JPS6081680A - 設計支援システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、計算機を利用した設計支援システムに係シ、
特にダイナミックシステムの設計に好適な設計支援シス
テムに関する。

〔発明の背景〕

従来プラントｅ計においては、各種設計値をもとに図形
出力を行い設計を行う方式と、各種図形情報をもとに設
計情報を作シ設計を行う方式が考えられている。

前者は、設計対象の動特性あるいは構造解析等の入出力
に図形表示端末を使用するもので６Ｄ、設計対象が、与
えられた設計値を機能的に満足し得るか否かの検証等に
好適である。しかし、設計対象の＋１４成の変更等によ
るシミュレーション手１１の変更等、試行錯誤的な設計
過程はあくまでも設計者自身が行う必要がある１ 一方、後者は、設計対象のメカニカルフローダイヤグラ
ム（Ｐ＆Ｉ）等を対話形式で作図し図面品質の向上を図
かるとともに、各構成要素Ｖ）属性を処理するプログラ
ムを使用することによシ、構成部品のリスト作成、材料
表の作成等を行うことを目的としている。従って、後者
は設計の最終段階で使用はれるものでありＸ試行錯誤的
な設計過程までも計算機に支援させることはできない。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の設計解析技術と図形処理技術を
人工知能（知識工学）的な推論処理技術を媒介として結
合させることにより、評価、確認。

必要条件の抽出とからなる試行錯誤過程から図面作成に
至る設計過程を計ｎｖに支援させる設計支援システムを
提供することにある。

〔発明の概要〕

知識工学の分野では、ある対象に関する知識をフレーム
と呼ばれる構造化した知識表現を利用して表現し、計１
に入力することが行われる。これは、ある対象の構成要
素（物理的あるいは概念的）に対して特定の名称（以後
フレーム名と呼ぶ）を与え、その対象の持つ種々の属性
を、特定の属性の名称とその値の組で表現するものであ
る（Ｐ。

Ｈ，ウィンストン署、長尾真、白井良明共訳。

蝕 「人工虹ト」、培風館（１９８０））。これらの属性の
中には、その要素の階層的関係を表現する為の属性も含
まれる。またある属性の値が、他のフレーム名の顔性と
の関係を表わすことも可能である。即ち、フレーム表現
法を採用すると、ある対象の物理的構成１俵能的構成等
をネットワーク状に表現できる。従って、複雑な階層構
造、結合関係ヲ持つダイナミックシステムを計算機内に
表現し、設計解析等を実施する除の知識表現法としてフ
レーム表現法は好適である。

一方、メカニカル７０−ダイヤグラム等作図を目的とし
た図形処理においては、各種構成要素に対応する図形表
示パッケージに特定のシンボル名を与え、設計者は表示
画面付き人出力端末上でこのシンボル名を利用して配置
、ｆ￥ｉ合等の操作を行う方式がとられている。即ち、
ここで用いられている設計対象情報の貴男形式は前記フ
レーム表現の１種になっている。

そこで、上記図形表示の為のパッケージに付す／ンホル
名を各構成要素フレームの１つの属性（例えばｐｒａｗ
ｉｎｇ　）の値として表現することで、設Ｂ１−解析及
び作図等の設計過程で使用する知識表現手法を統一する
ことができる。

この結果、設計過程で設計者が必要とする情報等は、７
レ一ム表現された知識を利用した簡単な推論によシ提示
でき、設計解析等の為の条件設定の判断材料の提示、設
計解析結果の図面表示等を行う設計支援システムを実現
することができる。

しかし、以上示したような従来技術の簡単な組み合せで
は、設計過程で設計者が行う、確認、評価、必要条件の
抽出等までを計′ｊＡ−機に支浚させることはできない
。

ぞこで、本γ：明でｔＪｌ、上記構成要素のフレーム表
現に対し、その属性間の関係を衣現する新たなフレーム
構造（以下、クライテリアリティ７レームと呼ぶ）紮設
けること、及びそのクシイテリアリテイフレームを利用
して、論理的な推論を６１゛算磯上で実現する為の導出
原理の（森構を実現することにより、上記確認、評価、
必吸榮件の抽出等これまで設ａｔ者自身が行ってきた過
程１でも計算機に支援させることを可能にした。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によシ説明する。第１
ｖは、本発明の一実施例におけるシステムの全体構成を
示す。第１図に２いて、１は表示画面付き入出力装置、
２は入出力制御装置、３は中央演算処理装置、４はグロ
トタイプフレーム情報及びシミュレーションプログラム
記憶装置、５は図形情報及び図形表示プログラム記憶装
置、６は編集プログラム６己憶装置、７は推論プログラ
ム記憶装置、８は作業用記憶装置である。

本実施例におりる設計支援過程（は大別して３つに分け
られる。即ち、編集モード、　Ｗｔ析モード。

出力上−１・である。実際の設計支援過程は、記す、＠
装置７内に格納されている推論プログラムの一部もしく
は全部を中央値り処理装置３内の主記憶頭載に常駐させ
、すべての処理（′１この推論プログラムの管理下で実
施される。前記省モードの３基択は、各作業ステップに
ふ・いて設置Ｔ’ｌ’占が表か両面（１人出刃装置１の
キーホードによシ設定する。

以下谷モードの動作を説明する。

編集モードでは、設計者は記憶装置４に格納された設計
対象構成要素のプロトタイプフレーム情報を使用し、記
憶装置６に格納された編集プログラムを利用して、実際
の設則対象の詳細フレーム情報を作成する。また、設計
の過程で、それ以前に作成した設計対象の詳細フレーム
情報の部分的削除、修正等も行う。これらの過程で得ら
れた最新の設計対象の詳細フレーム情報は、１／Ｆ＝業
用記憶装置８に格納されろ。なお、この編集モードにお
いては、入力は１の表示画面付き入出力装置１に付属の
ライトペンあるいはマウス等の画面入力操作装置もしく
はキーホードをオＵ用し、て行われる。

即ち、画面人出操作装置を利用する場合、画面上での人
力操作はこの人出力制御装置２を介して、コマンドの形
で中火演算処理装置３内に常駐している推論プログラム
へ渡される。推論プログラムは、必要に応じて記憶装置
４に格納されている設計対象全構成するプロトタイプフ
レーム情報、ちるいは記憶装置８に格納されている詳細
フレーム情報を呼び出し、記憶装置６に格納されている
編集プログラムに起動をかけて処理を実行する。編集モ
ードの処理結果は、記憶装置８に格納された詳細フレー
ム情報で必シ、最新のｎ（・組フレーム情報は８己憶装
置５に格納された表示ハ」図形情報、及び図形表示プロ
グラムを使用して、入出力制御装置２を介して表示画面
付入出力装置ｌの表示画面上に表示される。

解析モードは、表示画面付人出力装置１の表示画面上に
漱示されたそれ１での設計情報に対し、設計者がイ１ン
、評価、確認及び必費榮件の抽出からなる試行錯誤的過
程を支援するモードである。

これらの試行錯誤的過程には、任−〇の設計対象構成要
素の設計期待値の（Ｉ’ｍ認、設計・変更（構成要素の
変更、結合関係の変更等）に伴う慶皆の評価。

任意の構、成要素に対して、洒せられた制約条件評価の
為の方法の抽出等が含まれる。解析モードにおけるシス
テムへの人力は″衆示画面イ］人出力装置１のキーボー
ドによシ行う。入力された１肯報は、入出力制御装置２
を介してコマンドの形で、中央演算処理装置３に常駐し
ている推論プログラムに渡される。推論プログラムでは
、渡芒れだコマンドに応じて対応するサブ推論プログラ
ムを実行する。

この際使用される情報は記憶装置８に格納された詳細フ
レーム情報である。さらに推論の過程で動特性シミュレ
ーションが必要な場合は、記憶装置４に格納された＠特
性シミュレーションプログラムが呼び出され実行される
。解析モードにおける処理結果は、入出力制御装置２を
介して表示画面付き入出力装置１の表示画面上にメツセ
ージの形で出力される。

出力モードでは、設計の途中結果あるいは最終結果を表
示画面付き入出力装置１の表示画面、もしくは付属のハ
ードコピー装置に出力するモードである。このモードで
の出力結果は主に図面であるが、実際の製造等に必要な
材料表９部品表等も必要に応じて出力される。製造等に
必要な材料表。

部品表等は、記憶装置８に格納された詳細フレーム情報
において、各構成要素の対応する属性値を取シ出し、処
理することによシ倚られる。即ぢ、設計者により、表示
画面付き入出力装置１のキーボードから人出された情報
は、入出力制御装置２會介して中央演算処理装置３に常
駐する推論プログラムに痕される。推論プロクラムは、
記憶装置８に格納された詳細フレーム・１９報に対し、
与えられたコマンドに対応した処理プログラムを実行さ
せる。処理結果は人出力制御装置２を介して表示画面付
き入出力装置１の表示画面上に出力される。

第２図は、フリント設計の途中過程における表示画面例
き入出力装置１の表示画面例の一部を示している。以下
、本表示画面例に従って本実施例における知識表現例（
記憶装置４内のプロトタイプフレーム情報及び作栗用記
憶装置８内の詳細フレーム情報）及び推論プログラムの
処理過程を詳細に説明する。

第２図の表示画面例では７つの構成要素が示されている
。各構成要素は、例えば各種制御器、ポンプ等のプラン
）　’ｆｆ４成要素に対応するか、ここでは説明の都合
上それらの名称ケ記号で表現している。これらの名称は
各構成要素に個有であシ、構成要素の槍類名を表わす英
文字と当該種類の中で各々付された一連番号をハイフン
で結んだものである。即ち、例えば１−Ｂ−３ＪはＢな
る種類のうち本設計過程で現われた３番目の要素である
ことを示している。また、表示画面上では各構成要素は
すべて４角形で表現している。さらに、各構成要素には
その種類に応じて特有の入出力ボートを有してお）、本
実施例ではそれらの入出力ボートの結合関係を実線で表
現している。なお、構成要素Ｃ−１においては、その第
１人力と第１出力は未だ結合されていないことを示して
いる。

第２図に示した表示画面に対応する、作業用記憶装置８
内の詳細フレーム情報の一部を第３図（ａ）（ｂ）（Ｃ
）（ｄ）（ｅ）に示す。第３図において、各知識構造の
左端（例えば泥３図（Ｃ）中のＢ−３）はフレーム名を
表わし、それから伸びる点線で対応するフレーム名が持
つ属性名（ｋｉｎｄｓ−ｏｆ、　ｄｒａｗｉｎｇ、　−
。

以下、この属性名をスロット名と呼ぶ）を表わしている
。各スロット名は、そのスロット名に対応した値を持ち
、その値がスロット名の右側に示しである。またスロッ
ト名のいくつかは、さらに２次的な属性名を持つことも
ある。（例えば第３図（Ｃ））以後この２次的属性名を
７アセツト名を呼ぶ。

ファセット名は対応するスロット名の右側に示しである
。各ファセット名に対応するファセット値が存在する場
合その値を右側に示しである。なお第３図においては、
スロット名、ファセット名を英小文字で、フレーム名、
スロット１直＋　ファセット値等１固有の対象を表わす
ものに対しては英大文字で表記している。

ｍ　３　図（ａ）は、設計対象システムに［ＣＵＩＩＥ
ＮＴ−８ＹＳＴＥＭｊなる名称を付し、これが今Ａ、Ｂ
。

Ｃ，Ｄ、Ｅ５１ｎ類の要素から構成されていることを表
わしている。第３図（ｂ）は、Ｂなる種類の要素が今、
Ｂ−１，Ｂ−２，Ｂ−３という名称の３個が使用されて
いることを示している。さらに、フレームＢはその構成
部品、材料等をも記入するスロット名を持っているが、
本実施例では使用していない。第３図（Ｃ）は、Ｂ−３
なる構成要素に関する知識を表現している。このうち、
ｇａｉｎなるスロットのｈａｂｉｔなるシフ、セラ）　
ノ値ｒＡＤＪ［ＪｓＴＡＢＬＥＪは、その値０．５が調
整可能であるという事実を表現している。１だ、各人出
力ボートには、それが結合されている相手の構成要素、
及びボート番号が示しである。さらにＢ−３のスロット
にはｃｒｉｔｅｒｉａというファセット名を持つものが
ある。

この７７セツト名に対する値は、そのンアセットの為す
るスロット名が含まれる、スロット間の関係を示すフレ
ーム名と、そのフレーム内で前記ファセットが所属する
スロット名から構成されている。第３図（ｄ）及び（ｅ
）は、Ｂ−３のｇａｉｎｌＢ−，３の人力、Ｂ−３の第
ｌ出カの間に成立する知識を表現する為のフレームの例
である。第３図（ｄ）、　（ｅ）で表現された知識は次
に述語論理に基づいて表現した知識と等価である。

（ｉｆ　（Ａｎｄ　（Ｖａｌｕｅ　（ｇａ　ｉｎ　Ｂ−
３）　８ｇ）（Ｔｒｕｅ（ｙａｌｕｅ（Ｉｎｐｕｔ　Ｉ
　Ｂ−３）＄Ｉｎ）＄ｔ）（−＄ｏｕｔ　（ＦＵＮＢ　
８ｇ　＄Ｉｎ）　）　）−ｍ−（１１ｒｕｅ（ｙａｌｕ
ｅ（Ｏｕｔｐｕｔ　Ｉ　Ｂ−３）ＦＪ’ｌｔ）＄ｔ）こ
こで、「＄」で始まる記号は、それが変数であることを
示す。前記知識は、Ｂ−３の第１出力は、Ｈ−３のｇａ
ｉｎとＢ−３４）ｇ１人力の値にＦＵＮＢなる関数を通
用した結果得られることを意味している。前記述語論理
で表現した知識を論理学でいうところの連言標準形に変
換すると以下のようになる。

（□Ｂ（Ｈｏｔ　（Ｖａ　ｌｕｅ　（ｇａ　ｉｎ　Ｂ−
３）　８ｇ）　）（ＮＯｔ　（Ｔｒｕｅ　（ｙａ　Ｉｕ
ｅ　（ｉｎｐｕｔ　Ｉ　Ｂ−３）　＄Ｉｎ）＄　ｔ）　
）（Ｎｏｔ　（−＄０１１１　（ＦＵＮＢ　８ｇ　＄Ｉ
口）））（Ｔｒｕｅ　（Ｖａｌｕｅ　（Ｑｕｔｐｕｔ　
Ｉ　Ｂ−３）＄０ｕｔ）＄　１　）第３図（ｄ）は、Ａ
ｉＪ記述言標準形に変換きれた知識から間融関係を衣わ
す知識を除いたものの、け定項及び否定項をそれぞれｐ
ｏ、ｎｅなるスロット名に対応さぎて表記したものであ
る。これかクライテリアリテイフレームである。また、
関数関係を表現する為に、第３図（ｄ）に示す如＜Ｓｌ
ＭＢ−３なるフレーム名ヲ持つフレーム（以後シミュレ
ータフレームと呼ぶ）を独立して表現している。本実施
例による知識源現法によシ柔軟でかつ高速の推論が実施
できることは、後に説明する。

第２図に示した表示画面及び第３図にその一部を示した
詳細フレーム情報に対して、編集モードで種類Ｉ１１の
新たな構成要素を追加する場合の処理について以下に説
明する。処理過程の概略についてはすでに説明した。編
集プログラムは、種類Ｆの構成要素を追加するという情
報勿受けると、記憶装置９に格納されているプロトタイ
プフレーム情報を呼び出し、ｐｒｏｔ−ｐなるフレーム
情報を取シ出す。ｐｒｏｔ−Ｆなるプロトタイプフレー
ムを第４図に示す。第４図に示すように積ＭＥ’のプロ
トタイプフレーム・ｍ報は、その構成要素を規定するに
必要なスロット名及び７アセツト名を指定するものであ
る。第４図においてｄｒａｗｉｎｇ；４るスロット名は
、その構成要素を表示する為の一図形情報に付した名称
であり、対応する図形次示パッケージは記憶装置５内に
格納されている。次に編集プログラムは記憶装置８内の
詳細フレーム情報を呼び出し、Ｆフレームの＋ｎｅｍｂ
　ｅ　ｒスロットを参照し、種類Ｆの新しい構成要素名
をＦ−１とする。さらに、ｐｒｏｔ−Ｆのフレーム情報
の内容をコピーすることによシ新しいＦ−１なるフレー
ムを作シ出す。次に編集プログラムは、新たに生成した
１゛−１フレームのスロット値、及びファセット値を得
る為に対応するメツセージを光示画面付き入出力装置１
へ出力する。このメツセージに従って設計者は計算機と
対話的に、構成要素Ｆ−１なるフレームを完成させる。

この際設計者は光示画面付き入出力装置１に付属のライ
トペンもしくはマウス等の画面操作装置あるいはキーボ
ードを使用する。

構成要素１１’−１のフレーム編集が終了した段階で、
光示画面付き入出力装置１の表示画面は第５図のように
変化する。また、この過程で１．追加もしくは修正され
た、記憶装置８内の詳細フレーム情報を第６図（ａ）（
ｂ）（Ｃ）（ｄ）（ｅ）に示す。

次に解析モードの実施例として、次に示す必要条件の抽
出過程について詳細に説明する。

「Ｆ−１を新たに追加した゛時点で、Ｆ−１の出力が仕
様通りの振舞をするか否かをチェックする為に、第５図
に示された画面上の各構成要素の中で■２−１の出力に
影響を及ぼす操作可能な要素属性を探う。」この場合、
設計者は光示画面付き入出力装置１に付属のキーホード
から解析モードであることを指定した後、目的のボート
（本例の場合（０ｕｔｐｕｔ　Ｉ　Ｆ−１）　）　、取
シ出したい情報（本例の場合、スイッチング可能（ＳＷ
ＩＣＨＡＢＬＥ）。

調螢可能（ＡＤＪＵＳＴＡＢＬＥ）という指定）、探索
範囲（本例の場合、第５図に示した表示画面上の構成要
素に限るとしている為、第５図中の酸？」で示されたポ
ートを指定（ＥＯ１ＪＮＤ指定））、シミュレーション
計算実行を実施するか否かの指定の４つを指示し推論プ
ログラムに起動ケかけるだけでよい。第５図に示した構
成要素Ｄ−４がセレクターであって、その第１人力がそ
の退択信号を表わすものとすれば（即ち、Ｄ−４フレー
ムのＩｎｐｏｒｔ　１　ス０　ットに対して（ｈａｂ　
ｉ　ｔ　５ＷＩＣ）４ＡＢＬＥ）なる指定７５ｉされて
いるものとする）、この結果本例では （ｇａ　ｉｎ　Ｂ−３）　−ＡＤＪＵＳＴＡＢＬＥ（１
ｎｐｏｒｔ　Ｉ　Ｄ−４）　−５ＷＩＣＨＡＢＬＥなる
結果を得る。

以下第７図を参照して本実施例に起ける推論プログラム
の処理を説明する。第７図は、本実施例における設計支
援システムの推論プログラムのうち、推論処理部の７０
−チヤートヲ示したものである。第７図において１０２
は対応するクシイテリアリテイフレームからｎｅ、ｐｏ
スロットの項（値）を取出すとともに、それらの項間に
関連すルシミュレータ７レームから、１つの計算処理指
定項を付は加える処理を行う。例えば、第６図（ｅ）に
対しては、 （−＄０旧（ＦＵＮＦ　＄Ｉｎ　１　＄Ｉｎ　２））を
作成し、第６図（ｄ）から取出すｎｅ、ｐｏスロット項
に加える。１１８，１１９においては、前記フライテリ
アリティ取り出し処理の後フライテリアリティ取出しの
起因項を取シ除く処理ｌで実施する。１０７は、引き渡
された項盆事前に確保した作業用記憶順装置８に格納す
る。

本実施例では、Ｆ−１の出力ボート　（Ｑｕｔｐｏｒｔ
ＩＦ−１）から推論処理を開始し、各推論ステツプは、
５ＷＩＣＨＡＢＬＥ、ＡＤＪＵＳＴＡＢＬＥ、ＢＯＵＮ
Ｄ指定によ、９１０７で、シミュレーション＝ｉｇｉ実
行しないという指定によ如１１５でそれぞれ正常終了す
る。前記した、本実施例の結果は、１０５の終了処理に
よシ得られる。

以上第５図に示した設計対象を例に、本実施例における
設計支援過程について説明したが、第７図にボしたフロ
ーチャートからもわかるように、１０６の取シ出し設定
項の指定、及び１０５の終了処理を変更することで、評
価、確認といった設計者が行う論理的な思考過程を本実
施例に示した推論プログラムに支援させることが可能で
ある。

〔発明の効果〕

本発明による設計支援システムは、図形処理技術と、論
理的な推論技術の結合を爽現したものであシ、評価、確
認、心安条件の抽出１図面作成からなる設計過程を支援
することができる。

図面の簡＄　ｉｒ説明 第１図は、本発明による設計支援システム構成の一実施
例の説明図、第２．５図は実施例における我示画面図、
＠３，６図は実施例における記憶装置内の詳細フレーム
情報説明図、第４図は実施例１１Ｃおける記憶装置内の
グロトタイプフレーム情報説明図、第７図は実施例にお
ける推論処理過程を説明するフローチャート図である。

１・・・表示画面付き入出力装置、２・・・人出力制御
装置、３・・・中央演算処理装置、４〜７・・・記憶装
置、第　１　図 第２図 に１ｎＬｓ−ｏｔ−−−−−Ｈ 伯勾　ろ　し］ Ｃαり ＜ｂ） ゛゛１妃１ゴ■ 第　ろ　ｐう ≠−江　゛ （ｄ−） （ｅ） 瀘１　−−一玉訳Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表示画面付き入出力装置、入出力制御装置。 中央演算処理装置及び補助記憶装置とから構成される計
   算機システムにおいて、設計対象を構成する＠要素の特
   性に関するプロトタイプ情報、及びその動特性を模擬す
   る為のシばニレ−ジョンプログラムを格納する記憶装置
   １と、前記各構成要素を表示画面付入出力装置の表示画
   面上に表示する為の図形情報及び図形表示プログラムを
   格納する記憶装置２と、前記記憶装置１円のプロトタイ
   プ情報を利用して飼々の構成要素に関する１内報を作業
   用記憶装置３内に作シ出す編集プログラムを格納する記
   憶装置４と、前記作業用記憶装置３内の情報を利用して
   推論を実施する拙論プログラムを格納する記１．ζ装置
   ５を設け、設計過程における、評価、確認、必費条件の
   抽出のいずれか１つ、もしくはその組合せ、あるいはず
   べてを支援することを特徴とする設計支援システム。