JPH06253374A - 自律協調型コンピュータシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自律的に協調動作を実行する新しい概念に基
づくコンピュータシステムの内部構造を明らかし、自律
分散システムの汎用的な構成要素たるコンピュータシス
テムの実現を目的にしている。 【構成】 目的とする処理を実行する処理実行手段と、
処理実行手段の処理を抽象化した処理モデルを記述する
処理モデル記述手段を含み、処理実行手段の制御を行う
制御手段と、処理実行手段の動作を監視するセンサ部を
含み、センサ部で検出した情報を加工して、制御手段へ
フィードバックするフィードバック手段と、各手段間の
通信を行う通信手段により構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ネットワークなどで互
いに接続された分散環境下で、他のコンピュータや機器
類と協調して、与えられた目的を自律的に実行する自律
分散システムを構成するコンピュータシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自律分散システムとは、システムを構成
する各要素（サブシステム）が個々に自律性を保ちつつ
行動しながらお互いに協調し、システム全体として秩序
を生成するシステムのことである。このような自律分散
システムについては、計測自動制御学会の会誌である計
測と制御の１９９０年１０月号に特集がある。その巻頭
論文（伊藤正美：自律分散システムはいかにして構成さ
れるか、計測と制御、Ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．１０、Ｐ
Ｐ．８７７−８８１、１９９０）には、「自律分散シス
テムには多くの期待が寄せられているが、概念だけが先
行していて、その理論展開はまだほとんど行われておら
ず、どのような構成原理によれば自律分散システムが実
現できるのかわかっていない。」との記述があり、まだ
自律分散システムの構成要素となるコンピュータなどの
機器の内部構造については具体例がない。

【０００３】一方、特定用途の自律分散型のシステムと
しては、特開昭６１−１９１８０１の「発電プラントの
制御システム」や特開昭６４−２５２４５の「自律分散
型マンマシンシステム」などが提案されている。図１３
に発電プラントの制御システムの構成図を、図１４に自
律分散型マンマシンシステムをそれぞれ示す。いずれ
も、他と協調しながら目的とする制御や操作を行えるよ
う工夫されているが、ある特定の目的のために、定めら
れた処理を手順どおりに実行しているにすぎず、用途の
限定された専用システムとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
システムは限られた用途のための特定の自律動作を行う
だけであり、汎用の自律協調型のコンピュータシステム
を提供するものではない。一般的な自律分散システムの
構成要素である汎用性の高い自律協調動作を実行するコ
ンピュータは概念形成の段階であり、具体的な内部構造
について報告された例はまだないのが実状である。本発
明では、このような自律的に協調動作を実行する新しい
概念に基づくコンピュータシステムの内部構造を明らか
にするもので、自律分散システムの汎用的な構成要素た
るコンピュータシステムの実現を目的にしている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る自律協調
型コンピュータシステムは、目的とする処理を実行する
処理実行手段と、上記処理実行手段の処理を抽象化した
処理モデルを記述する処理モデル記述手段を含み、上記
処理実行手段の制御を行う制御手段と、上記処理実行手
段の動作を監視するセンサ部を含み、該センサ部で検出
した情報を加工して、上記制御手段へフィードバックす
るフィードバック手段と、上記各手段間の通信を行う通
信手段とで構成されたものである。

【０００６】また、制御手段において、処理モデル記述
手段のモデル記述の解釈を行うモデル記述解釈手段と、
上記モデル記述解釈手段により解釈した内容により処理
実行手段の処理を操作する処理操作手段とを有する。

【０００７】また、フィードバック手段において、セン
サ部からの情報を分析する分析手段を有する。

【０００８】また、フィードバック手段または制御手段
において、目的とする処理を最適化する最適化手段を有
する。

【０００９】

【作用】システムが遂行しようとする外部環境との通信
処理を含む処理は、処理実行手段により実行される。

【００１０】制御手段内の処理モデル記述手段は、上記
の処理を抽象化した処理モデルの内容を論理的に記述す
る。また、制御手段内のモデル記述解釈手段は、処理モ
デル記述手段のモデル記述の解釈を行う。また、制御手
段内の処理操作手段は、モデル記述解釈手段により解釈
した内容により処理実行手段の処理を操作する。

【００１１】フィードバック手段内のセンサ部は、処理
実行手段により実行される処理を監視する。また、フィ
ードバック手段内の分析手段は、センサ部からの監視情
報を受け外部環境の変化などのシステムの動作状態の変
化を分析する。

【００１２】フィードバック手段または制御手段内の最
適化手段は、システムの動作状態の変化に応じて最適な
実行状態を選定し、制御手段内の処理モデル記述手段の
モデル記述を変更する。

【００１３】

【実施例】実施例１．図１に本発明の一実施例を示す。
図中１は処理実行部で、オブジェクト指向プログラミン
グによりプログラミングされたオブジェクト１１が実行
され、システムの目的とする処理がなされる。２は制御
部で、上記処理実行部の処理を抽象化した処理モデルを
記述する処理モデル記述部２１と、記述解釈部２２、処
理操作部２３を含む。３はフィードバック部で、センサ
部３１と分析部３２、最適化部３３を含む。４は上記各
部の通信を行う通信部である。５はネットワークで、他
のコンピュータや機器類などからなる外部環境６が接続
されている。

【００１４】次に上記構成の自律協調型コンピュータシ
ステムの動作を、図２に示す模擬的なプラントシステム
の一部を例にとって説明する。図２は本発明の自律協調
型コンピュータシステム１００の他に、ネットワーク５
と外部環境として、オペレータからの入力や表示を行う
マンマシン装置６１、ポンプＡ６２、ポンプＢ６３、お
よび流量計６４からなる。図２の機器類（ポンプや流量
計）は図３に示すような構成をしており、ポンプを起動
することにより流体を流し、その流量を流量計で計測す
るという働きをする。２つのポンプは２重系となってお
り、一方に故障があっても他方でバックアップする仕組
みになっている。自律協調型コンピュータシステム１０
０は、この機能を満たす制御を行うコンピュータで、以
下詳細にその動作について説明する。

【００１５】制御部２中の処理モデル記述部２１は、図
４に示すようなイベント駆動を動作原理とする状態遷移
モデルに基づく言語仕様を持ったモデル記述言語であ
り、処理実行部１中のオブジェクト１１の動作を状態遷
移の視点から規定する。また、処理操作部２３は、図５
に示すように、イベントの待ち行列であるイベントキュ
ー２３１と、該イベントの履歴を管理するイベントスタ
ック２３２、およびイベント駆動の動作を実行するイベ
ント駆動部２３３からなる。

【００１６】まず、正常時の動作を以下のシナリオを想
定して説明する。 ＜シナリオ１＞(1) オペレータがマンマシン装置の起動
ボタンを押しポンプＡに起動をかける。 (2) ポンプＡが回転し、定常回転になるとマンマシン装
置に回転中の表示がなされる。

【００１７】正常時のポンプの状態遷移図は図６に示す
とおりである。この状態遷移図で示された状態遷移モデ
ルは、図４のモデル記述言語により個々の遷移単位で記
述される。例えば停止状態からＯＮ信号（マンマシン装
置から送られる）のイベントにより駆動された回転中状
態への遷移は、図７（ａ）で示される。ここで記述のな
い条件列やイベント列は空欄になっている。アクティビ
ティは状態遷移が起こったときの動作を表し、この場合
アクティビティ１とは実際のポンプＡに起動信号を送る
ことになる。また、回転中状態から定常回転信号（ポン
プＡから送られる）のイベントにより駆動される定常回
転状態への遷移は、図７（ｂ）で示される。この場合、
アクティビティ２が実行されることになっており、その
内容はマンマシン装置に回転中の表示を行わせることで
ある。

【００１８】以下上記のシナリオ１にそって正常時の動
作を図２、図５、図６を用いて説明する。まず、マンマ
シン装置６１からＯＮ信号がネットワークを通じて自律
協調型コンピュータシステム１００に送られる。自律協
調型コンピュータシステム１００内では、処理実行部で
受信した該ＯＮ信号が処理操作部２３へ送られ、イベン
トキュー２３１を経由して、イベント駆動部２３３へ入
力され、同時にイベントスタック２３２に蓄えられ履歴
として保存される。イベント駆動部では、処理モデル記
述部２１の内容である図７（ａ）を、記述解釈部を介し
て読みとり、この記述に従って処理実行部１中のオブジ
ェクトであるポンプＡを、現在の状態（初期状態）の停
止状態から回転中状態に遷移させ、同時にオブジェクト
・ポンプＡ中のアクティビティ１を動作させる。これに
よりネットワーク５を通してポンプＡ６２に起動信号が
送信され、実際にポンプＡが回転を始める。そして定常
回転になると、ポンプＡ６２から定常回転信号をネット
ワーク５を介して受け取り、上記と同様な動作が行われ
る。すなわちオブジェクト・ポンプＡは定常回転状態に
遷移し、同時にアクティビティ２が起動され、マンマシ
ン装置にネットワーク５を介してポンプＡ回転中の表示
指令が出される。

【００１９】次に、異常時の動作を以下のシナリオを想
定して説明する。 ＜シナリオ２＞(1) オペレータがマンマシン装置からポ
ンプＡに起動をかけようとする。 (2) ところがポンプＡは故障のため起動しない。 (3) そこでマンマシン装置にポンプＡの故障が表示さ
れ、かつ自動的にバックアップとなっているポンプＢが
起動される。

【００２０】シナリオ２の(1) はシナリオ１の(1) と同
じ動作で、ポンプＡ６２に起動信号が送信される。とこ
ろが、ポンプＡは故障のため起動しない。したがってい
つまでたっても定常回転信号のイベントが発生しない。
このときフィードバック部３のセンサ部３１はイベント
の状況を常時モニタしており、その情報を分析部３２に
送っている。分析部３２では図８の知識ベースが活用さ
れ、もう一方の条件である流量計６４の値を調べるため
に、処理実行部内のオブジェクト・流量計に値の問い合
わせを行う。オブジェクト・流量計はネットワーク５を
介して実際の流量計の値を調べ、分析部３２にこの値を
転送する。ポンプＡが停止したままなので流量計の値は
０である。したがって、分析部はポンプＡを停止状態で
の故障と判断し、この結果を最適化部３３に送る。最適
化部３３は図９のフローチャートに示した動作を実行す
る。分析部から受け取った結果によって、ポンプＡは停
止状態での故障と判断され、処理９２により図１０に示
す停止状態での故障を表す状態遷移を同定する。次に処
理９３により処理モデル記述部２１において、図６に相
当する従来の正常時のモデル記述が、図１０の状態遷移
に相当する故障時のモデル記述に置き換えられる。そし
て、処理９４により処理操作部２３内のイベントスタッ
ク２３２から、一つ前のイベントであるＯＮ信号を取り
出し、今度は図１０の故障時の状態遷移モデルを持った
ポンプＡに送る。すると、ポンプＡは初期状態の停止状
態から回転不能の状態に遷移し、アクティビティ３が実
行される。アクティビティ３の実行により、マンマシン
装置にはポンプＡの故障表示がなされ、同時にバックア
ップであるポンプＢに対してＯＮ信号がイベントとして
送信される。

【００２１】以上のように異常が起こった場合も、処理
実行部１のオブジェクト１１を直接変更することなく、
処理モデル記述部２１の記述を変更するだけでシステム
の振る舞いが変更される。このように、処理モデル記述
部２１でのモデル記述と、センサ部３１での監視動作に
より、処理実行部は自律的な協調動作を実行することが
できる。本発明による自律協調型コンピュータシステム
は、自律協調動作の主要部を実行処理部ではなく制御部
とフィードバック部に負わせたので、特定の応用システ
ムによらず汎用的な自律分散システムの構成要素として
適用することができる。

【００２２】従来の同種の制御システムにおいては、上
記と等価な処理はすべて処理実行部に相当する部分でな
されており、システムの本来の目的の処理を直接実行す
るわけではない制御部やフィードバック部に相当する部
分がなかった。したがって、そのシステム専用の自律協
調動作しか実行できず、本発明で示したような汎用の自
律分散システムを構成することはできない。

【００２３】実施例２．上記実施例では処理モデル記述
手段を、目的とする処理の状態遷移モデルに基づいて記
述したが、図１１に示す実体関連モデル（ＥＲモデル）
に基づいて記述しても良い。図１１中の長方形は実際の
対象物（オブジェクト）に相当する実体を示し、ひし形
がそれらの間の関連を示している。ＥＲモデルは情報の
構造を記述するのに適している。

【００２４】実施例３．処理モデル記述手段を、図１２
に示すデータフローモデルに基づいて記述しても良い。
図１２中のバブル（円）は処理を表し、矢印はデータの
流れを示している。データフローモデルは処理の流れを
記述するのに適している。

【００２５】実施例４．処理モデル記述手段を、状態遷
移モデル、実体関連モデル、データフローモデルのいず
れか２つまたはすべての組み合わせにより記述しても良
い。このようにすることにより、多面的な視点でモデル
記述を行うことができる。

【００２６】実施例５．上記実施例では最適化手段をフ
ィードバック手段内に配置したが、制御手段内に配置し
ても良い。

【００２７】実施例６．分析手段や最適化手段に学習機
能を付与して、分析の知識ベースや処理モデル記述の同
定を、新たな状況に応じて追加更新できるようにする
と、より自律性の高いシステムを構築することができ
る。

【００２８】実施例７．上記実施例ではオブジェクト指
向のプログラム言語を想定していたが、手続き型や論理
型あるいはリスト型など他の言語を用いても良い。

【００２９】実施例８．上記実施例では処理実行手段と
制御手段とフィードバック手段がひとつの機器内に存在
するように説明したが、各々が通信手段で結ばれておれ
ば、別々の機器にあっても良い。また、各手段内の要素
手段たとえばセンサ部や分析部なども、各々別々の機器
に分散されて配置されていても良い。

【００３０】

【発明の効果】請求項１、２、３及び４の発明によれ
ば、目的とする処理を実行する処理実行手段と、上記処
理実行手段の処理を抽象化した処理モデルを記述する処
理モデル記述手段を含み、上記処理実行手段の制御を行
う制御手段と、上記処理実行手段の動作を監視するセン
サ部を含み、該センサ部で検出した情報を加工して、上
記制御手段へフィードバックするフィードバック手段
と、上記各手段間の通信を行う通信手段とで構成したの
で、特定の応用システムによらず汎用的な自律分散シス
テムの構成要素たる自律協調型のコンピュータシステム
を提供し、より柔軟で適用範囲の広い自律分散システム
を容易に構築することができる。

【００３１】請求項５の発明によれば、状態の遷移に基
づく動的な視点で処理モデル記述を行える効果がある。

【００３２】請求項６の発明によれば、外部から与えら
れるイベントを有効に管理できる効果がある。

【００３３】請求項７の発明によれば、情報の構造に注
目した視点で処理モデル記述を行える効果がある。

【００３４】請求項８の発明によれば、処理の流れに注
目した視点で処理モデル記述を行える効果がある。

【００３５】請求項９の発明によれば、さらに多面的な
視点に立った柔軟な構造の処理モデルを記述することが
できる効果がある。

【００３６】請求項１０及び１１の発明によれば、新た
な状況に応じて分析の知識ベースや処理モデル記述の同
定を追加更新でき、より自律性の高いシステムを構築す
ることができる。

【００３７】請求項１２の発明によれば、分散位置する
ことにより、より小型のコンピュータや機材を用いるこ
とができ、コストの低いシステムを構築することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自律協調型コンピュー
タシステムの構成図である。

【図２】本発明の一実施例の動作を説明するための模擬
的なプラントシステムの構成図である。

【図３】図２の模擬プラントシステムにおけるプラント
機器の接続図である。

【図４】本発明の一実施例における状態遷移モデルに基
づく処理モデル記述の例を示す説明図である。

【図５】本発明の一実施例における制御部の詳細な構成
図である。

【図６】本発明の一実施例における正常時のポンプの状
態遷移モデルを表す状態遷移図である。

【図７】本発明の一実施例におけるポンプの状態遷移モ
デルに基づく処理モデル記述の例を示す説明図である。

【図８】本発明の一実施例における分析手段の知識ベー
スの一部の例を示す説明図である。

【図９】本発明の一実施例における最適手段の処理を表
すフローチャートである。

【図１０】本発明の一実施例における停止状態での故障
時のポンプの状態遷移モデルを表す状態遷移図である。

【図１１】本発明の他の実施例における実体関連モデル
（ＥＲモデル）に基づく処理モデル記述の例を示すブロ
ック図である。

【図１２】本発明の他の実施例におけるデータフローモ
デルに基づく処理モデル記述の例を示す図である。

【図１３】従来の発電プラントの制御システムの構成図
である。

【図１４】従来の自律分散型マンマシンシステムの構成
図である。

【符号の説明】

１ 処理実行手段 ２ 制御手段 ３ フィードバック手段 ４ 通信手段 １１ オブジェクト ２１ 処理モデル記述手段 ２２ 記述解釈手段 ２３ 処理操作手段 ３１ センサ部 ３２ 分析手段 ３３ 最適化手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 史 神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２号 三 菱電機株式会社制御製作所内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自律的に他と協調して処理を実行する自
   律協調型コンピュータシステムにおいて、目的とする処
   理を実行する処理実行手段と、上記処理実行手段の処理
   を抽象化した処理モデルを記述する処理モデル記述手段
   を含み、上記処理実行手段の制御を行う制御手段と、上
   記処理実行手段の動作を監視するセンサ部を含み、該セ
   ンサ部で検出した情報を加工して、上記制御手段へフィ
   ードバックするフィードバック手段と、上記各手段間の
   通信を行う通信手段とを備えたことを特徴とする自律協
   調型コンピュータシステム。
2. 【請求項２】 制御手段において、処理モデル記述手段
   のモデル記述の解釈を行うモデル記述解釈手段と、上記
   モデル記述解釈手段で解釈した内容により、処理実行手
   段の処理を操作する処理操作手段とを備えたことを特徴
   とする請求項１記載の自律協調型コンピュータシステ
   ム。
3. 【請求項３】 フィードバック手段において、センサ部
   からの情報を分析する分析手段を備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の自律協調型コンピュータシステム。
4. 【請求項４】 フィードバック手段または制御手段にお
   いて、フィードバック手段内の分析手段により分析され
   た分析結果に基づき、目的とする処理を最適化する最適
   化手段を備えたことを特徴とする請求項３記載の自律協
   調型コンピュータシステム。
5. 【請求項５】 制御手段内の処理モデル記述手段を目的
   とする処理の状態遷移モデルに基づいて記述することを
   特徴とする請求項１記載の自律協調型コンピュータシス
   テム。
6. 【請求項６】 制御手段内の処理操作手段において、外
   部から与えられるイベントの待ち行列を形成する手段
   と、イベントの履歴を管理する手段と、イベント駆動の
   動作を実行する手段を備えたことを特徴とする請求項１
   記載の自律協調型コンピュータシステム。
7. 【請求項７】 制御手段内の処理モデル記述手段を目的
   とする処理の実体関連モデル（ＥＲモデル）に基づいて
   記述することを特徴とする請求項１記載の自律協調型コ
   ンピュータシステム。
8. 【請求項８】 制御手段内の処理モデル記述手段を目的
   とする処理のデータフローモデルに基づいて記述するこ
   とを特徴とする請求項１記載の自律協調型コンピュータ
   システム。
9. 【請求項９】 制御手段内の処理モデル記述手段を目的
   とする処理の状態遷移モデル、実体関連モデル（ＥＲモ
   デル）、データフローモデルのいずれかの組み合わせも
   しくはすべての組み合わせに基づいて記述することを特
   徴とする請求項１記載の自律協調型コンピュータシステ
   ム。
10. 【請求項１０】 フィードバック手段内の分析手段にお
    いて、学習機能を付与したことを特徴とする請求項３記
    載の自律協調型コンピュータシステム。
11. 【請求項１１】 制御手段またはフィードバック手段内
    の最適化手段において、学習機能を付与したことを特徴
    とする請求項４記載の自律協調型コンピュータシステ
    ム。
12. 【請求項１２】 上記各手段のいずれかが複数台の装置
    に分散されて配置され、これら複数台の装置の総合的な
    動作で、自律協調動作を行うことを特徴とする請求項１
    記載の自律協調型コンピュータシステム。