤り
が存在すると判定され見直し要請１７が表示
され、プログラムは初期化される。

(d) もし、処理１６に再び入つて来た時は、診
断不可能と表示され、診断を終了する。

なお、誤り徴候１２や見逃し徴候１５の表示の
際には、観測操作手順格納装置５ｄに格納されて
いる当該機器の位置、観測の可能性、（操作を必
要とする場合は）その手順も伴せて、画面表示プ
ログラム４ｃにより表示画面付入出力装置１に表
示される。

次に、第１図及び第２図に示した本発明の一実
施例を、具体例を用いて、更に詳しく説明する。

第３図は、本発明の一実施例を詳細に説明する
ために使用する沸騰水型原子力発電所の制御駆動
系の配管系統（制御棒挿入時）を示す系統図であ
る。駆動水ヘツダー１８から供給される駆動水１
９は、手動弁２０、逆止弁２１、電磁切断弁２
２、手動弁２３を経由して制御棒駆動機構２４の
下部２５に流入し、制御棒２６を押し上げる。こ
の時、制御棒駆動機構上部２７に溜つていた水
は、手動弁２８、電磁切断弁２９、手動弁３０を
通り、排出水３１として排出される。この場合、
電磁切断弁２２と２９は開いており、電磁切断弁
３２と３３は閉じている。制御棒引き抜き時には
逆に、電磁切断弁３２と３３が開いており、電磁
切断弁２２と２９は閉じている。駆動水は挿入時
と全く逆の過程で流れる。スクラム（緊急炉停
止）時には通常閉じている空気作動弁３４，３５
が開き、アキユムレータ３６内の水が制御棒駆動
機構下部２４に急速に注入される。なお図中、３
７はスクラム供給水、３８はスクラム排出水、３
９は冷却水、４０は駆動水流量計である。

以下、第２図の各ステツプに対応させて、本発
明の故障診断手順をより具体的に説明する。各文
章において、（）内にステツプと表すのは、第
２図の処理段階である。

第４図は、制御棒配管系統に関する因果関係ネ
ツトワーク図の一部であり、OR関係のみから成
り立つている。実線楕円は運転中観測可能な故障
モードを示し、破線楕円は定期検査（定検）中観
測可能な故障モードを表わしている。

いま故障モード４１（駆動水圧力高）が徴候と
して観測され、観測の確からしさは0.9であると
する（ステツツプ６，７）。つまり(3)式において
徴候の数はｇ＝１で、徴候b₁ ^*が故障モード４１
となり、＜b₁ ^*＞＝0.9である。取り得る組合せの
数は１個だからｋ＝１のみとなり、Ｌ＝１であ
る。故障モードa_iの対象は因果関係ネツトワーク
図上の徴候を除いた総ての故障モードである。こ
のうち、徴候b₁ ^*から原因側にたどれる、すなわち π ｇ∈ｋP_igが０でない故障モードは故障モード４２，４９である。徴候４１
が観測されたという条件の下での事後確率を求め
れば、(3)式から荷重が総て得られる。第４図で故
障モード４２〜４９の右肩に示す数字がそれであ
り、この値は各故障モードの発生確率の比を表わ
している。この例で、最も原因側で見るものとす
ると、最も荷重が大きいものとして、故障モード
４６が選択される（ステツプ８）。

ところで第３候補である故障モード４９も真の
原因であれば、故障モード４１の外に、故障モー
ド４５，５０，５１が徴候として観測されるはず
である。先に共通原因であるとの一応の結論が出
たところで、徴候推定を行ない（ステツプ13）、
入力された徴候と比較してみると（ステツプ14）、
そこには格納されていない新たな徴候があること
が予想される。この場合は、初めての徴候である
と判定され（ステツプ10）、見逃し徴候が存在す
るものとして、観測要請が表示され（ステツプ
15）、プログラムは初期化される。

見逃し観測要請に基づき、保守・点検者が再度
簡素した結果、故障モード５０が観測された場合
について、第５図を用いて説明する。第５図は、
故障モード５０が観測され、その観測確度が1.0
の場合を示している。すなわち、＜b₂ ^*＞＝1.0で
ある。この場合、徴候の数はｇ＝２となる。取り
得る組合せの数はｋ＝２とｋ＝１の場合が存在す
る。まずｋ＝２つまり共通原因の場合について計
算する。その結果を第５図の右肩のカツコなしに
示す。二つの徴候から到達可能な故障モードとし
て故障モード４５と４９があり、その荷重は0.95
と１に近いので（ステツプ13）、故障原因が推定
できたものとして診断は終了する（ステツプ14）。
なおカツコ内はｇ＝２、ｋ＝１とした場合の荷重
を参考として示している（ステツプ13，14）。こ
の場合、故障モード４３と４５が独立に発生と評
価される。

次に診断結果の表示例を制御棒駆動系のもう一
つ別の徴候が観察された場合を例にとり示す。こ
こでは制御棒駆動機構の挿入停止不可が発生した
場合について述べる。第６図は原因推定結果の表
示例である。この場合、荷重が〜0.5までに４種
類の原因候補が推定され（ステツプ６，７，８）、
原因を絞ることができない（ステツプ９）。そこ
でこの場合新規徴候であるから（ステツプ10）、
第７図にその表示例を示すように、観測要請（見
逃し徴候に対する）を表示する（ステツプ15）。
それに基づいて行なわれた再観測結果に基づく表
示例を第８図に示す。これは電磁切断弁１２１の
徴候観測確度が0.7の場合であり、故障原因が電
磁切換弁のリークに絞られている（ステツプ６，
７，８，13）。ここではさらにその原因となる機
器の構成部品の故障モードの推定結果も合せて示
してある。なお弁の番号は第３図にカツコ内で示
した数値のことである。

さて、徴候を観測するための点検には操作を必
要とするものがある。例えば第３図において弁１
２１、弁１２３にリークが存在するか否かの点検
では、観測操作手順格納装置５ｄ内の情報が第９
図に操作の表示例を示すように画面表示プログラ
ム４ｃにより表示される。これに応じて、系統テ
ストを実施する必要がある。第９図に示す例で
は、系統流量の相違によりリークを判定できる。
この場合は推定された原因候補の徴候を観測でき
る場合の例であり、故障の原因を確実に同定でき
る。

次に見逃し徴候観測要請以外の誤り徴候観測要
請及び因果関係見直し要請の場合について簡単な
例をとり説明する。ここでは話を簡単にするた
め、各機器の故障モードを符号を用いて略記す
る。第１０図は原因推定ができない場合、第１１
図は共通原因の推定が不可能かつ多重原因の推定
が可能な場合、第１２図は機器の同時故障により
結果が生じる（ANDゲートで接続される）場合
の例を示している。

第１０図において、事象５２と５３が観測確度
0.5で観測された場合（ステツプ６，７，８）、因
果関係の確度も低いため、原因として推定される
候補５４と５５の確度が0.05と低い（ステツプ
９）。このため、ここではさらに観測される情報
を必要とするので、第１３図に示す見逃し観測要
請を表示する（ステツプ10，15）。もし観測結果
が不変であれば（ステツプ６から再びステツプ10
まで通過）、この時は因果関係に誤りの可能性が
あるものと判断（ステツプ16）、第１４図に示す
様に、因果関係に十分詳しい熟練保守員（エキス
パート）に対し因果関係見直し要請を表示する
（ステツプ17）。さらに因果関係に誤りがなけれ
ば、第１５図に示す推定不能の結果を表示する
（ステツプ16へ再入）。

第１１図では、二つの観測された徴候５６，５
７の共通原因を推定する（ステツプ６，７，８）。
この例では原因６２が推定されるが確度は図中に
カツコなしの数値で示す様に0.05と低い。次に多
重原因を推定する（ステツプ９）、図中カツコ内
の数値で示すように原因６０，６１，６２が0.5
と同等の値を示す。この場合、各機器の故障確率
が0.01であれば、共通原因の発生確率は0.01であ
るが、多重原因の発生確率は0.0001と低くなる。
すなわち原因推定に関し荷重と発生確率の間に矛
盾が生じる訳である。ここは初めてだから、まず
第１６図に示す様に徴候の見直し要請（誤り徴候
観測要請）を表示する（ステツプ11，12）。もし
観測徴候が不変であれば、多重故障が発生したも
のと判定し診断を終了する（ステツプ９，11，
13，14）。なお、５８と５９は途中の故障モード
である。

第１２図では、結果６３がANDゲート６４を
介して故障モード６５と６６に結びついている場
合である。結果６３が観測確度1.0で観測されれ
ば（ステツプ６，７，８）、原因６５と６６は必
らず発生している（ステツプ９）。ところが徴候
側探索をすると故障モード６７を必らず発生して
いるはずである。そこで第１７図に示す様に、
AND徴候観測要請を表示する（ステツプ13，14，
10）。この要請は見逃し徴候観測要請の特殊な例
である。もし故障モード６７が観測されない時は
（ステツプ10）、徴候６３に対する見直し要請を表
示する（ステツプ16，17）。もし観測結果が不変
であれば（ステツプ10）、因果関係見直し要請を
表示する（ステツプ16，17）。もし因果関係が不
変であれば、原因推定不能を表示し診断を終了す
る（ステツプ16再入）。

なお、本発明の故障診断では、点検保守員の観
測結果に基づき判断し、さらに診断の精度を上げ
るために観測要請する手順を、十分な確度が得ら
れるまで対話型で繰り返す方法を採用している。
将来、点検保守の自動化がなされれば、本発明で
示した処理手順を適用して、自動診断装置を構成
できる。その際の診断結果は、中央制御室の表示
画面上に表示されることになろう。

〔発明の効果〕

本発明によれば、共通原因と多重原因の探索結
果とを組合せ、推定原因に加えて、見逃し徴候、
誤り徴候、新規の因果関係を判断でき、より詳細
な故障徴候観測を行ない、精確に故障診断でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による機器故障診断支援装置の
一実施例を示すブロツク図、第２図はその処理手
順を示すフローチヤート、第３図は本発明の故障
診断対象の一例として用いる制御棒駆動系の構成
を示す系統図、第４図及び第５図は同系統の因果
関係ネツトワーク図、第６図〜第９図は同系統診
断結果の表示画面図、第１０図〜第１２図は他の
系統の因果関係ネツトワーク図、第１３図〜第１
７図はそれら系統の診断結果の表示画面図であ
る。１……表示画面付入出力装置、２……入出力制
御装置、３……演算処理装置、４……プログラム
格納装置、４ａ……原因側探索プログラム格納装
置、４ｂ……徴候側探索プログラム格納装置、4c
……画面表示プログラム格納装置、５……データ
ベース格納装置、５ａ……因果関係格納装置、５
ｂ……原因候補格納装置、５ｃ……徴候候補格納
装置、５ｄ……観測操作手順格納装置。

Claims

【特許請求の範囲】１観測された故障の徴候等を入力する入力装置
と、故障の因果関係と原因候補と徴候候補とを格
納する記憶装置と、故障徴候に基づき故障原因を
探索する一方で故障原因に基づき故障徴候を探索
するとともに種々の判定を行なう演算処理装置
と、故障診断結果等を表示する出力表示装置とか
らなる機器故障診断支援装置において、演算処理
装置が、故障原因を同定できないときに、その態
様に応じて誤まり徴候観測要請と見逃し徴候観測
要請と因果関係見直し要請とを出す機能を有し、
記憶装置が、前記各要請の出されたときに実行す
べき観測手順を格納して、出力表示装置が同定結
果とそれら要請を表示することを特徴とする機器
故障診断支援装置。２特許請求の範囲第１項において、演算処理装
置が、故障原因の探索機能として共通原因と多重
原因の探索機能を持ち、まず共通原因の確度が高
い時には共通原因と判断し、共通原因の確度と多
重原因の確度が共に低い時は故障原因推定不能と
判断し、共通原因の確度は低いが多重故障の確度
が高い時は第１回目の観測結果に誤まりの可能性
があると判断し、第２回目の観測結果に変化がな
い場合に多重故障であると判断する機能を有する
ことを特徴とする機器故障診断支援装置。３特許請求の範囲第１項または第２項におい
て、演算処理装置が観測された徴候に基づく原因
探索により得られた確度の高い原因候補に基づき
徴候探索して得られた確度の高い徴候候補の中
に、観測されない徴候が存在する時は、記憶装置
に記憶された因果関係に誤まりがあると判断し因
果関係見直し要請を出す機能を有することを特徴
とする機器故障診断支援装置。