JPS621061A

JPS621061A - 機器故障診断支援装置

Info

Publication number: JPS621061A
Application number: JP60139996A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ujita; 氏田　博士
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1987-01-07
Also published as: JPH0355854B2

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、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
させて診断の精確塵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、「弁が閉じ念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９１機器の
故障モードは裡雑な因果関係で結ばれている。このため
、＠測された異常現象（徴候）から真の故障原因（故障
し九機器とその故障モード）を推定するのには１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す、原因と結果を関連づけるｉｘ
ｊの行列を几とすると、故障の因果関係は次式で表わせ
る。

ここで。

機器の故障診断とは、予め作成された因果関係Ｒと観測
された徴候すに基づき、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０本方法には以下
の問題があった。

（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、　ｖｏｂ、２４Ａ１１
．　ｐｐ、７１９〜７２５．１９８０が提案された。こ
のあいまい診断方法では、８１９ｒＩｊに対して、強弱
の概念を入れており。

ａ＋　＝（０，１）ｒｌｊ　＝（Ｑ、　１：１となっている。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）を反映してす、＝（０，１，１となる。さらに故障が存在しないことを関係づけるａ　　ｃ　ＯＢ＝ｂ　　ｃ　　　　　　　　　　　　　
　−（２）金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）故障は原因と結果て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（ｐａｕｌｔ　
’ｌ’ｒｅｅ）、　　原因結果関連樹木（（：ａｕｓｅ
−Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ　’ｐｒｅｅ）、や故障因果
関係ネットワークを用い、これに確度ヤ故１竜確率を関
連付けて故障診断する方法がある。本方法は故障因果関
係ネットワークを用い、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
換し九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１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ヤすい。

（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、あいまい倫理に関する最近の動向を紹介する文献
として、「実用化が始まったファジィ理論」、「日経工
Ｖクトロニクス」誌、１９８４．１２゜３１扁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シや
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、”１ｆ−ｔｈｅ
ｎ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。観測された徴候をす、傘、その観
測確度を＜ｂｔ”＞とする（ｇ＝ｒ〜Ｇ）。ｂ５傘のう
ち任意のに個が一つの共通原因により発生するとした時
に、ａｌがその共通原因であるための荷重＜　Ｑ　ａ　
ｌ＞　ｂを次式で計算する。

＜ｑ−＞ｈ＝　ｍｊ；ｘ　Ｐ（ａｔ　ｌ　△　ｂ１傘）
拳　ｒｐｔ５拓１　　　　　　　ｇεｋ　　　　　　ｆ
ｋ　　　　　　ｇεｋＬ＝ａ（、、・・・（３）すなわち、に個の徴候ｂ１傘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、多重原因でも共通見回でも荷重がＯ〜１の範囲とな
り、はぼ等価な荷重を与えるため・共通原因か多重原因
かの区別一つカーない。

ところで１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ｆすい。

ま九１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表徴候が推
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次男法である。

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１元の徴候観測に誤シがあった可
能性が生じる。従って、元の観測にも誤シがないことを
確認し次段階で初めて、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。

新たて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υ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ップを
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ック図である。

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。処理プロダラム
格納装置４は、さらに原因側探索プログラム格納装置ｔ
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，ｆｉ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、順を追って説明する。

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
にあった因果関係によバ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Ｏ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、徴候観測の誤シか
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１画面表示プログラム４Ｃが演算処理
装置３に呼び出され、誤シ徴候観測要請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
され之原因及び５ａ内の因果関係に基づき、演算処理装
置３に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く進められる。

（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。

Φ）　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ＩＯ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に再び入って来た時は、診断
不可能と表示され、診断を終了する。

なお、誤り徴候１２−Ｐ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
の手順も併せて１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だ使
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。駆動水ヘッダー１
８から供給される駆動水１９は１手動弁２０．逆上弁２
１．電磁切換弁２２、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に溜っていた水は、
手動弁２８．電磁切換弁２９５手動弁３０を通シ、排出
水３１として排出される。この場合、電磁切換弁２２と
２９は開いておシ、電磁切換弁３２と３３は閉じている
。制御棒引き抜き時には逆に、電磁切換弁３２と３３が
開いておシ、電磁切換弁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）時には通常開じている空気作動弁３４．３５が開
き、アキュムＶ−タ３６内の水が制御棒駆動機構下部２
４に急速に注入される。なお図中、３７はスクラム供給
水、３８はスクラム排出水、３９は冷却水、４０は、駆
動水流量計である。

以下、第２図の各ステップに対応させて・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、０
内にステップと表すのは、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ットワー
ク図の一部であり、ＯＲ関係のみから成り立っている。

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（ステッ
プ６．７）。つまシ（３）式において徴候の数はｇ＝ｌ
で、徴候ｂＩ串が故障モード４１となり、＜ｂｉ　”　
＞＝０．９である。取シ得る組合せの数は１個だからに
＝１のみとなり、　Ｉ、＝１である。故障モードａ−の
対象は因果関係ネットワ−り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
れでアシ、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（ステップ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。先だ共通原因
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（ステップ１３）。

入力された徴候と比較してみると（ステップ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（
ステップ１０）、見逃し徴候が存在するものとして、＠
測要請が表示され（ステップ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・点検者が再度観測した
結果、故障モード５ｏ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に＝２とに＝１の場合が存在する
。まずに＝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図の右肩のカッコなしに示す。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４
９があり、その荷重は０．９５と１に近いので（ステッ
プ１３）、故障原因が推定できたものとして診断は終了
する（ステップ１４）。なおりツコ内はｇ＝２．に＝１
とした場合の荷重を参考として示している（ステップ１
３．１４）。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υ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（ステッ
プ６、　７．　１３）。

原因を絞ることができない（ステップ９）。そこでこの
場合新規徴候でるるから（ステップ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（ステップ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。これは電磁切換弁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（ステップ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である。なお弁の番号は第３
図にカッコ内で示した数値のことである。

さて、徴候を観測する念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１２１、弁１２３
にリークが存在するか否かの点検では、観測操作手項格
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ｅ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【ついて簡単な例をとり説明す
る。ここでは話を１窮単にするため。

各機器の故障モードを符号？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彦場合、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が型側確度０．５で
観測された場合（ステップ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（ステップ９）。こ
の念め、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（ステッ
プｉｏ、ｉｓ）。もし観測結果が不変で委れば（ステッ
プ６から再びステップ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しくステップ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（ステップ１７）。さらに因果関係に誤９が力ければ
、第１５図に示す推定不能の結果？［示する（ステップ
１６へ再入）。

第１１図では、二つの観測された徴候５６゜５７の共通
原因を推定する（ステップ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ッコ
なしの数値で示す様に０．０５と低い。次に多重原因を
推定すると（ステップ９）１図中カッコ内の数値で示す
ように原因８０，６１．６２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０．０００ｆ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（誤プ徴候覗測要請）を表示する（ステップ１１゜１
２）。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（ステップ９，１１，１
３．１４）。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（ステップ６、　
７．　８）、原因６５と６６は必らず発生している（ス
テップ９）。ところが徴候側探索をすると故障モード６
７も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（ステップ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（ステップ
１０）、徴候６３に対する見直し要請を表示する（ステ
ップ１６．１７）。もし観測結果が不変であれば（ステ
ップｉｏ）、因果関係見直し要請を表示する（ステップ
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（ステップ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
シ返す方法を採用している。

将来１点検保守の自動化がなされれば１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２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、よシ詳細な故障
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】

筑１図は本発明による機器片＠論断支援装置の一実施例
を示すブロック図、第２図はその処理手順を示すフロー
チャート、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ットワーク図、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ットワーク図、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、５ｂ・・・原因候補格納
装置ｂ５ｃ・・・徴候候補格納装置、５ｄ・・・観測操
作平頭格納装置。

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。