2 日本 航空 宇 宙学 会 誌 第38巻 第437号(1990年6月)
− 特
集 −
航 空 機 の 知 能 化 に つ い て*1
松 本 甲 太 郎*2・ 渡 辺 顯*2
Key Words: Intelligent Cockpit, Expert System, Automation and AI,Pilot and AI
1.は じ め に 1970年 代 の 初 め か ら飛 躍 的 な 発 展 を続 け て い る電 子 技 術 の 航 空 技 術 へ の 応 用 は 目覚 し く,搭 載 機 器 の デ ィ ジ タ ル 化 に始 り,光 技 術 の 導 入,誘 導 ・制 御 ・航 法 の 自 動 化,CRTデ ィス プ レ イ に よ る 統 合 表 示 が 進 め ら れ,現 在 はFBW(Fly-by-Wire)技 術 が 実 用 化 さ れ る まで に 至 っ て い る.人 工 知 能 技 術(AI技 術)に つ い て も,自 動 化 の 進 む コ ク ピ ッ トに お け る パ イ ロ ッ ト作 業 の 質 的 変 化 や,航 空 機 運 航 の 安 全 性 の さ ら な る 向 上 要 求 等 を 背 景 に,人 間 の 知 識 ・経 験 を シ ス テ ム 化 し う る技 術 と し て,こ れ ま で パ イ ロ ッ ト等 人 の 熟 練 に 全 面 的 に 委 ね られ て き た 操 作 手 順 お よ び 判 断 に お け る 自 動 化 の 可 能 性 を 目指 し て そ の 実 現 の 期 待 が 高 ま っ て い る.本 稿 で は こ れ ま で のFBWの 次 の 技 術 と 考 え る FBI(Fly-by-Intelligence)と も い え る 知 能 化 フ ラ イ ト デ ッ キ技 術 の 動 向 お よ び 課 題 な ど に つ い て 述 べ る,
著
者 紹
介
松本 甲太 郎(正 会 員) 昭和23年 生.神 奈川 県出 身,昭 和53年 東京 大学工 学系大 学院計 数 工学博 士課程単位取 得.同 年,航 空 宇宙技術研 究所に入所.現 在,数 理 解 析部 主任研 究官.航 空宇宙 システ ム の知 能 化 の研 究 に 従事.日 本 航 空 宇宙 学 会,計 測 自 動 制 御 学 会,情 報 処 理学 会,AIAA各 会 員. 渡辺 顯(正 会 員) 昭和17年 生.昭 和42年 北海道 大 学 大学院修士 課程修 了(精密工学 専 攻).同 年,航 空宇宙 技術研 究所計 測 部入部 。昭和53年 に 自動制御 第 1研 究室 長,昭 和60年 よ り制御 部 飛 行 シ ミュ レ ー シ ョン研 究 室 長.飛 行 シ ミ ュ レー タ シ ス テ ム お よ び飛 行 制 御 シ ス テ ム の研 究 開 発 に 従 事.計 測 自動 制 御 学 会,情 報 処 理 学 会 各 会 員. 2.知 能 化 技 術 へ の 期 待 1956年 米 国 の ダ ー トマ ス で 開 か れ た 人 工 知 能 コ ン フ ァ レ ン ス を 端 緒 とす る人 工 知 能 研 究 は,1960年 代 は チ ェス な どの ゲ ー ム や 数 学 上 の 定 理 の証 明 問 題 な ど を 通 じ て の 推 論 ア ル ゴ リズ ム研 究 と し て 展 開 さ れ た. そ の な か で も い わ ゆ る エ キ スパ ー ト・シ ス テ ム 技 術 は, 1970年 代 にE.A.Feigenbaumら の 研 究,MYSIN, DENDRALの 成 功 に よ っ て 広 く評 価 され る よ う に な り,そ の 後 の 知 識 工 学 と し て の 体 系化,我 が 国 で の第 5世 代 コ ン ピ ュ ー タ プ ロ ジ ェ ク トへ と発 展 して き た. 現 在 は様 々 な 産 業 分 野 で の 実 用 化 研 究 が 開 始 さ れ て い る.航 空 宇 宙 分 野 は そ の 中 で も最 も有 力 な 適 用 分 野 の 一 つ と して 考 え られ て お り ,米 国 で はNASA宇 宙 ス テ ー シ ョン 計 画 を中 心 に 大 々 的 に研 究 開 発 投 資 が 進 行 中 で あ る. 人 工 知 能(AD技 術 の 研 究 は 第 １図 の よ う に 様 々 な 側 面 を持 っ て お り,エ キ スパ ー ト ・シ ス テ ム 技 術 は そ の1分 野 に し か 過 ぎ な い.AI技 術 の 定 義 は い ろ い ろ あ る が,こ こ で は 「人 の 知 的 活 動 を コ ン ピ ュー タ で い か に う ま く実 現 す るか の 技 術 」 と考 え よ う1,. 人 の 知 的 活 動 と は航 空 機 の 機 上 シ ス テ ム で 言 え ば パ イ ロ ッ ト等 乗 員 の 思 考,判 断 な どで あ り,パ イ ロ ッ ト 等 の 知 的 活 動 を 計 算 機 プ ロ グ ラ ム に 置 き換 え,支 援 す る こ とが 機 上 シ ス テ ム の 知 能 化(AI化/FBI化)と 考 え る.機 上 シ ス テ ム のAI化/FBI化 と,従 来 の オ ー トパ イ ロ ッ トに 代 表 され る コ ク ピ ッ ト内 の 自動 化 との 違 い は,AI化/FBI化 が パ イ ロ ッ トの 知 的 機 能 の 置 き 換 え/支 援 を 目指 して い る の に対 し,自 動 化 はパ イ ロ ッ トの 物 理 的/熟 練 作 業 の 置 き換 え を 目指 して い る と 言 え る で あ ろ う. 2.1技 術 的 ブ レー ク ス ル ー へ の 期 待 計 算 機 は計 算 と い う知 的 な 作 業 を 自動 的 に し て くれ る 機 械 で あ り,あ る 意 味 で は極 め てAI的 機 械 で あ る.そ の よ う な計 算 機 の 現 状 打 破 に何 故AI化 が 必 要/必 須 で あ る と言 わ れ 始 め た の で あ ろ う か. *昭 和63年10月20日 ,第26回 飛 行 機 シ ン ポ ジ ウム に て講 演.平 成2年3月2日 原 稿 受 理The Role of Intelligence forAirplane*2航 空 宇 宙 技 術 研 究 所Kohtaro MATSUMOTO and Akira WATANABE
航 空機 の知 能化 につ い て(松 本 甲太 郎 ・渡辺 顯) 3 第1図 人工知能研究 の分野 第1表 旅 客機操縦席の表示灯お よび計器数の比較 第2図 コ ク ピ ッ ト表 示 の 階 層 化 現 在 の 計 算 機 は 計 算 能 力 や 記 憶 能 力 の 点 で は 人 間 を 凌 駕 す る程 強 力 に な っ た が,① パ タ ー ン認 識,大 局/ 定 性 的 判 断,直 感 な どの 人 並 の 高 度 な 問 題 解 決 能 力 の 欠如 と,② プ ロ グ ラ ム 作 成 お よ び デ ー タ 入 出 力 な ど の 手 間 が 膨 大 で,良 好 な 計 算 機 一人 間 イ ン タ ー フ ェ ー ス 能 力 に 欠 け る,な どの 問 題 に 直 面 し て い る.す な わ ち 人 間 が使 う道 具(計 算 機)だ け が 強 力 に な り,そ の使 用 者 で あ る人 間 か ら見 た使 い 勝 手(パ タ ー ン 認 識,プ ロ グ ラ ミ ン グ な ど)が よ くな ら な い た め に,人 間 一計 算 機 トー タ ル シ ス テ ム と し て の バ ラ ン ス が くず れ,道 具 の 強 力 な 能 力 を 十 分 に 使 い こな せ な くな っ て き た の で あ る. これ と同 様 な 問 題 が 航 空機 の 機 上 シス テ ム に 指 摘 で きる の で は な か ろ うか.大 量 輸 送 の 時 代 に,搭 載 計 算 機 の 能 力 が 向 上 し様 々 な 自動 化/デ ィ ジ タ ル 化 が 進 め られ て い る が,航 空 機 の安 全 性 向 上 は こ れ ら の 努 力 の 割 に サ チ ュ レー シ ョ ン し始 め て い る 兆 候 が 見 られ る2). こ の 原 因 の 一 つ に,人 間 一機 械 系 と し て の 機 上 シ ス テ ム を 自 動 化 す る た め の 努 力 が 主 と し て 機 械 的 要 因 に 払 わ れ て きた こ とが 考 え ら れ る.機 上 シス テ ム に パ イ ロ ッ ト等 の 人 間 的 要 素 が 不 可 欠 で あ る 以 上,人 間 的 要 因 を含 め て 自動 化 を進 め て い か な けれ ば シ ス テ ム と して の バ ラ ン スが くず れ,全 体 の パ フ ォ ー マ ン スの 向 上 は 見 込 め な い で あ ろ う.こ の た め 判 断 な ど の 極 め て 人 間 的,知 的 な 機 能 を 自 動 化 で き る 新 し い 技 術 と して AI技 術 の 導 入 が 求 め られ て い る. 2.2知 能 化 技 術 の 利 点 と期 待AI技 術 の 利 点 と して,一 般 的 に は,① ソ フ トウ ェ ア 作 成 の 容 易 さ,② 高 度 な 問 題 解 決 能 力 の 獲 得,③ マ ンーマ シ ン イ ン タ ー フ ェ ー ス の 向 上,な どが 期 待 され て い る が,航 空 機 の 機 上 シ ス テ ム で は,こ れ ら の う ち②,③ が 主 た る利 点 とな ろ う. 近 年 大 型 航 空 機 で は 飛 行 の 安 全 性 向 上 の た め 各 種 セ ンサ 類 が 装 備 さ れ,そ の た め の 表 示 計 器 な ど コ ク ピ ッ ト内 の 表 示 機 器 ・計 器 の 増 加 は 著 しい もの が あ る.こ の た め,パ イ ロ ッ トの 認 識 能 力 の 限 界 に 近 づ きつ つ あ る との 認 識 か ら,計 器 統 合 化 に よ る機 体 情 報 の ラ ン ク 付 け と視 認 性 ・認 識 性 の 向上 がB-767な どの 最 新 鋭 機 で は 図 られ て い る(第1表).AI技 術 の 導 入 は,こ れ に加 え認 識 そ の も の の ラ ン ク付 け,状 況 に応 じた 情 報 の 協 調/取 捨 選 択 な ど を 可 能 に し(第2図3り,パ イ ロ ッ トの 計 器 認 識 ・理 解 機 能 を部 分 的 に代 行 す る機 能 を 実 現 し,パ イ ロ ッ トー機 体 間 の イ ン タ ー フ ェ ー ス の よ り一 層 の 向 上 に 結 び つ く と期 待 され る. また,過 密 化 し た 航 空 路,省 エ ネ ル ギ ー の 追 及 等, 多 様 化 す るパ イ ロ ッ トタ ス ク を 安 全 ・確 実 に遂 行 す る た め に は,パ イ ロ ッ トの 技 術 的 能 力 の 自動 化 に よ る 支 援 ば か りで は 不 十 分 で,後 述 す るFMSを 端 緒 とす る 知 的 能 力 の 管 理,支 援 機 能 が 必 要 で あ る.こ の た め に は高 度 な 問 題 解 決 能 力 を機 上 シ ス テ ム に 付 与 す る こ と が 必 要 で,AI技 術 は そ の 有 力 な 手 段 と な る4，5). 2.3知 能 化 技 術 の 実 用 化 へ の 動 きAI専 用 マ シ
4 日本 航空 宇 宙 学会 誌 第38巻 第437号(1990年6月) ン の 開 発 は 当初 は そ の 必 要 性 が 盛 ん に 言 わ れ た が , LSI技 術 の進 展,パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ー タ を 始 め と す る 小 型 汎 用 計 算 機 の 能 力 向 上 に よ り,現 在 で はAI専 用 機 の 必 要 性 は 減 少 し,さ ら に 既 存 ソ フ トウ ェ ア 資産 の 活 用 ・統 合 化 の 必 要 性 か ら,現 在 で は ワー ク ス テ ー シ ョ ンな どの 汎 用 小 型 計 算 機 が 主 流 と な っ て お り,ハ ー ドウ ェ ア の 面 か ら は 航 空 機 搭 載 の 実 現 性 は高 ま っ て い る. また,実 用 型AIシ ス テ ム の 開 発 が 試 行 され る に つ れ て,そ れ ぞ れ の 分 野 で の 既 存 ソ フ トウ ェ ア 資 産 の 継 承 な し に は 実 用 シ ス テ ム に な り え な い こ とや,知 識 ベ ー ス も大 規 模 な も の が 不 可 欠 で ,そ の よ う な 大 規 模 知 識 べ ー ス の 維 持 ・検 証 ・推 論 が 重 要 で あ る こ と等 が 明 ら か に な りつ つ あ る.こ の た め 既 存 ソ フ トウ ェ ア との ハ イ ブ リ ッ ド化 が 可 能 な 大 規 模 知 識 べ ー ス の 研 究 が 進 め られ て い る. 3.航 空 機 の 自 動 化 か ら知 能 化 へ の 流 れ 前 章 で はAI技 術 か ら見 た航 空 機 の 知 能 化 の 期 待 を 述 べ た.本 章 で は 逆 にAI技 術 を 受 入 れ る側 の 航 空 機 機 上 シ ス テ ム の 現 状 を 概 観 す る. 電 子 技 術 が 非 常 に 発 展 し た 今 日,B-767やA-320 な どの 最 新 鋭 機 で は,航 空 機 の あ らゆ る装 置,関 連 シ ス テ ム が デ ィ ジ タ ル 計 算 機 で 制 御 さ れ て い る.こ こ で は,機 上 シ ス テ ム のAI化 の 環 境 条 件 と し て,現 在 の 航 空 機 の 操 縦,制 御 シ ス テ ム の デ ィ ジ タ ル 化 の 流 れ を 概 観 し,今 後 のAI化 に 関 連 し て く る機 器,シ ス テ ム に つ い て 述 べ る6}. 3.1航 空 機 の 自動 化 シ ス テ ム 3.1,1航 空 機 の 制 御 シ ス テ ム 航 空 機 の 知 能 化 に お い て は 機 上 装 置 の 電 子 化 が 不 可 欠 で あ る,こ こで 知 能 化 に 大 き く関 連 す る 機 上 装 置,特 に 操 縦 制 御 シス テ ム の こ こ30年 の発 展 を見 る と第3図 の よ う に な る. ア ナ ロ グ 方 式 か ら デ ィ ジ タ ル 方 式 に 変 っ た こ と と, 操 縦 シ ス テ ム のFBW化 へ の 移 行 が 大 き な 流 れ で あ る 、1960年 代 の 代 表 機Tridentに は ア ナ ロ グ 方 式 の 飛 行 制 御 シ ス テ ム が 搭 載 さ れ て い た が,現 在 の 最 新 輸 送 機A-320で は デ ィ ジ タ ル 飛 行 制 御 シ ス テ ム が 採 用 さ れ,か つFBW方 式 で あ る.現 代 の 飛 行 制 御 シ ス テ ム はAIシ ス テ ム との 結 合 が 比 較 的 容 易 な 方 向 へ 進 ん で い る と言 え る で あ ろ う. 3.1.2搭 載 計 算 機 の 高 機 能 化,高 信 頼 化AIソ フ トウ ェ ア の 実 行 環 境 で あ る搭 載 計 算 機 の 能 力 ・構 成 は, 適 用 可 能 性 を 決 め る主 要 な フ ァ ク タ で あ る,搭 載 型 計 算 機 に は 高 度 な 信 頼 性(故 障 率10-9∼10-12以 下)が 求 め られ る の で,従 来 は比 較 的 集 積 度 の 低 い ビ ッ トス ラ イ スLSIで 構 成 し たCPUの 同 種 多 重 冗 長 構 成 が 用 い ら れ て お り,そ の 演 算 速 度 は 高 々2∼3MIPS程 度 に過 ぎ な い.し か し,近 年 の 安 全 性 向 上 要 求 は 後 述 す るFMSな ど に代 表 さ れ る よ う に,よ り高 度 で,よ り 知 的 な 作 業 を搭 載 計 算 機 に 求 め て き て い る.こ の た め,搭 載 計 算 機 に は よ り強 力 な マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ が 使 用 さ れ,搭 載 ソ フ トウ ェ ア も大 規 模 な もの と な り つ つ あ る.ま た 搭 載 系 の知 能 化 の た め に は,さ ら に高 度 な もの が 必 須 と な ろ う. この よ う な搭 載 ア ビ オ ニ ク ス 系 の 高 度 化,ソ フ トウ ェ ア の 大 規 模 化 ・知 能 化 に と も な い,マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ー タ 用 大 規 模LSIの 設 計 エ ラ ー 問 題 や,大 規 模 ソ フ トウ ェ ア に不 可 避 的 に内 在 す る ソ フ トウ ェ ア バ グ問 題,お よ び 知 能 型 ソ フ トウ ェ ア の 検 証 手 法 の 問 題 な ど,こ れ まで の 同 種 多 重 冗 長 ア ー キ テ ク チ ュ ア で は搭 載 系 の 信 頼 性 要 求 に応 え ら れ な い こ とが 明 ら か に な り つ つ あ る. こ れ に 対 処 す るた め,近 年 異 種 冗 長 ア ー キ テ ク チ ュ ア が 検 討 さ れ 始 め η,す で に エ ア バ ス社 のA-320に 搭 載 さ れ たEFCSを 始 め い くつ か の 航 空 機 へ の 搭 載 が 検 討 さ れ て い る.知 能 化 に お い て も この よ う なハ ー ド ウ ェ ア ・ソ フ トウ ェ ア 両 面 か ら信 頼 性 の 高 い 計 算 機 シ ス テ ム の 採 用 を 前 提 と して シ ス テ ム の 構 築 を 図 る こ と とな ろ う. 第3図 航空機械 上 シス テムの知能化の流れ
航 空機 の知能 化 につ い て(松 本 甲太 郎 ・渡 辺 顯) 5 3.2飛 行 管 理 シ ス テ ム(FMS)8)飛 行 径 路,燃 料 消費 な ど の 問 題 解 決 装 置 と して 実 用 化 され て い る 飛 行 管 理 シ ス テ ム は,機 上 シ ス テ ムAI化 の 端 緒 と な る も の と考 え られ る. 経 済 巡 航 速 度 は 機 体 重 量,飛 行 高 度,外 気 温 度,風 速,風 向 な ど に よ っ て 異 な り,こ れ らの 条 件 を満 た し て理 想 的 な 飛 行 を行 うの が 望 ま し い.し か し,こ れ ら の 条 件 か ら絶 えず 最 適 な 飛行 速 度 を求 め る こ とは 大 変 な作 業 で,一 般 に は あ ら か じ め 標 準 の 飛 行 状 態 を設 定 し計 算 作 業 を 単 純 化 し て お くの で,必 ず し も最 適 値 は 求 め られ な か った.こ れ を計 算 機 を 用 い て 管 理 し よ う とす る も の がFMSで あ る.FMSは 従 来 は 個 々 の 独 立機 能 で あ っ た 各 種 セ ンサ,飛 行 制 御 装 置,エ ン ジ ン 制 御 装 置 な ど を統 合 し,よ り効 率 的 な 飛 行 を可 能 に す る もの で あ る.す な わ ち 離 陸 か ら着 陸 まで の 全 飛 行 領 域 に わ た っ て 機 体 重 量,エ ン ジ ン 関 連 デ ー タ,高 度, 外 気 温 度,位 置,風 向,風 速 な ど の 情 報 と,あ ら か じ め定 め られ た 飛 行 計 画 の デ ー タ を 基 に最 も燃 料 消 費 の 少 な い 飛行 速 度 と飛 行 径 路 を 計 算 し,飛 行 制 御 装 置 や 推 力 制 御 装 置 に 直 接 指 令 を だ し機 体 を 目 的 地 に誘 導 す る と と も に,パ イ ロ ッ トの監 視 用 と して 航 法 デ ー タ を 電 子 飛 行 計 器 シ ス テ ム に表 示 す る. FMSの 構 成 の1例 を 第4図 に 示 す.エ ン ジ ン あ る い は 飛 行 状 態 の セ ン サ か ら入 力 され た信 号 と あ らか じ めCDU(Control Display Unit)か ら セ ッ ト した 飛 行 プ ラ ンか ら,最 適 な 飛 行 径 路 を計 算 し,接 続 し て あ る 飛 行 制 御 装 置,推 力 制 御 装 置 な ど に指 示 を与 え る.各 装 置 はFMS計 算 機 か らの 指 示 に従 っ て 飛 行 機 が 最 適 な 径 路 を と る よ う に 自動 操 縦 す る. FMSに よ りパ イ ロ ッ トあ る い は 機 関 士 の 機 能 の 一 部 を 代 行 す る こ とが で き,パ イ ロ ッ トは 最 適 飛 行 径 路 に関 す る 業 務 か ら開 放 さ れ,操 縦 操 作 に ゆ と りを 持 つ こ とが で き,機 上 の 飛 行 責 任 者 と し て 飛 行 の 安 全 に 専 念 で き る.こ の シ ス テ ム は エ キ ス パ ー ト ・シ ス テ ム に よ る パ イ ロ ッ ト機 能 代 行 型 の 一 例 と も 言 え る で あ ろ う. 3.3航 空 機 の シ ス テ ム へ のAI技 術 適 用 課 題 こ の よ うな 機 上 シ ス テ ム の 知 能 化 に 関 し,AI応 用 の う ち 主 と して エ キ ス パ ー ト ・シ ス テ ム の 構 築 の 課 題 と 内 容 に つ い て の 検 討 結 果 を第2表 に 示 す9).航 空 宇 宙 分 第4図 飛 行 管 理 シ ス テ ム(FMS)の 系統 図
6 日本航 空 宇 宙学 会 誌 第38巻 第437号(１990年6月) 第2表 エ キ スパ ー ト ・シ ス テ ムの 航 空 関 連 へ の適 用 と課題 野 で も一 般 の 実 用AIと 同 様 に,シ ス テ ム は 大 規 模 な もの とな り,航 法 ・誘 導 ・制 御 あ る い はFMSな ど の 既 存 ソ フ ト ウ ェ ア との ハ イ ブ リ ッ ド化 が 重 要 で あ る が, そ れ に加 え て,専 門 家 支 援/代 行 な ど の 高 い知 識 レ ベ ル と リア ル タ イ ム 処 理 が 求 め られ る101. 4.航 空 機 の 設 計 ・整 備 に お け るAI技 術 の 役 割 4.1航 空 機 の 設 計 シ ス テ ム の 知 能 化 航 空 機 の シ ス テ ム の 知 能 化 に 当 っ て 外 せ な い 分 野 が 設 計 シ ス テ ム へ の 適 用 で あ る.航 空 機 の 設 計 に は 膨 大 な 設 計 計 算 と 永 年 の 設 計 経 験 の 蓄 積 が 重 要 で あ り,AI技 術 活 用 へ の 期 待 は 大 きい.総 合 航 空 機 設 計 シ ス テ ム の 研 究 は 米 国 で はNASAラ ン グ レ ー 研 究 所 が 中 心 と な っ て ODIN,AVID,IAC,IPAD11)な どの 計 算 コー ド ・入 出 力 デ ー タ管 理 を 目指 した シ ス テ ム を構 築 し,そ の 管 理 シ ス テ ム の 高 度 化,知 能 化 にAI技 術 を 用 い て い る12). 4.2整 備 シ ス テ ム の 知 能 化 の 検 討 永 年 の 経 験 の 蓄 積 ・継 承 を 知 識 工 学 技 術 に よ っ て 効 果 的 に 行 うた め に,米 国 ボ ー イ ン グ社 で は設 計/整 備 技 術 の 経 験 蓄 積 を 目 指 したETS(Experties Transfer System)墓3)を 構
築 し,優 秀 な 設 計 技 術/整 備 技 術 者 の 経 験 知 識 の 収
集 ・知 識 べ 一 ス 化 を進 め て い る.こ のETSシ ス テ ム
を 用 い て,コ ネ ク タ 組 立 作 業 の た め のCASE(Con-nector Assembly Specification Expert),Bl-Bの ア ビ オ ニ ク ス シ ス テ ム の 故 障 診 断 を 行 うCEPS(Central Integrated Test System Expert Parameter
Sys-tem),ア ル ミ加 工 設 計 を 支 援 す るPHRITZ,な ど が す で に構 築 され 使 用 さ れ は じめ て い る. 4.3搭 載 型 故 障 診 断 シ ス テ ム 航 空 機 へ のAl技 術 の 適 用 に お い て,エ キ スパ ー ト ・シ ス テ ム を 用 い た 故 障 診 断 シ ス テ ム は最 も実 現 可 能 性 が 高 くか つ 有 用 性 も期 待 で きる もの の 一 つ で あ る. 搭 載 機 器 の 不 具 合 を 検 出 ・診 断 す るIFPM(In Flight Performance Monitor)やBIT(Built-in Test) 機 能 の 故 障 分 離 能 力 は 充 分 と は い え ず,地 上 で の 試 験 機 材 に よ る こ とが 多 い.し か し運 用 条 件 の 違 い や 断 続 的 な 障 害 な ど に 効 果 的 に対 処 す る た め に は,障 害 が 発 生 し て い る 場 面 で リア ル タ イ ム に 専 門 的 経 験 に基 づ い た 障 害 分 析 を行 う こ とが 必 要 と考 え られ て い る14). こ の よ う な搭 載 型 故 障 診 断 シ ス テ ム と して は,F/A-18の ア ビ オ ニ ク ス 故 障 診 断 シ ス テ ムAIMES
(Avionics Integrated Maintenance Expert System), Bl-Bの 飛 行 中 に 搭 載 機 器 の 故 障 検 出 ・同 定 を 行 う シ ス テ ムCITS(Central Integrated TestSystem)な ど を 始 め い くつ か の シ ス テ ム が 報 告 さ れ て い る15). 5.航 空 機 の 知 能 化 の研 究 の 現 状 前 章 ま で,現 在 の 航 空 機 の 情 報,計 測,操 縦 に つ い て,ま た そ の 情 報 に 基 づ い た 飛 行 管 理 シ ス テ ム,新 し い 操 縦 形 態 な ど を 概 観 した.今 後 の 航 空 機 分 野 へ の AI技 術 適 用 に あ た っ て こ れ らの 新 しい 飛 行 管 理 シ ス テ ム や,操 縦 形 態 の 実 現 を 目指 す エ キ スパ ー ト ・シ ス テ ム の 活 用 は 重 要 な 研 究 課 題 で あ る.AI技 術 の 主 要 な ツ ー ル で あ る エ キ スパ ー ト ・シ ス テ ム に は第3表 の よ う な期 待 が 寄 せ られ て い るが,こ れ を機 上 シ ス テ ム や パ イ ロ ッ ト作 業 に あ て は め る と同 表 右 に 示 す よ う な 働 きが 期 待 で き る で あ ろ16). 航 空 分 野 で の エ キ スパ ー ト ・シ ス テ ム 技 術 の 研 究 例 は 本 誌 の1990年2月 号 に も故 障 診 断 の 例 を 中 心 に報 告 され て い る が05,,こ こで は機 上 シ ス テ ム の 知 能 化 の 研 究 の 内,リ ア ル タ イ ム処 理 を指 向 し て い る研 究 例 を 中 心 に簡 単 に 紹 介 す る. 米 国 で は ス ペ ー ス シ ャ トル お よ びATF(Advanced Tactical Fighter)計 画 な ど で 第4表 に 示 す よ う な, 航 空 宇 宙 用 の リア ル タ イ ム を 意 識 し た エ キ ス パ ー ト ・ シ ス テ ム が 研 究 開 発 さ れ て い る1η.い ず れ の シ ス テ ム も実 用 化 を 目指 して は い る が,シ ミ ュ レ ー タ と連 結 し た 試 験 研 究 段 階 で あ る.使 用 して い る 計 算 機 はAI専 用 機 を 使 用 し て い る例 が 多 い.既 存 ソ フ トウ ェ ア との ハ イ ブ リ ッ ド化 も一 部 に お い て 試 行 さ れ は じ め て い る. 我 が 国 に お い て は研 究 は 緒 に つ い た ば か りで あ る が,機 上 シ ス テ ム と し て は パ イ ロ ッ トへ の 情 報 提 供 と
航空 機 の知 能 化 に つ い て(松 本 甲太郎 ・渡 辺 顯) 7
第3表 航 空 宇 宙 用 エ キ スパ ー ト ・シ ス テ ム へ の 期待
第5図 ラ ス ム ッセ ンの 階 層 型 人 間 行 動 モ デ ル
8 日本 航 空宇 宙 学 会誌 第38巻 第437号(1990年6月) 地 上 メ ン テ ナ ン ス の 効 率 化 を 目指 し た機 上 故 障 診 断 シ ス テ ム18)や,実 機 の 機 体 モ デ ル を備 え た 故 障 診 断 ・緊 急 時 操 作 支 援 を 目 指 し た 操 縦 士 支 援 シ ス テ ム19)な ど が 研 究 され て い る.航 空 交 通 管 制 支 援 の 研 究 もエ ン ル ー ト管 制20)や ロ ー カ ル 空 港 を モ デ ル と し た 研 究21)が 報 告 さ れ て い る.ま た,パ イ ロ ッ トの モ デ ル と し て, そ の 知 的,精 神 的 作 業 と作 業 負 荷 の モ デ ル 化 に ラ ス ム ッ セ ン の3階 層 モ デ ル(第5図)22)を 適 用 し た 研 究 が 報 告 され て い る23). い ず れ の 研 究 例 も,OPS-83,ESHELL, PROLOGな ど の い わ ゆ るAIツ ー ル を 用 い て お り, 試 験 研 究 段 階 の も の で あ る. 6.今 後 の 課 題 本 章 で は 航 空 機 機 上 シ ス テ ム の 知 能 化 の 今 後 の 課 題 を次 の2点 に つ い て 述 べ て み る.第1はAI技 術 を 航 空 宇 宙 分 野 へ 適 用 す る 場 合 にAI技 術 自 身 が 解 決 す べ き課 題 で あ り,第2は パ イ ロ ッ トを 含 め た 従 来 の 航 空 宇 宙 技 術 と の調 和 で あ る. 6.1航 空 機 の 知 能 化 の 手 法 航 空 宇 宙 分 野 へ の AI技 術 適 用 は,地 上 で 従 来 研 究 さ れ て き た 技 術 の 単 第5表 航空宇宙 用 リアル タイム ・エキスパ ー ト ・システ ムに 必 要な特徴 純 な 適 用 の 一 分 野 と し て 考 え られ る もの で あ ろ う か, あ る い は航 空 宇 宙 へ の 適 用 に はAI技 術 に な ん ら か の 革 新 な く して は 考 え られ な い もの で あ ろ う か. 航 空 宇 宙 分 野 で求 め られ る高 い信 頼 性,安 全 性,省 資 源 性,リ ア ル タ イ ム 性 な ど の 技 術 的 特 徴 を 考 え る と,航 空 宇 宙 用AI技 術 に は,従 来 の 地 上 のAI技 術 に 加 え て 第5表 に 示 す よ う な新 し い 技 術 展 開 が 必 要 で あ ろ う.高 度 な 信 頼 性 要 求 や リ ア ル タ イ ム 要 求 な どの 技 術 的 課 題,お よ び 高 度 に 訓 練 さ れ た パ イ ロ ッ トの 熟 練 作 業 の 支 援/代 行 を どの よ う に実 施 す る か と い う シ ス テ ム 的 課 題 は 特 に 重 要 と な る06,. 6.1.1航 空 用AIソ フ トウ ェ ア の 開 発 と 検 証 従 来,エ キ ス パ ー ト ・シ ス テ ム の 大 きな 特 徴 と し て,簡 単 な デ モ ・シ ス テ ム の 構 築 か ら実 用 シ ス テ ム へ の 拡 大 ま で の ソ フ ト ウ ェ ア 開 発 の 有 利 さ が 述 べ られ て き た が,そ の 点 は極 め て 高 度 な 信 頼 性,専 門 性 を 求 め られ る航 空 宇 宙 分 野 で は さ して 利 点 とは な らな い.厳 しい 評 価 を受 け た後 に よ う や く搭 載 さ れ る航 空 宇 宙 機 器 で は,ソ フ トウ ェ ア 開 発 の 当 初 か ら そ の よ う な評 価 試験 を前 提 と し た体 制 で 開 発 され よ う.さ ら に航 空 宇 宙 用 AIソ フ トウ ェ ア の 果 た す 役 割,潜 在 能 力 を 考 え た と き,従 来 よ り も厳 し い評 価 プ ロ セ ス を必 要 とす る こ と が 考 え られ る.特 に エ キ ス パ ー ト ・シ ス テ ム の 推 論 能 力 を多 大 に活 用 した ソ フ トウ ェ ア で は,推 論 の 正 当 性 の検 証 方 法,推 論 に よ って 受 け入 れ られ る範 囲 の特 定 な ど に 未 解 決 の 問 題 が あ り,搭 載 可 能 な レ ベ ル に 達 す る た め に はAI技 術 そ の も の の 理 論 的 発 展 が 必 須 で あ る24〕. 6.1.2リ ア ル タ イ ム ・エ キ ス パ ー ト・シ ス テ ム 航 空 宇 宙 分 野 用 に リ ア ル タ イ ム ・エ キ ス パ ー ト ・シ ス テ ム の 研 究 が 進 め られ て い る が,現 在 まで の と こ ろ エ キ ス パ ー ト ・シ ス テ ム の 最 大 の 特 徴 で あ る推 論 機 構 そ の もの の リア ル タ イ ム化 の 研 究 は極 め て 少 な い.推 論 機 構 の 基 本 戦 略 で あ る バ ッ ク トラ ッ ク機 構 で は,適 切 な ア ル ゴ リズ ム 的 改 良 を施 さ な い 限 り,演 算 時 間 の 級 数 爆 発 が 不 可 避 で,リ アル タ イ ム 性 との 整 合 性 に 問 題 が あ る. そ の た め,推 論 機 構 自体 を リ ア ル タ イ ム 化 す る こ と が 試 み られ て お り,バ ッ ク トラ ッ ク 中 の ノ ー ド展 開 に 評 価 関 数 を入 れ,投 入 計 算 時 間 に見 合 っ た 推 論 成 果 を 得 よ う とい う 試 み も な さ れ て い る鋤. 6.2知 能 化 に お け るパ イ ロ ッ トの 役 割 従 来 パ イ ロ ッ トが 果 た し て き た コ ク ピ ッ ト関 連 タ ス ク を,AI 技 術 に よ っ て 支 援/代 行 し て行 く際 の 役 割 分 担 で 留 意 す べ き 問 題 は 大 き く分 け て 二 つ あ る,第1は 人 間 一機 械 シ ス テ ム と し て下 さ れ る決 定 に お け る判 断 の優 立 性 を 人 が 保 持 す る か,あ る い はAI技 術(機 械)に 委 ね る
航 空機 の 知能 化 に つ い て(松 本 甲太郎 ・渡 辺 顯) 9 の か で あ る.第2は そ の よ う なAI化 さ れ た機 上 シ ス テ ム で どの よ う に して パ イ ロ ッ トら搭 乗 員 の 士 気 を維 持 管 理 す る か と い う ヒ ュー マ ン フ ァ ク タ ー の 問 題 で あ る. これ らの 問 題 は 従 来 か ら,マ ン ・イ ン ・ザ ・ル ー プ, コ ク ピ ッ ト・リ ソ ー ス ・マ ネ ー ジ メ ン ト,あ る い は 「電 子 の 繭 」 な ど と して 指 摘 され て き た が,パ イ ロ ッ ト判 断 の 自動 化 を含 む 機 上 シ ス テ ム のAI化 に あ た っ て は これ ら の問 題 は特 に 重 要 と な る.従 来 の 自動 化 の 考 え 方 で は,自 動 化 シ ス テ ム の 故 障 時 に はパ イ ロ ッ ト らが 自動 化 シ ス テ ム を オ ー バ ー ラ イ ド し そ の 柔 軟 な 判 断 能 力 に よ りバ ッ ク ア ッ プ を 行 う こ とを 期 待 し て い た.し か し計 画 ・判 断 作 業 な どの 高 度 に知 的 な作 業 を 日常 的 には 機 上 計 算 機 シ ス テ ム に委 ね,非 常 時 の み パ イ ロ ッ トに バ ック ア ッ プ機 能 を 期 待 す る の は,パ イ ロ ッ ト側 に過 重 な責 任 を負 わ せ る もの で,か え っ て 非 常 時 に は 機 能 し な い お それ が 大 きい.し た が っ て,日 常 的 に パ イ ロ ッ ト を判 断 作 業 ル ー プ に い れ 技 量 保 持 に 努 め る か,あ る い は フ ェ ー ル セ ー フ,フ ォ ー ル ト ト レ ラ ン ト,あ る い は 再 構 成 技 術 な ど を 用 い て 異 常 事 態 で も最 低 限 の 機 能 を 機 上 に 維 持 で き る こ とが 必 須 と な ろ う. 7.お わ り に 航 空 機 が コ ン ピ ュー タ の 発 達 に よ り再 び 大 き く進 歩 し よ う と し て い る と き,我 々 が 追 求 しな け れ ば な ら な い 新 しい 技 術 と は人 間 固 有 の 力 を発 揮 させ る 技 術 で あ って,人 間 に 一 方 的 に あ ゆ み よ り を 求 め る もの で あ っ て は な ら な い と も言 わ れ る. ア ナ ロ グ装 置 に よ る 単 機 能 な 飛 行 制 御 シ ス テ ム か ら 始 まっ た 航 空 機 機 上 シ ス テ ム の 自 動 化 は,コ ン ピ ュ ー タ科 学 の 進 歩 と搭 載 コ ン ピ ュ ー タ の 発 達 に よ り,い ま やパ イ ロ ッ ト等 の 判 断 操 作 を も自 動 化 し う る 可 能 性 が 見 え て い る.そ の よ うな 進 ん だ シ ス テ ム を機 上 に 導 入 す る に あ た っ て は,先 端 技 術 の 個 別 的 展 開 ・導 入 よ り も,パ イ ロ ッ ト等 の 人 間 資 源 を含 め た機 上 シ ス テ ム と して の ア ー キ テ ク チ ュ ア お よ び人 間 一機 械 系 と し て の 役 割 分 担 の 最 適 化 の 考 え 方 が 必 要 と な ろ う. 最 後 に,本 稿 を ま と め る に あ た っ て,1988年 飛 行 機 シ ン ポ ジ ウム 特 別 セ ッ シ ョ ン報 告 の 内,後 藤,浜 田 両 氏 の 報 告 を 特 に 参 考 に させ て い た だ い た こ と を 記 し,謝 意 を呈 し ま す. 参 考 文 献 1)後 藤 敏1電 子計算機 の進 歩 とAI化 の動 向,日 本航空 宇 宙学会,第26回 飛行機 シンポ ジウム,1988,p.332. 2)黒 田 動:航 空 機 にお け る安全性 ,日 本 機械 学 会 誌,90, 827 (1987) , pp. 92-98.
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