JP2869245B2 - Control and operation support method for shield machine - Google Patents
Control and operation support method for shield machineInfo
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- Feedback Control In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進機の方向
制御等に適用される制御および操作支援方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control and operation support method applied to the direction control of a shield machine and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】シールド掘進機の掘進方向を決定するジ
ャッキ操作等は、通常、熟練オペレータの数々の施工現
場での経験から培われた操作知識を基にして行われてい
る。しかし、現場ごとに施工環境(土質、水圧等の地山
の状態)や使用するシールド掘進機の特性(機体の重心
位置による操作性の相違等)が異なるため、その現場に
見合った操作をしなければ、施工精度や安全性を満足す
る施工は行えない。このため、オペレータは現在操作中
のシールド掘進機での経験を事例として記憶し、過去に
培われた操作知識だけでは対応できない場合、新たに記
憶した事例と過去の操作知識とを適切に使い分け、もし
くは組み合せて操作しているものと考えられる。2. Description of the Related Art Jack operation for determining the direction of excavation of a shield excavator is usually performed based on operational knowledge cultivated by experienced operators at various construction sites. However, the construction environment (ground conditions such as soil and water pressure) and the characteristics of the shield machine used (differences in operability depending on the position of the center of gravity of the aircraft) differ from site to site. Otherwise, construction that satisfies construction accuracy and safety cannot be performed. For this reason, the operator memorizes the experience of the shield machine currently in operation as a case, and if it is not possible to respond only with the operation knowledge cultivated in the past, properly uses the newly stored case and the past operation knowledge, Or, it is considered that they are operated in combination.
【0003】近年、シールド掘進機の操作を自動化する
ためにファジィ推論法を用いた制御システムが多数提案
されている(「シールドトンネル掘削機械へのファジィ
理論の適用」計測と制御VOL.27.NO. 11等)。これ
らの提案は、前述した熟練オペレータの操作知識を制御
システムに取り入れるための有効な手法として評価され
ている。[0003] In recent years, a number of control systems using fuzzy inference methods have been proposed to automate the operation of a shield machine ("Application of Fuzzy Theory to Shield Tunnel Machines" Measurement and Control, Vol. 27, NO. 11 etc.). These proposals have been evaluated as effective techniques for incorporating the above-mentioned expert operator's operational knowledge into a control system.
【0004】また、現場ごとの施工環境やシールド掘進
機の特性の違いを制御に反映させる方法として、ファジ
ィ推論法を用いた制御システムにメンバシップ関数のオ
ートチューニング(自動調整)による学習機能を付与す
ることも既に提案されている(特開平2−18609
7)。Further, as a method of reflecting the difference in the construction environment and the characteristics of the shield machine on each site, a learning function by auto-tuning (automatic adjustment) of a membership function is provided to a control system using a fuzzy inference method. Has already been proposed (Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 18-18609).
7).
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】図6にファジィ推論法
を用いたジャッキパターン制御によるシールド掘進機の
方向制御システムの一例を示す。図中、11は状態評価
部で、シールド掘進機17の制御状態を表わす計測デー
タを入力し、ブロック12で示すメンバシップ関数によ
り入力パラメータのファジィ集合に対する適合度(グレ
ード)を評価する。ブロック14で示すファジィルール
は熟練オペレータの操作知識をルール化したルールベー
スであり、ファジィ推論部13では、このファジィルー
ルを入力パラメータに適用してファジィ推論を行い、出
力パラメータとしての制御操作量(片押し度変化量等)
を求める。また、ブロック16で示す展開ルールは熟練
オペレータのジャッキパターン展開に関する知識をルー
ル化したルールベースであり、パターン展開部15で
は、この展開ルールに従って推論値を基に使用するシー
ルドジャッキのパターン展開を行い、ジャッキオン・オ
フ指令を出力する。FIG. 6 shows an example of a direction control system of a shield machine based on jack pattern control using a fuzzy inference method. In the figure, reference numeral 11 denotes a state evaluation unit which inputs measurement data representing the control state of the shield machine 17 and evaluates the degree of conformity (grade) of an input parameter to a fuzzy set by a membership function shown in a block 12. The fuzzy rule indicated by the block 14 is a rule base in which the operation knowledge of a skilled operator is made into a rule. The fuzzy inference unit 13 applies the fuzzy rule to the input parameter to perform fuzzy inference, and performs a control operation amount (output amount) as an output parameter. One-sided pressing change, etc.)
Ask for. The development rule indicated by the block 16 is a rule base in which the knowledge of the skilled operator regarding the jack pattern development is ruled. The pattern development unit 15 performs the pattern development of the shield jack using the inference value according to the development rule. And outputs a jack on / off command.
【0006】従来提案されているシールド掘進機の方向
制御システムは、このようにルールベースによる推論結
果に基づいてジャッキパターン制御を行うものが多い。
しかし、一般的なファジィ推論では、ファジィルールお
よび入出力パラメータのメンバシップ関数が固定されて
いるため、施工環境やシールド掘進機の特性の変化に対
応できないという問題がある。この問題を解決するため
にメンバシップ関数のオートチューニングによる学習方
法が提案された。この方法は、例えば地山が硬くてカー
ブが切りにくい場合に、その傾向を制御結果から判断
し、ファジィルールの出力パラメータのメンバシップ関
数を変更することで対処しようとするものである。しか
し、メンバシップ関数のチューニングに際して、それを
行う根拠が明確でなければ誤った推論結果を導く恐れが
ある。また、メンバシップ関数を定義している制御パラ
メータ以外の要因で期待に反する制御結果が出た場合
は、本来、メンバシップ関数の変更では対応できない。
例えば、掘進速度が速すぎるためにカーブが切れない場
合は、ジャッキパターンを制御する以前に掘進速度を下
げる制御操作が必要であるにも拘らず、上記方法では全
てメンバシップ関数のチューニング処理で対処しようと
するため、制御状態の改善は望めない。[0006] Many of the conventionally proposed direction control systems for shield excavators perform jack pattern control based on inference results based on a rule base.
However, the general fuzzy inference has a problem that the membership functions of the fuzzy rules and the input / output parameters are fixed, so that it is impossible to cope with changes in the construction environment and the characteristics of the shield machine. To solve this problem, a learning method by auto-tuning the membership function has been proposed. In this method, for example, when the ground is hard and it is difficult to cut a curve, the tendency is determined from the control result, and a measure is taken by changing the membership function of the output parameter of the fuzzy rule. However, when the membership function is tuned, if the basis for performing the tuning is not clear, an incorrect inference result may be caused. In addition, when a control result that is not expected is obtained due to factors other than the control parameters that define the membership function, the change of the membership function cannot handle the problem.
For example, if the curve cannot be cut because the excavation speed is too fast, all of the above methods deal with tuning processing of the membership function in spite of the necessity of a control operation to reduce the excavation speed before controlling the jack pattern. Therefore, improvement of the control state cannot be expected.
【0007】本発明の目的は、熟練オペレータの操作知
識を取り入れたルールベース推論の推論結果に基づいて
シールド掘進機の制御を行うとともに、ルールベース推
論による制御だけで対応できない事態に対しては、過去
の事例からその原因を的確に判断し、それに対応したシ
ールド掘進機の制御もしくは操作支援を行うことができ
るようにしたシールド掘進機の制御および操作支援方法
を提供することにある。An object of the present invention is to control a shield machine based on an inference result of a rule-based inference incorporating an operation knowledge of a skilled operator, and to cope with a situation in which control by a rule-based inference alone is not sufficient. It is an object of the present invention to provide a shield excavator control and operation support method capable of accurately determining the cause from past cases and performing corresponding control or operation support of the shield excavator.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、シールド施工に際し、制御ルールを登録し
たルールベースによる推論結果に基づいてシールド掘進
機の制御を行うとともに、その推論適用条件と制御結果
および制御結果に影響を与える他の掘進機稼動データを
編集し、事例として登録することにより事例ベースを構
築し、ルールベース推論による制御では期待する制御結
果が得られなかった場合、事例ベースから推論適用条件
の類似した過去の事例を検索して、原因の究明とそれに
対応するシールド掘進機の制御もしくは操作支援の方針
決定を行うことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides a method for controlling a shield machine based on a rule-based inference result in which a control rule is registered in a shield construction. If the expected control result is not obtained by rule-based inference, a case base is constructed by editing and registering the control results and other excavator operating data that affect the control results, and registering them as cases. It is characterized by retrieving past cases with similar inference application conditions from the base, determining the cause, and determining the corresponding control or operation support policy of the shield machine.
【0009】[0009]
【作用】本発明では、制御ルールを登録したルールベー
スによる推論結果に基づいてシールド掘進機の制御を行
い、そのルールベース推論による制御で期待する制御結
果が得られなかった場合は、過去に行った制御における
推論適用条件と制御結果および制御結果に影響を与える
掘進機稼動データを編集し事例として登録した事例ベー
スから推論適用条件の類似した事例を検索して、原因の
究明とそれに対応するシールド掘進機の制御もしくは操
作支援の方針決定を行い、いわば事例による学習を行う
ようにしたので、ルールベース推論による制御だけでは
対応できない事態に対しても、上記学習による制御もし
くは操作支援で対応することができる。According to the present invention, the control of the shield machine is performed based on the rule-based inference result in which the control rules are registered. If the expected control result cannot be obtained by the rule-based inference, the control is performed in the past. Of inference application conditions, control results, and excavator operation data that affect control results in a simulated control system, search for cases with similar inference application conditions from a case base registered as cases, investigate the cause, and shield correspondingly The decision of the control of the excavator or the operation support is made, and learning based on the case is performed, so if the situation cannot be dealt with only by the rule-based reasoning, the control by the learning or the operation support should be used. Can be.
【0010】[0010]
【実施例】以下、シールド掘進機の方向制御に適用した
本発明の実施例について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention applied to direction control of a shield machine will be described below.
【0011】図1は本発明の一実施態様を示すブロック
図、図2は本発明の他の実施態様を示すブロック図で、
両者の機能的に同等の部分には同一符号を付して示す。
図1、図2において、1はルールベース推論用の状態評
価部で、シールド掘進機4の制御状態を表わす計測デー
タから状態評価を行う部分であり、ファジィ推論による
ジャッキパターン制御ではメンパシップ関数により入力
パラメータのグレードを評価する。2はルールベース推
論部で、ルールベース3に登録された制御ルールをグレ
ード付けされた入力パラメータに適用して推論処理を行
う部分であり、ファジィ推論によるジャッキパターン制
御では図6のファジィ推論部13とパターン展開部15
に相当する。ここでの推論結果は制御指令としてシール
ド掘進機4に与えられる。5は事例登録用のデータ編集
部で、事例ベース6に登録する事例データの編集を行
う。7は事例ベース推論用の問題把握部で、ここではル
ールベース推論による制御で期待する制御結果が得られ
なかった場合、事例ベース推論の対象となる問題を把握
し、推論パラメータとして提示する。8,8′は事例ベ
ース推論の検索・推論部で、提示された推論パラメータ
を基にして事例ベース6から類似事例を検索し、問題の
原因究明と対策の決定を行う部分であり、図1の例では
検索・推論部8の推論結果を基にオペレータの操作支援
を行い、図2の例では検索・推論部8′の推論結果を直
接制御指令としてシールド掘進機4に与える。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.
Functionally equivalent parts of the two are denoted by the same reference numerals.
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a state evaluation unit for rule-based reasoning, which is a part for performing a state evaluation from measurement data representing the control state of the shield machine 4 and inputting by a membership function in jack pattern control by fuzzy reasoning. Evaluate the grade of the parameter. Reference numeral 2 denotes a rule-based inference unit which performs inference processing by applying the control rules registered in the rule base 3 to graded input parameters. In jack pattern control by fuzzy inference, the fuzzy inference unit 13 shown in FIG. And pattern development unit 15
Is equivalent to The inference result here is given to the shield machine 4 as a control command. Reference numeral 5 denotes a data editing unit for case registration, which edits case data to be registered in the case base 6. Reference numeral 7 denotes a problem comprehension unit for case-based reasoning. Here, when an expected control result cannot be obtained by control based on rule-based reasoning, a problem to be subjected to case-based reasoning is grasped and presented as inference parameters. Reference numerals 8 and 8 'denote search / inference units for case-based reasoning, which search for similar cases from the case base 6 based on the presented inference parameters, investigate the cause of the problem, and determine measures. In the example of (1), the operation of the operator is supported based on the inference result of the search / inference unit 8, and in the example of FIG. 2, the inference result of the search / inference unit 8 'is given to the shield machine 4 as a direct control command.
【0012】シールド掘進機の掘進方向を制御するため
のジャッキパターン制御は、1リング掘進開始時の初期
ジャッキパターンの決定と、掘進途中でのパターン修正
とに分けられる。The jack pattern control for controlling the excavation direction of the shield excavator is divided into determining an initial jack pattern at the start of one-ring excavation and correcting the pattern during excavation.
【0013】本出願人が先に出願した特願平3−659
49号明細書に記載されているように、初期ジャッキパ
ターンの決定は、例えば1リング掘進における目標方位
角θh 、目標ピッチング角θv と計測された現在のシー
ルド方位角θh ′、ピッチング角θv ′から算出される
水平、鉛直各方向の目標制御角Δθh =θh −θh ′、
Δθv =θv −θv ′、および曲線施工において、計算
上必要とされるシールドの目標中折角に対して現在何%
中折れしているかを表わす水平、鉛直角方向の中折達成
率ηh ,ηv を入力パラメータとし、事前に定めたファ
ジィルールおよびメンバシップ関数を用いて目標制御角
を達成するために必要な水平、鉛直各方向の片押し度
(片押し度=使用ジャッキのシールド中心線からの距離
の和/使用ジャッキ本数、ただしジャッキのシールド中
心線からの最長距離を1とする)Eh ,Ev を求め、得
られた必要片押し度Eh ,Ev を最も良く満足する使用
ジャッキパターンを、事前に全てのジャッキパターンに
ついて水平、鉛直各方向の片押し度を計算、登録したパ
ターンデータベースから検索することによって行われ
る。Japanese Patent Application No. 3-659 filed earlier by the present applicant
As described in the specification of Japanese Patent No. 49, the initial jack pattern is determined, for example, from the target azimuth angle θh, the target pitching angle θv and the measured current shield azimuth angle θh ′ and pitching angle θv ′ in one ring excavation. The calculated target control angle in each of the horizontal and vertical directions Δθh = θh−θh ′,
Δθv = θv−θv ′, and what percentage of the target half angle of the shield required for calculation in curve construction is
Using the horizontal and vertical angle halfway achievement ratios ηh and ηv indicating whether or not the center is broken as input parameters, the horizontal and vertical necessary to achieve the target control angle using a fuzzy rule and a membership function determined in advance. Degree of one-sided pushing in each vertical direction (the degree of one-sided pushing = the sum of the distance of the used jack from the shield center line / the number of used jacks, where the longest distance from the shield center line of the jack is 1) Eh, Ev The used jack pattern that best satisfies the required degree of single pressing Eh, Ev is obtained by previously calculating the degree of single pressing in each of the horizontal and vertical directions for all jack patterns and searching the registered pattern database.
【0014】この場合、必要片押し度を求めるためのフ
ァジィルールは次のような形式で表現される。In this case, a fuzzy rule for obtaining the required degree of partial pressing is expressed in the following format.
【0015】(水平方向)目標制御角θh がaであり、
かつ中折達成率ηh がbであるならば、片押し度Eh は
xである。(Horizontal direction) The target control angle θh is a,
And if the half-fold achievement rate ηh is b, the degree of single-sided pressing Eh is x.
【0016】(鉛直方向)目標制御角θv がa′であ
り、かつ中折達成率ηv がb′であるならば、片押し度
Ev はx′である。(Vertical direction) If the target control angle .theta.v is a 'and the center folding achievement rate .eta.v is b', the degree of one-side pushing Ev is x '.
【0017】ここで、a,a′,b,b′は入力パラメ
ータの度合いを、x,x′は出力パラメータの度合いを
表わす。Here, a, a ', b, b' represent the degree of the input parameter, and x, x 'represent the degree of the output parameter.
【0018】図4は水平方向制御における制御目標の説
明図で、(a)は掘進開始時のシールド掘進機4の状態
を、(b)はセグメント9の1リング分掘進終了した時
点でのシールド掘進機4のあるべき状態を示す。すなわ
ち、中折角はφh ′に固定したまま、現在の方位角θh
′からθh にシールド掘進機を向けることがこのリン
グでの水平方向の制御目標である。FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams of control targets in the horizontal direction control. FIG. 4A shows the state of the shield machine 4 at the start of the excavation, and FIG. 4B shows the shield at the end of the excavation for one ring of the segment 9. This shows the state that the excavator 4 should be. In other words, the azimuth angle θh
Pointing the shield machine from 'to θh is the horizontal control target for this ring.
【0019】また、掘進途中でのパターン修正は、規定
の間隔で(チェックストロークごとに)取り込まれる制
御状態計測データから1リング掘進ストロークに対して
何%掘進したかを表わす掘進率α,1リング掘進開始時
からシールド掘進機が水平、鉛直各方向に何度制御され
たかを表わす制御量Δθhi,Δθvi、現在のジャッキパ
ターンを1リング掘進終了時まで維持した場合、水平、
鉛直各方向に何度の制御量が得られるかを表わす制御予
測量θhi,θviを算出し、これらの値を入力パラメータ
として事前に定めたファジィルールおよびメンバシップ
関数を用いて水平、鉛直各方向の修正すべき片押し度
(片押し度変化量)ΔEh ,ΔEv を求め、水平、鉛直
の少なくとも一方の修正片押し度が規定値以上でパター
ン修正の必要ありと判断された場合、水平、鉛直各方向
の修正片押し度を最も良く満足するジャッキを、事前に
各ジャッキごとにそれを加除したときの片押し度変化量
を計算、登録したジャッキデータベースからの検索によ
り選択し、その選択された修正ジャッキを現行パターン
に追加(オン制御)もしくは現行パターンから削除(オ
フ制御)することによって行われる。The pattern correction in the course of excavation is performed by controlling the excavation rate α, 1 ring, which indicates the percentage of excavation per one ring excavation stroke, based on control state measurement data taken in at specified intervals (every check stroke). Control amounts Δθhi and Δθvi indicating how many times the shield machine has been controlled in each of the horizontal and vertical directions since the start of the excavation. If the current jack pattern is maintained until the end of one ring excavation,
Calculate the predicted control amounts θhi and θvi indicating how many control amounts can be obtained in each vertical direction, and use these values as input parameters in advance in the horizontal and vertical directions using fuzzy rules and membership functions determined in advance. Of one-sided pressing (the amount of change in one-sided pressing) ΔEh, ΔEv to be corrected, and when it is determined that the pattern correction is necessary when at least one of the horizontal and vertical corrected one-sided pressing degrees is equal to or more than a specified value, horizontal and vertical The jack that best satisfies the degree of correction in each direction is calculated by calculating the amount of change in the degree of pressing when the jack is added or subtracted for each jack in advance, and is selected by searching the registered jack database. This is done by adding a modified jack to the current pattern (on control) or deleting it from the current pattern (off control).
【0020】この場合、修正片押し度を求めるためのフ
ァジィルールは次のような形式で表現される。In this case, the fuzzy rule for obtaining the corrected partial pressing degree is expressed in the following format.
【0021】(水平方向)制御量Δθhiがcであり、か
つ制御予測量θhiがdであり、かつ掘進率αがeである
ならば、修正片押し度ΔEh はyである。(Horizontal direction) If the control amount Δθhi is c, the predicted control amount θhi is d, and the excavation rate α is e, the corrected partial depression degree ΔEh is y.
【0022】(鉛直方向)制御量Δθviがc′であり、
かつ制御予測量θviがd′であり、かつ掘進率αがe′
であるならば、修正片押し度ΔEv はy′である。(Vertical direction) The control amount Δθvi is c ′,
And the predicted control amount θvi is d ′, and the excavation rate α is e ′
, The corrected partial depression degree ΔEv is y ′.
【0023】ここで、c,c′,d,d′,e,e′は
入力パラメータの度合いを、y,y′は出力パラメータ
の度合いを表わす。Here, c, c ', d, d', e, e 'represent the degree of the input parameter, and y, y' represent the degree of the output parameter.
【0024】図5はジャッキパターン修正の制御軌跡を
示す図である。制御予測量は現在の制御状態を基に線形
または非線形予測を行った結果、得られる制御量であ
り、図5にはi回目チェックストロークにおいて、その
時点での制御量と初期ジャッキパターン決定時のシール
ド掘進機の状態から線形予測を行った例を示す。FIG. 5 is a diagram showing a control locus for jack pattern correction. The control prediction amount is a control amount obtained as a result of performing linear or non-linear prediction based on the current control state. FIG. 5 shows the control amount at the time of the i-th check stroke and the control amount at the time of determining the initial jack pattern. The example which performed linear prediction from the state of the shield machine is shown.
【0025】上述のようなファジィ推論によるジャッキ
パターン制御では、事例ベース推論において比較対照さ
れる問題と事例の内容は、例えば下記の表1、表2に示
すようになる。In the jack pattern control based on the above-described fuzzy inference, problems and cases to be compared and compared in case-based inference are as shown in Tables 1 and 2 below, for example.
【0026】[0026]
【表1】 [Table 1]
【0027】[0027]
【表2】 [Table 2]
【0028】本例では、事例データの中にファジィ推論
の適用条件として、制御に用いたパラメータと、その確
信度をメンバシップ関数で評価したグレード値を登録し
ている。また、制御に用いたパラメータ以外の制御結果
に影響を与える掘進機稼働データ(総推力、前面土圧、
掘進速度、カッタトルク、余掘両等)も参照データとし
て登録し、最後に制御結果を表わす制御変化量(単位ス
トローク長当りの制御量の変化)を登録している。In this example, parameters used for control and a grade value obtained by evaluating the degree of certainty with a membership function are registered as application conditions of fuzzy inference in the case data. In addition, excavator operation data (total thrust, frontal earth pressure,
Excavation speed, cutter torque, extra excavation, etc.) are also registered as reference data, and finally a control change amount (change in control amount per unit stroke length) representing a control result is registered.
【0029】図3は事例ベース推論を取り入れた本発明
のシステムフローを示したものであり、1リング掘進途
中においてルールベース推論を行い、その推論結果を基
にジャッキパターンの修正制御を実行した後、事前に定
めた判断基準に従って制御結果のチェックを行い、期待
する制御結果が得られなかった場合は、図1、図2の検
索・推論部8,8′で今回行った制御と推論適用条件の
類似した過去の事例を事例ベース6から検索し、与えら
れた問題と照合する。推論適用条件の類似した事例と
は、具体的には制御に用いた入力パラメータの度合いが
与えられた問題と同一のものを指す。FIG. 3 shows a system flow of the present invention incorporating case-based reasoning. After performing rule-based reasoning in the course of excavating one ring, and after executing jack pattern correction control based on the reasoning result, FIG. The control result is checked in accordance with a predetermined criterion, and if the expected control result is not obtained, the control and inference application conditions performed this time by the search / inference units 8 and 8 'of FIGS. Is retrieved from the case base 6 and compared with the given problem. The case in which the inference application conditions are similar specifically refers to the same problem as the problem given the degree of the input parameter used for the control.
【0030】前掲の表1は、期待する制御結果が得られ
なかった場合のデータを問題としてまとめたものであ
る。いま、表1に示す問題−113と推論適用条件の類
似した事例として表2に示す事例−21が得られたとす
る。事例−21では問題−113に比べて大きな制御変
化量が得られているので、この事例−21から問題−1
13で期待する制御結果が得られなかった原因の究明を
行う。その手順として、まず期待する制御結果が得られ
なかった場合のチェック項目に従い順次データを照合し
ていく。チェック項目は事前にメタ知識としてプログラ
ムに組み込んでおく。ここでは、下記表3に示す項目に
関してチェックが行われる。The above Table 1 summarizes data in the case where an expected control result is not obtained as a problem. Now, it is assumed that a case 21 shown in Table 2 is obtained as a case similar to the problem-113 shown in Table 1 and the inference application conditions. In case-21, a large control change amount is obtained as compared to problem-113.
In step 13, the cause of the failure to obtain the expected control result is determined. As a procedure, data is collated sequentially according to check items when an expected control result is not obtained. Check items are incorporated in the program as meta-knowledge in advance. Here, the items shown in Table 3 below are checked.
【0031】[0031]
【表3】 [Table 3]
【0032】上記の照合結果から、事前にプログラムに
組み込まれた下記表4の階層知識を用いて期待する制御
結果が得られなかった原因と対処方法の推論を行う。From the above collation results, the reason why the expected control result could not be obtained and the coping method are inferred by using the hierarchical knowledge shown in the following Table 4 incorporated in the program in advance.
【0033】[0033]
【表4】 [Table 4]
【0034】これにより、比較的良好な制御結果が得ら
れた事例−21に対して問題−113の場合、期待する
制御結果が得られなかった原因とその対処方法が下記の
ように導かれる。As a result, in the case of Problem-113 in contrast to Case-21 in which a relatively good control result is obtained, the cause of the failure in obtaining the expected control result and a countermeasure thereof are derived as follows.
【0035】 この推論結果を基にして対応するシールド掘進機の制御
もしくは操作支援が実行される。[0035] Based on the inference result, control or operation support of the corresponding shield machine is executed.
【0036】すなわち図1の例では、検索・推論部8は
ディスプレイ表示等によりオペレータに対して下記の助
言を与える。That is, in the example of FIG. 1, the search / inference unit 8 gives the following advice to the operator through display or the like.
【0037】「施工曲率に対して掘進速度が速すぎま
す。速度を3cm/min 程度まで下げることが望ましいと
考えられます。また、切羽管理上問題がなければ土圧を
上げ、前面反力を発生させた方がカーブを切りやすくな
ります。」また、シールド掘進機の制御を全自動で行う
場合などは、図2に示すように検索・推論部8′からシ
ールド掘進機4に直接制御指令を与え、掘進速度が3cm
/min 程度になるようにシールドジャッキの作動速度を
制御することもできる。"The excavation speed is too fast for the construction curvature. It is considered desirable to reduce the speed to about 3 cm / min. If there is no problem in face management, raise the earth pressure and reduce the front reaction force. It is easier to cut the curve if it is generated. ”Also, in the case where the control of the shield digging machine is performed automatically, for example, as shown in FIG. And excavation speed is 3cm
The operating speed of the shield jack can be controlled so as to be about / min.
【0038】図3において、ルールベース推論による制
御で期待する制御結果が得られた場合は、事例検索を行
わずにプログラムを終了し、また事例検索で類似事例が
得られなかった場合は、今回の制御に関するデータを事
例として登録し、プログラムを終了する。In FIG. 3, when the expected control result is obtained by the control based on the rule-based inference, the program is terminated without performing the case search, and when the similar case is not obtained by the case search, Is registered as a case, and the program is terminated.
【0039】上記実施例ではシールド掘進機の方向制御
について説明したが、本発明は方向制御だけに限らず、
切羽制御などにも適用することができる。また、ルール
ベースに登録する制御ルールはファジィルールに限定さ
れるものでなく、制御の種類によっては、いわゆるプロ
ダクションルールを用いてルールベースを構築すること
も可能である。In the above embodiment, the direction control of the shield excavator has been described. However, the present invention is not limited to only the direction control.
It can also be applied to face control and the like. Further, the control rules registered in the rule base are not limited to fuzzy rules. Depending on the type of control, a rule base can be constructed using a so-called production rule.
【0040】[0040]
【発明の効果】本発明によれば、熟練オペレータの操作
知識を取り入れた制御ルールを基にシールド掘進機の制
御を行うとともに、その制御ルールでは対応できない事
態に対しても、過去の類似事例からの学習によって原因
を究明し、それに対応したシールド掘進機の制御もしく
は操作支援を行うことができるので、施工環境やシール
ド掘進機の特性の変化に対してより適切な対応が可能と
なる。According to the present invention, a shield machine is controlled based on a control rule incorporating the operation knowledge of a skilled operator. By learning the cause, the cause can be determined, and the control or operation support of the shield machine can be performed according to the cause, so that it is possible to more appropriately cope with the change in the construction environment and the characteristics of the shield machine.
【図1】本発明方法の一実態様を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the method of the present invention.
【図2】本発明方法の他の実施態様を示すブロック図で
ある。FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the method of the present invention.
【図3】本発明方法のシステムフローチャートである。FIG. 3 is a system flowchart of the method of the present invention.
【図4】水平方向制御における制御目標の説明図で、
(a)は掘進開始時のシールド掘進機の状態図、(b)
は1リング掘進終了後のシールド掘進機のあるべき状態
を示す図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a control target in horizontal direction control;
(A) is a state diagram of the shield machine at the start of excavation, (b)
FIG. 4 is a view showing a state where the shield machine should be after one ring excavation is completed.
【図5】1リング掘進途中でのジャッキパターン修正の
制御軌跡を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a control trajectory of jack pattern correction during excavation of one ring.
【図6】ファジィ推論によるジャッキパターン制御の従
来技術の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional technique of jack pattern control by fuzzy inference.
1…状態評価部、2…ルールベース推論部、3…ルール
ベース、4…シールド掘進機、5…データ編集部、6…
事例ベース、7…問題把握部、8,8′…検索・推論
部。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... State evaluation part, 2 ... Rule base reasoning part, 3 ... Rule base, 4 ... Shield machine, 5 ... Data editing part, 6 ...
Case base, 7: Problem grasping unit, 8, 8 '... Search / inference unit.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 均 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社 土浦工場内 (56)参考文献 特開 平2−115492(JP,A) 特開 平3−228996(JP,A) 特開 平2−186097(JP,A) 特開 平5−5396(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E21D 9/06 301 E21D 9/06 302 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Hitoshi Takahashi 650, Kandamachi, Tsuchiura-shi, Ibaraki Hitachi Construction Machinery Co., Ltd. Tsuchiura Plant (56) References JP-A-2-115492 (JP, A) JP-A-3 -228996 (JP, A) JP-A-2-18697 (JP, A) JP-A-5-5396 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) E21D 9/06 301 E21D 9/06 302
Claims (3)
したルールベースによる推論結果に基づいてシールド掘
進機の制御を行うとともに、その推論適用条件と制御結
果および制御結果に影響を与える他の掘進機稼動データ
を編集し、事例として登録することにより事例ベースを
構築し、ルールベース推論による制御では期待する制御
結果が得られなかった場合、事例ベースから推論適用条
件の類似した過去の事例を検索して、原因の究明とそれ
に対応するシールド掘進機の制御もしくは操作支援の方
針決定を行うことを特徴とするシールド掘進機の制御お
よび操作支援方法。At the time of shield construction, a shield excavator is controlled based on an inference result based on a rule base in which control rules are registered, and the inference application conditions, control results, and other excavator operations affecting the control results are provided. By editing the data and registering it as a case, a case base is constructed.If the expected control result is not obtained by rule-based inference, past cases with similar inference application conditions are searched from the case base. A method for controlling and operating a shield machine, wherein the cause is determined and a policy for controlling or operating the shield machine is correspondingly determined.
したルールベースによる推論結果に基づいてシールド掘
進機の掘進方向を制御するとともに、その推論適用条件
と制御結果および制御結果に影響を与える他の掘進機稼
動データを編集し、事例として登録することにより事例
ベースを構築し、ルールベース推論による制御では期待
する制御結果が得られなかった場合、事例ベースから推
論適用条件の類似した過去の事例を検索して、原因の究
明とそれに対応するシールド掘進機の制御もしくは操作
支援の方針決定を行うことを特徴とするシールド掘進機
の制御および操作支援方法。2. A shield construction method for controlling a direction of a shield machine based on a rule-based inference result in which a control rule is registered, and a condition for applying the inference, a control result, and another excavation which affects the control result. By editing machine operation data and registering it as a case, a case base is constructed. If the expected control result is not obtained by rule-based inference, past cases with similar inference application conditions are searched from the case base. And determining the cause and determining the policy of control or operation support of the shield machine corresponding to the cause.
築するとともに、事例ベースへ登録する推論適用条件に
もファジィパラメータを用い、その確信度をファジィ推
論で用いるメンバシップ関数により評価することを特徴
とする請求項1または2に記載のシールド掘進機の制御
および操作支援方法。3. The method according to claim 1, wherein the rule base is constructed by fuzzy rules, the fuzzy parameters are also used as inference application conditions registered in the case base, and the certainty is evaluated by a membership function used in fuzzy inference. Item 3. The method for controlling and operating a shield machine according to item 1 or 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4050725A JP2869245B2 (en) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | Control and operation support method for shield machine |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP4050725A JP2869245B2 (en) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | Control and operation support method for shield machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05248173A JPH05248173A (en) | 1993-09-24 |
| JP2869245B2 true JP2869245B2 (en) | 1999-03-10 |
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Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP7061893B2 (en) * | 2018-02-21 | 2022-05-02 | 清水建設株式会社 | Shield excavator control system and shield excavator control method |
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| CN115217484B (en) * | 2022-04-22 | 2025-05-02 | 中铁工程装备集团有限公司 | A shield tunneling automatic control method and system |
| CN121209391B (en) * | 2025-11-26 | 2026-03-06 | 华夏天信物联科技有限公司 | A multi-layer collaborative industrial control platform system |
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1992
- 1992-03-09 JP JP4050725A patent/JP2869245B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05248173A (en) | 1993-09-24 |
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