IT201800005091A1

IT201800005091A1 - "Procedimento per monitorare lo stato di funzionamento di una stazione di lavorazione, relativo sistema di monitoraggio e prodotto informatico"

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Publication number: IT201800005091A1
Application number: IT102018000005091A
Authority: IT
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2019-11-04
Also published as: CN110442075A; EP3564768A1; PL3564768T3; US10877452B2; EP3564768B1; CA3041261A1; US20190339662A1

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:

“Procedimento per monitorare lo stato di funzionamento di una stazione di lavorazione, relativo sistema di monitoraggio e prodotto informatico”

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo tecnico

Le forme di attuazione della presente descrizione sono relative a tecniche per monitorare stazioni di lavorazione e/o assemblaggio in impianti industriali e/o linee di assemblaggio.

Una o più forme di attuazione possono essere applicate, ad esempio, al monitoraggio di stazioni di lavorazione e/o assemblaggio tramite analisi di segnali audio rilevati in prossimità delle stazioni stesse.

Sfondo tecnologico

Uno schema di un impianto industriale 1 o linea di assemblaggio, ad esempio per strutture o componenti di autoveicoli, di tipo noto è rappresentato nelle Figure 1a, 1b e 1c.

In generale, l’impianto 1 comprende una pluralità di stazioni di lavorazione e/o assemblaggio ST disposte, ad esempio, in cascata, in cui ciascuna stazione ST esegue una determinata operazione, quale ad esempio una lavorazione su un pezzo che riceve in ingresso e/o un assemblaggio di pezzi ricevuti in ingresso. Ad esempio, l’impianto illustrato in Figura 1a prevede 15 stazioni ST. Al termine delle lavorazioni eseguite in cascata dalle stazioni ST, l’ultima stazione fornisce in uscita il pezzo semilavorato finito.

Nell’esempio considerato, l’intero impianto 1 è suddiviso in aree di controllo A, quali ad esempio quattro aree A1, A2, A3 e A4. Come mostrato ad esempio nella Figura 1b, ciascuna area A comprende un sottogruppo di stazioni ST. Ad esempio, la prima area A1 può comprendere le prime quattro stazioni ST1, ST2, ST3 e ST4. In modo analogo, l’area A2 può comprendere le quattro stazioni successive ST5, …, ST8. In generale, il numero di stazioni ST può anche essere diverso tra le varie aree di controllo A.

Pertanto, la prima stazione ST1 può ricevere un pezzo da lavorare e/o più pezzi da assemblare, ed esegue il suo intervento prestabilito sul o sui pezzi in ingresso per realizzare un pezzo semilavorato da fornire in uscita. Il pezzo semilavorato in uscita dalla stazione ST1 viene alimentato in ingresso ad una seconda stazione ST2, dove viene ricevuto ed eventualmente bloccato in posizione per la successiva lavorazione prevista nella stazione ST2, etc.

Ciascuna stazione ST è dotata tipicamente di almeno un attuatore AT e/o di un sensore S per l’esecuzione e/o il monitoraggio delle lavorazioni svolte in tale stazione ST.

Ad esempio, una stazione di lavorazione e/o assemblaggio può svolgere una o più operazioni, quali ad esempio il montaggio di alcune parti aggiuntive, la saldatura, il controllo della qualità delle saldature, etc. Possono anche essere previste stazioni che svolgono esclusivamente una funzione di stoccaggio e/o di trasporto, quali ad esempio le stazioni ST1, ST6, ST11 e ST15, che possono essere ad esempio magazzini o nastri trasportatori.

Spesso in tali stazioni ST sono presenti uno o più robot industriali per rendere la lavorazione più rapida e di qualità. Un robot industriale è un manipolatore automaticamente controllato, riprogrammabile, multiscopo, usato spesso in applicazioni di automazione industriale per l’esecuzione di lavorazioni. Tipicamente, i mezzi attuatori e i mezzi sensori di una stazione ST sono a bordo di detti robot industriali e permettono l’esecuzione e il monitoraggio delle varie fasi di lavorazione previste. Tali mezzi attuatori a bordo di robot industriali possono comprendere, ad esempio, uno o più motori elettrici per l’azionamento di uno o più assi del robot, mentre i mezzi sensori a bordo di robot industriali possono comprendere, ad esempio, dei sensori di posizione, di forza, etc.

Mezzi attuatori e mezzi sensori possono anche essere presenti nelle stazioni ST che non sono dotate di robot industriali, quali ad esempio le stazioni che svolgono esclusivamente una funzione di stoccaggio e/o di trasporto.

In tali casi, ad esempio nel caso di una stazione comprendente un nastro trasportatore, i mezzi attuatori possono comprendere, per esempio, uno o più motori che azionano il nastro trasportatore, e i mezzi sensori possono comprendere, sempre a titolo di esempio, uno o più sensori (ad esempio, dei sensori ottici) che rilevano il transito di un pezzo sul nastro trasportatore.

Il pezzo semilavorato oggetto delle lavorazioni previste dall’impianto 1 transita ed eventualmente si ferma in ogni stazione ST per un ciclo di lavorazione, ovvero il tempo necessario ad eseguire la lavorazione o l’operazione stabilita per quella determinata stazione. Al termine della lavorazione in una stazione, il pezzo viene sbloccato e può proseguire il percorso verso la stazione successiva della linea di assemblaggio 1. A tale scopo (si veda ad esempio la Figura 1c), tipicamente ciascuna stazione di assemblaggio ST è dotata di attuatori AT1, AT2, AT3, … per l’esecuzione della o delle lavorazioni associate alla stazione ST e/o di sensori S1, S2, S3, … per l’acquisizione di parametri sullo status della stazione.

Tipicamente, le stazioni ST di un’area di controllo A sono monitorate e/o controllate mediante una unità di interfaccia uomo/macchina (Human-Machine Interface) HMI. Ad esempio, la prima area di controllo può avere associata una unità di interfaccia uomo/macchina fissa HMI1. In particolare, per controllare le stazioni ST, ogni unità di interfaccia uomo/macchina fissa HMI è collegata, tipicamente attraverso una rete di comunicazione COM, ad una unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC, quale ad esempio un Controllore a Logica Programmabile (Programmable Logic Controller, PLC). Ad esempio, come mostrato nella Figura 1b, l’interfaccia HMI1 può essere collegata all’unità PLC1 attraverso una rete di comunicazione COM1.

L’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC è a sua volta collegata alle stazioni ST dell’area A associata, in particolare (vedere la Figura 1c) agli attuatori AT e ai sensori S delle stazioni ST associate. Ad esempio, a tale scopo può essere utilizzata una rete di comunicazioni, quale ad esempio la rete COM1 che viene utilizzata per la comunicazione con l’interfaccia HMI associata. Ad esempio, tale rete di comunicazione può essere una rete Ethernet, o un CAN (Controller Area Network) bus, o in generale qualsiasi rete di comunicazione cablata o senza fili.

Inoltre, l’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC è collegata tipicamente ad un terminale intelligente SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) che fornisce il monitoraggio remoto di tutta la linea di assemblaggio 1. Ad esempio, a tale scopo può essere utilizzata una rete di comunicazioni quale una rete LAN, preferibilmente cablata, ad esempio una rete Ethernet.

In generale, una o più delle unità di interfaccia uomo/macchina HMI e/o il terminale intelligente SCADA possono essere implementati anche con dispositivi mobili, quali ad esempio tablet, sui quali è installata un’appropriata applicazione. Ad esempio, riferimento può essere fatto al documento EP 3 012 695, che descrive varie soluzioni per controllare e/o monitorare un impianto industriale 1.

Pertanto, in generale, l’impianto 1 descritto in precedenza comprende una pluralità di stazioni di lavorazione e/o assemblaggio ST, ad esempio per strutture o componenti di autoveicoli. Una o più unità elettroniche di controllo e di elaborazione PLC sono associate alle stazioni di lavorazione e/o assemblaggio ST, per il controllo di almeno un attuatore AT e/o sensore S associati alla stazione. Infine, può essere previsto almeno un dispositivo configurato per monitorare e/o controllare le stazioni di lavorazione e/o assemblaggio ST attraverso almeno un’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC.

La Figura 2 mostra un possibile ciclo di lavorazione effettuato all’interno di una stazione di lavorazione ST configurata per saldare una lamiera. Ad esempio, la stazione ST può comprendere tre attuatori AT1, AT2 e AT3, in cui:

- l’attuatore AT1 è un motore di un nastro di trasporto,

- l’attuatore AT2 è un motore che sposta un elettrodo, e

- l’attuatore AT3 è un inverter che fornisce una corrente all’elettrodo.

Per monitorare e pilotare il funzionamento della stazione, la stazione ST può comprendere anche una pluralità di sensori, quali ad esempio:

- un sensore S1 configurato per rilevare se la lamiera ha raggiunto una determina posizione,

- un sensore S2 configurato per rilevare la forza con cui l’elettrodo viene premuto contro la lamiera da saldare, e

- un sensore S3 configurato per rilevare se l’elettrodo ha raggiunto una posizione di fine corsa/riposo.

Ad esempio, ad un istante t0 viene attivato il motore AT1 e il nastro trasportatore avanza spostando la lamiera che si trova sul nastro trasportatore (fase O1). Ad un istante t1 il sensore S1 indica che lamiera ha raggiunto una determinata posizione. A questo punto viene disattivato il motore AT1 e attivato il motore AT2, fermando così il nastro trasportatore e spostando l’elettrodo verso la lamiera fino a quando il sensore S2 indica ad un istante t2 che la forza con cui l’elettrodo viene premuto contro la lamiera ha raggiunto una soglia desiderata (fase O2). Pertanto, all’istante t2 può essere disattivato il motore AT2 e attivato il generatore di corrente AT3, attivando la saldatura (fase O3). Nell’esempio considerato, la saldatura ha una durata fissa, ovvero il generatore di corrente AT3 viene spento ad un istante t3, in cui la durata t3 – t2 tra gli istanti t2 e t3 è costante. Inoltre, fino ad un istante t4, in cui la durata t4 – t3 tra gli istanti t3 e t4 è costante, la lamiera rimane ancora bloccata (fase O4). All’istante t4 viene quindi attivato nuovamente il motore AT2 (in direzione opposta), fino a quando il sensore S3 indica che l’elettrodo ha raggiunto all’istante t5 la posizione di fine corsa (fase O5). Pertanto, dall’istante t5 può iniziare un nuovo ciclo di lavorazione, effettuando le stesse operazioni per un’altra lamiera.

In molte applicazioni si pone il problema di monitorare il funzionamento di un ciclo di lavorazione comprendente una sequenza di operazioni, ad esempio le operazioni O1-O5 descritte con riferimento alla Figura 2, in modo tale da rilevare comportamenti anomali della stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST.

Ad esempio, il documento US 5,148,363 descrive un sistema per monitorare una linea di produzione di un veicolo. In particolare, le varie operazioni vengono raggruppate in blocchi di operazioni e il sistema monitora il tempo di completamento di ciascun blocco di operazioni. Successivamente, il tempo di completamento attuale viene confrontato con un limite di riferimento (o un limite superiore e un limite inferiore) che prende in considerazione la deviazione standard di precedenti tempi di completamento.

Invece, il documento EP 0 312 991 A2 descrive una soluzione in cui il funzionamento di un impianto viene monitorato analizzando l’andamento di segnali binari scambiati tra i vari blocchi di funzionamento, ovvero gli attuatori AT e sensori S, e il controllore, ovvero il PLC. Sostanzialmente, il documento EP 0 312 991 A2 memorizza durante un funzionamento normale per ciascun segnale monitorato un pattern di riferimento e successivamente tale pattern di riferimento viene confrontato con il segnale attuale per rilevare un malfunzionamento.

Scopo e sintesi

Lo scopo di varie forme di attuazione della presente descrizione sono nuove soluzioni che permettono di monitorare meglio il funzionamento di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio, quale ad esempio una stazione in una linea di assemblaggio per strutture o componenti di autoveicoli.

Secondo una o più forme di attuazione, uno o più degli scopi precedenti sono raggiunti attraverso un procedimento avente gli elementi distintivi esposti specificamente nelle rivendicazioni che seguono.

Una o più forme di attuazione possono riferirsi a un relativo sistema di monitoraggio.

Una o più forme di attuazione possono riferirsi a un prodotto informatico corrispondente, caricabile nella memoria di almeno un elaboratore e comprendente porzioni di codice software per effettuare le fasi del procedimento quando il prodotto è eseguito su un elaboratore. Come usato qui, un riferimento a un tale prodotto informatico intende essere equivalente a un riferimento a un mezzo leggibile da elaboratore contenente istruzioni per controllare un sistema di elaborazione per coordinare l’esecuzione del procedimento. Un riferimento ad “almeno un elaboratore” intende evidentemente evidenziare la possibilità che la presente descrizione sia implementata in maniera distribuita/modulare.

Le rivendicazioni sono parte integrante dell’insegnamento tecnico della descrizione qui fornita.

Come spiegato in precedenza, varie forme di attuazione della presente descrizione riguardano soluzioni per monitorare lo stato di funzionamento di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio.

Ad esempio, un impianto industriale può comprendere almeno una stazione di lavorazione e/o assemblaggio, la stazione di lavorazione e/o assemblaggio comprendente attuatori per muovere almeno un elemento, in cui almeno un’unità elettronica di controllo e di elaborazione scambia uno o più segnali con la stazione, in modo tale che la stazione di effettua una sequenza di operazioni durante un ciclo di lavorazione (si noterà che, per brevità, nel seguito della presente descrizione si farà riferimento esclusivo a cicli di lavorazione, comprendendo in questo insieme anche eventuali cicli di assemblaggio o altri cicli di operazioni svolte da una stazione di lavorazione e/o assemblaggio).

In varie forme di attuazione, si utilizza un sistema di monitoraggio per monitorare una pluralità di segnali audio rilevati in prossimità di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio tramite una pluralità di sensori audio, ad esempio una schiera di microfoni disposti in prossimità della stazione.

Ad esempio, il sistema di monitoraggio comprende una schiera di sensori audio e uno o più elaboratori, quali ad esempio l’unità elettronica di controllo e di elaborazione citata in precedenza, una unità di elaborazione dei dati di funzionamento della stazione di lavorazione, una unità di elaborazione dei segnali audio rilevati dai sensori audio nella schiera di sensori audio, etc.

In varie forme di attuazione, le succitate unità di elaborazione possono essere integrate in un'unica unità di elaborazione, quale ad esempio la già citata unità elettronica di controllo e di elaborazione.

In varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio genera e/o memorizza un modello tridimensionale dello spazio occupato dalla stazione di lavorazione e/o assemblaggio, suddiviso in “voxel”. Pertanto, il sistema di monitoraggio definisce una pluralità di regioni di spazio limitate (i voxel) in corrispondenza della stazione di lavorazione e/o assemblaggio.

In varie forme di attuazione, tale modello tridimensionale dello spazio occupato dalla stazione di lavorazione e/o assemblaggio può invece essere caricato nella memoria di almeno un elaboratore del sistema di monitoraggio durante una fase di messa in servizio della stazione, o può essere una parte del codice firmware della stazione.

In varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio genera ed eventualmente memorizza un modello di funzionamento della stazione di lavorazione e/o assemblaggio elaborando i dati di funzionamento scambiati tra la stazione e l’unità elettronica di controllo e di elaborazione.

In varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio genera uno o più segnali di posizione fp,i(t) indicativi delle posizioni di rispettivi attuatori e/o oggetti in movimento nella stazione di lavorazione e/o assemblaggio, ad esempio di un pezzo semilavorato in transito, ad esempio durante un intero ciclo di funzionamento della stazione. Tali segnali fp,i(t) possono essere generati elaborando i dati di funzionamento della stazione e/o i dati ottenuti dai sensori e/o dagli attuatori della stazione.

In varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio acquisisce (simultaneamente) una pluralità di segnali audio fraw,i(t), rilevati ad esempio durante un ciclo di funzionamento della stazione di lavorazione e/o assemblaggio da una schiera di microfoni disposti in posizioni note in prossimità della stazione.

In varie forme di attuazione, una prima fase dell’elaborazione dei segnali audio fraw,i(t) consiste nella ricostruzione di segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) associati ai voxel del modello tridimensionale della regione di spazio occupata dalla stazione di lavorazione e/o assemblaggio.

In varie forme di attuazione, una seconda fase di tale elaborazione dei segnali audio consiste nella ricostruzione di segnali audio fs,i(t) associati ad attuatori e/o a oggetti in movimento nella stazione di lavorazione e/o assemblaggio.

In varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio acquisisce durante un intervallo di monitoraggio, corrispondente ad esempio a un ciclo di lavorazione, prime sequenze campionate dei segnali audio fraw,i(t) mentre la stazione effettua la sequenza di operazioni in una condizione di riferimento.

In varie forme di attuazione, le prime sequenze campionate dei segnali audio fraw,i(t) vengono elaborate per determinare almeno una sequenza di riferimento dei segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) per ciascuna delle regioni di spazio limitate e/o almeno una sequenza di riferimento dei segnali audio fs,i(t) per ciascuno degli attuatori e/o elementi in movimento.

In varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio acquisisce poi durante un intervallo di monitoraggio seconde sequenze campionate dei segnali audio fraw,i(t) mentre la stazione effettua la sequenza di operazioni in una condizione operativa.

In varie forme di attuazione, seconde sequenze campionate dei segnali audio fraw,i(t) vengono elaborate per determinare almeno una seconda sequenza dei segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) per ciascuna delle regioni di spazio limitate e/o almeno una seconda sequenza dei segnali audio fs,i(t) per ciascuno degli attuatori e/o elementi in movimento.

In varie forme di attuazione il sistema di monitoraggio confronta, per ciascuna delle regioni di spazio limitate, la sequenza di riferimento del segnale audio fa,(X,Y,Z)(t) associata alla rispettiva regione di spazio limitata con la seconda sequenza del segnale audio fa,(X,Y,Z)(t) associata alla rispettiva regione di spazio limitata.

In varie forme di attuazione il sistema di monitoraggio confronta, per ciascun attuatore e/o elemento in movimento nella stazione di lavorazione, la sequenza di riferimento del segnale audio fs,i(t) associato al rispettivo attuatore e/o elemento in movimento con la seconda sequenza del segnale audio fs,i(t) associato al rispettivo attuatore e/o elemento in movimento.

In varie forme di attuazione, il confronto tra sequenze di riferimento dei segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t) e rispettive seconde sequenze dei segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t) può essere usato per determinare almeno un indice di similitudine per ogni coppia di segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t).

Ad esempio, in varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio determina per ogni coppia di segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t) un indice di similitudine in frequenza e/o un indice di similitudine nel tempo e/o un indice di similitudine in ampiezza.

In varie forme di attuazione, tale o tali indici di similitudine possono essere utilizzati per stimare lo stato di funzionamento degli attuatori della stazione di lavorazione e/o assemblaggio, e/o eventuali anomalie generate da elementi in movimento nella stazione.

In varie forme di attuazione, un’anomalia di funzionamento della stazione di lavorazione e/o assemblaggio in corrispondenza di una regione di spazio limitata V(X0,Y0,Z0) può essere rilevata in funzione di almeno un indice di similitudine per la rispettiva coppia di segnali audio fa,(X0,Y0,Z0)(t). In varie forme di attuazione, pertanto, si seleziona almeno una delle regioni di spazio limitate che comprende un’anomalia, si determina l’istante temporale in cui l’anomalia ha luogo, e si determina, in funzione dei segnali di posizione fp,i(t), un elemento tra gli elementi in movimento che si trova in tale regione di spazio limitata selezionata all’istante temporale in cui l’anomalia ha luogo.

In varie forme di attuazione, un’anomalia di funzionamento di un oggetto in movimento nella stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ad es., un attuatore o un pezzo semilavorato in movimento) può essere rilevata in funzione di almeno un indice di similitudine per la rispettiva coppia di segnali audio fs,i(t).

Breve descrizione delle figure

Una o più forme di attuazione della presente descrizione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento alle figure annesse, nelle quali:

- le Figure 1 e 2 sono già state descritte in precedenza;

- le Figure 3a, 3b e 3c sono esemplificative di possibili forme di attuazione di un sistema di monitoraggio di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio;

- la Figura 4 è esemplificativa di un possibile modello di suddivisione in “voxel” di uno spazio tridimensionale contenente un robot industriale di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio,

- la Figura 5 comprende una prima porzione a), esemplificativa di un possibile andamento nel tempo di un segnale fp,i(t) indicativo della posizione di un attuatore o di un pezzo in movimento in una stazione di lavorazione e/o assemblaggio, e ulteriori porzioni b), c) e d) indicative di componenti fpX,i(t), fpY,i(t) e fpZ,i(t) del segnale fp,i(t), - la Figura 6 comprende due porzioni a) e b) esemplificative di possibili andamenti nel tempo di segnali audio fraw,1(t) e fraw,2(t) rilevati rispettivamente da due microfoni della schiera di microfoni di un sistema di monitoraggio di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio,

- la Figura 7 è esemplificativa di un possibile andamento nel tempo di un segnale audio fa,(X,Y,Z)(t),

- la Figura 8 è esemplificativa di un possibile andamento nel tempo di un segnale audio fs,i(t) rappresentativo della “signature” acustica di un attuatore o di un pezzo in transito in una stazione di lavorazione e/o assemblaggio, e

- la Figura 9 è uno schema a blocchi esemplificativo di un procedimento per monitorare il funzionamento di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio.

Descrizione dettagliata

Nella descrizione che segue, sono illustrati uno o più dettagli specifici, allo scopo di fornire una comprensione approfondita degli esempi delle forme di attuazione di questa descrizione. Le forme di attuazione possono essere ottenute senza uno o più dei dettagli specifici o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, operazioni, materiali o strutture note non sono illustrate o descritte in dettaglio in modo tale che certi aspetti delle forme di attuazione non saranno resi poco chiari.

Un riferimento a “una forma di attuazione” nel quadro della presente descrizione intende indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta con riferimento alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Per cui, le frasi come “in una forma di attuazione” che possono essere presenti in uno o più punti della presente descrizione non fanno necessariamente riferimento proprio alla stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un modo adeguato qualsiasi in una o più forme di attuazione.

I riferimenti usati qui sono forniti semplicemente per convenienza e non definiscono pertanto l’ambito di protezione o l’ambito delle forme di attuazione.

Nelle seguenti Figure 3 a 9, le parti, gli elementi o i componenti che sono già stati descritti con riferimento alle Figure 1 e 2 sono indicati con gli stessi riferimenti usati precedentemente in tali Figure; la descrizione di tali elementi descritti precedentemente non sarà ripetuta in seguito al fine di non sovraccaricare la presente descrizione dettagliata.

Come menzionato in precedenza, la presente descrizione fornisce soluzioni per monitorare lo stato di funzionamento di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio, ad esempio una stazione compresa in una linea di assemblaggio per strutture o componenti di autoveicoli come esemplificata in Figura 1.

Anche in questo caso, un impianto industriale o linea di produzione e/o assemblaggio 1 può comprendere una pluralità di stazioni di lavorazione e/o assemblaggio ST. L’impianto può essere suddiviso in aree di controllo A, quali ad esempio quattro aree A1, A2, A3 e A4, e ciascuna area A corrisponde ad un sottogruppo di stazioni ST. Il funzionamento delle stazioni ST può essere controllato e/o monitorato tramite almeno un’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC, quale ad esempio un Controllore a Logica Programmabile o Programmable Logic Controller (PLC). In particolare, come descritto in precedenza, queste unità PLC possono comunicare con gli attuatori AT e/o i sensori S delle stazioni ST per controllare e/o monitorare il funzionamento delle stazioni ST.

Nella forma di attuazione considerata, le stazioni ST dell’impianto 1 hanno associato anche un sistema di monitoraggio e controllo delle stazioni ST.

Ad esempio, l’architettura di una stazione ST come esemplificata nella Figura 3a prevede, in aggiunta agli attuatori AT e ai sensori S già descritti in precedenza connessi tramite la rete di comunicazione COM1 all’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC, una schiera di sensori audio (ad esempio, microfoni) M1, M2, M3, … disposti in posizioni note in prossimità della stazione ST, e ulteriori unità di elaborazione MD, POS, AU, MA del sistema di monitoraggio della stazione ST.

Nella forma di attuazione considerata, le unità di elaborazione MD e POS sono connesse alla rete di comunicazione COM1 e sono connesse tra loro tramite una rete di comunicazione (cablata o wireless) COM2. L’unità di elaborazione AU è connessa ai microfoni M e all’unità di elaborazione MA, eventualmente tramite la stessa rete di comunicazione COM2. L’unità di elaborazione MA è connessa alle unità POS e AU, eventualmente tramite la rete di comunicazione COM2, e alla rete di comunicazione COM1. Pertanto, in generale le unità di elaborazioni PLC, MD, POS, MA e AU sono collegati tra di loro in modo tale da scambiare dati.

Un’altra forma di attuazione, esemplificata nella Figura 3b, prevede in luogo delle unità di elaborazione MD, POS, MA e AU una singola unità di elaborazione PC, connessa ai microfoni M disposti in posizioni note in prossimità della stazione ST e alla rete di comunicazione COM1, tale unità di elaborazione PC configurata per integrare le funzionalità delle unità di elaborazione MD, POS, MA e AU descritte nel seguito della presente descrizione.

Ancora un’ulteriore forma di attuazione, esemplificata nella Figura 3c, prevede che i microfoni M disposti in posizioni note in prossimità della stazione ST siano connessi alla rete di comunicazione COM1, e che le funzionalità del sistema di monitoraggio siano svolte dalla già citata unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC.

In ancora altre forme di attuazione, le funzionalità del sistema di monitoraggio possono essere implementate in una delle unità di elaborazione già presenti nell’impianto industriale 1, ad esempio in un terminale SCADA, o in maniera distribuita in più unità di elaborazione dell’impianto industriale 1.

Pertanto, in generale, i blocchi funzionali MD, POS, MA e AU descritti in seguito possono essere implementati mediante una o più unità di elaborazione, ad esempio mediante moduli software eseguiti da un micro-processore.

Al fine di consentire un efficiente monitoraggio della stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST tramite la rilevazione e l’elaborazione di segnali audio rilevati in prossimità della stazione ST, la Figura 9 mostra un procedimento per l’analisi di segnali audio rilevati in prossimità di una stazione ST. Come menzionato in precedenza, tale analisi può essere eseguita, anche in forma distribuita, all’interno di uno o più degli elaboratori dell’impianto industriale 1 discussi in precedenza in relazione alle Figure 3a, 3b e 3c.

Dopo un passo di inizio 1000, un elaboratore (ad esempio, l’unità di elaborazione MD della Figura 3a) genera ed eventualmente memorizza ad un passo 1002 un modello tridimensionale dello spazio occupato dalla stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST, suddividendo tale spazio in “voxel” V.

Un voxel V rappresenta una regione dello spazio tridimensionale di dimensioni finite (ad esempio, un cubo di 10 cm di lato), la cui posizione rispetto alla stazione ST è nota. Ciascun voxel in tale modello tridimensionale può essere univocamente identificato, ad esempio, da una terna di numeri interi (X, Y, Z), secondo la notazione V(X,Y,Z).

In varie forme di attuazione, tale modello tridimensionale dello spazio occupato dalla stazione ST può invece essere caricato nella memoria di almeno un elaboratore del sistema di monitoraggio della stazione ST durante una fase di messa in servizio della stazione, o può essere una parte del codice firmware della stazione.

Ad esempio, la Figura 4 è esemplificativa di un modello tridimensionale di una porzione di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST, corrispondente ad un robot industriale, e dello spazio da questa occupato, tale spazio essendo suddiviso in voxel cubici. Pertanto, in un determinato istante, la posizione di ogni componente di tale robot industriale può essere identificata con un rispettivo voxel V. Ad esempio, la posizione dell’attuatore AT1 può corrispondere al voxel V(2,2,7) nell’istante t0, e al voxel V(3,2,7) nell’istante t1 successivo all’stante t0, l’attuatore AT1 essendosi spostato nella direzione positiva dell’asse x del modello tridimensionale.

Tale concetto di “discretizzazione” e modellizzazione dello spazio è esemplificato nella Figura 4 con riferimento ad un singolo robot industriale esclusivamente per semplicità di illustrazione. Tale concetto può essere esteso allo spazio occupato da una stazione ST nella sua interezza, comprendente ad esempio una pluralità di robot industriali.

In varie forme di attuazione, uno o più degli elaboratori del sistema di monitoraggio della stazione ST (si veda, ad esempio, l’unità di elaborazione MD in Figura 3a, connessa alla rete di comunicazione COM1) possono essere configurati per ricevere i dati di funzionamento scambiati tra gli attuatori AT e/o i sensori S della stazione ST e la corrispondente unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC, ad esempio quando la stazione ST effettua la sequenza di operazioni di un certo ciclo di lavorazione in una condizione di riferimento.

Tali dati di funzionamento possono comprendere, ad esempio, segnali quali i segnali esemplificati nella Figura 2, ad esempio codificati secondo una codifica digitale. I dati di funzionamento possono comprendere le istruzioni impartite dall’unità PLC agli attuatori AT per lo svolgimento delle rispettive operazioni.

In varie forme di attuazione, un elaboratore (ad esempio, ancora l’elaboratore MD della Figura 3a) può essere configurato per elaborare tali dati di funzionamento, generando ed eventualmente memorizzando ad un passo 1004 un modello di funzionamento della stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST per un certo ciclo di lavorazione della stazione ST.

Tale modello di funzionamento rappresenta il comportamento atteso della stazione ST durante un certo ciclo di lavorazione. Pertanto, dato in ingresso un istante t0 del ciclo di lavorazione della stazione ST, il modello di funzionamento può fornire in uscita informazioni circa la fase di lavorazione attesa in cui si trova la stazione ST (ad esempio, una delle fasi O1 – O5 di Figura 2), lo stato di funzionamento atteso degli attuatori AT (ad esempio, posizione, velocità, etc. degli attuatori AT1, AT2, AT3, …), e la posizione attesa degli elementi mobili nella stazione ST (ad esempio, posizione, velocità, etc. di un pezzo semilavorato che transita nella stazione ST).

Tale modello di funzionamento può essere generato, ad esempio, elaborando i dati di funzionamento scambiati tramite la rete di comunicazione COM1 tra gli attuatori AT e/o i sensori S e l’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC mentre la stazione ST effettua la sequenza di operazioni di un ciclo di lavorazione in una condizione di riferimento. Addizionalmente o alternativamente, l’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC può inviare dati di funzionamento direttamente all’unità MD.

Con riferimento alla Figura 2, si noterà che i valori dei segnali AT possono non essere sufficienti per generare un modello di funzionamento accurato della stazione ST. Ad esempio, il segnale AT2 è tale per cui il corrispondente attuatore AT2 viene attivato nell’istante t1 e disattivato nell’istante t2. Nel caso in cui tale attuatore AT2 ha la funzione di muovere un certo elemento della stazione ST, ad esempio un asse di un robot industriale, una interpolazione (ad esempio, una interpolazione lineare) può essere necessaria per determinare la traiettoria seguita da tale asse del robot industriale sotto l’azione dell’attuatore AT2.

Pertanto, il modello di funzionamento della stazione ST può contenere le traiettorie attese degli elementi in movimento all’interno di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST, ad esempio per la durata di un intero ciclo di lavorazione della stazione.

In varie forme di attuazione, il modello di funzionamento generato e/o memorizzato da almeno un elaboratore del sistema di monitoraggio può fornire in uscita, ad esempio, la posizione attesa di un attuatore AT della stazione ST in un certo istante t0 del ciclo di funzionamento della stazione ST in termini di voxel V(X0,Y0,Z0). Analogamente, anche la posizione attesa di un pezzo in transito nella stazione ST in un certo istante t0 può essere espressa in termini di voxel V(X0,Y0,Z0) dal modello di funzionamento della stazione ST.

I passi 1002 e 1004 possono essere eseguiti, ad esempio, ogni volta che la stazione ST viene programmata per eseguire un certo insieme di lavorazioni in un certo ciclo di lavorazione. Poiché il modello tridimensionale dello spazio occupato dalla stazione ST e il modello di funzionamento della stazione ST per un certo ciclo di lavorazione sono memorizzati in almeno un elemento di memoria di almeno un elaboratore della stazione ST, i passi 1002 e 1004 non devono essere necessariamente eseguiti ad ogni azione di monitoraggio della stazione, cioè ad ogni azione di campionamento dei segnali audio rilevati dai sensori M in prossimità della stazione ST.

Ad un passo 1006, un elaboratore (ad esempio, l’elaboratore POS della Figura 3a) può elaborare i dati forniti dagli attuatori AT e/o dai sensori S tramite la rete COM1 e/o i dati forniti dal modello di funzionamento della stazione ST, generando segnali fp,i(t) indicativi delle posizioni di attuatori e/o oggetti in movimento nella stazione di lavorazione, ad esempio di un pezzo semilavorato in transito, ad esempio durante un intero ciclo di funzionamento della stazione.

Ad esempio, il valore del segnale fp,1(t0) può essere indicativo della posizione dall’attuatore AT1 in un certo istante t0 del ciclo di funzionamento della stazione di lavorazione e/o assemblaggio. Tale posizione può essere espressa, ad esempio, in termini di voxel del modello tridimensionale dello spazio occupato dalla stazione ST che è occupato dall’attuatore AT1 all’istante t0.

In varie forme di attuazione, agli elementi della stazione ST la cui posizione è fissa durante un intero ciclo di lavorazione, quali ad esempio i motori elettrici che azionano un nastro trasportatore, può corrispondere un segnale fp,i(t) di valore costante nel tempo.

In varie forme di attuazione, il numero di segnali fp,i(t) generati dal sistema di monitoraggio di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST è pari almeno al numero di attuatori AT presenti in tale stazione.

Come menzionato in precedenza, in varie forme di attuazione, i segnali fp,i(t) possono essere generati elaborando uno o più segnali AT scambiati tra gli attuatori AT e l’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC tramite la rete di comunicazione COM1, ad esempio nel caso in cui il segnale fp,i(t) è indicativo della posizione di un attuatore comandato dall’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC.

Addizionalmente o alternativamente, in varie forme di attuazione, i segnali fp,i(t) possono essere generati elaborando uno o più segnali S rilevati dai sensori S e scambiati con l’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC tramite la rete di comunicazione COM1, ad esempio nel caso in cui il segnale fp,i(t) è indicativo della posizione di un pezzo in transito nella stazione ST.

Inoltre, in varie forme di attuazione, i segnali fp,i(t) possono essere generati elaborando dati forniti dal modello di funzionamento della stazione ST e almeno un segnale di temporizzazione della stazione ST fornito dall’unità elettronica di controllo e di elaborazione PLC, ad esempio tramite la rete di comunicazione COM1.

Quindi, in varie forme di attuazione, i segnali fp,i(t) possono essere generati, anche in modo automatico, combinando l’elaborazione di uno o più segnali AT e/o uno o più segnali S e/o dati forniti dal modello di funzionamento della stazione ST.

Si noterà che i segnali fp,i(t) sono indicativi delle posizioni di attuatori e/o oggetti in movimento nella stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST durante un effettivo ciclo di lavorazione, mentre le traiettorie di attuatori e/o oggetti in movimento memorizzate nel modello di funzionamento della stazione ST sono indicative delle posizioni attese di attuatori e/o oggetti in movimento nella stazione.

La porzione a) della Figura 5 è esemplificativa di un possibile andamento di un segnale fp,i(t), ad esempio del segnale fp,1(t) indicativo della posizione di un elemento mobile della stazione di lavorazione e/o assemblaggio, quale l’attuatore AT1, durante un ciclo di lavorazione della stazione ST.

Poiché tale posizione di un elemento mobile della stazione di lavorazione e/o assemblaggio può essere espressa in termini di voxel identificati da una terna (X, Y, Z), si comprenderà che tale segnale fp,i(t) può essere visualizzato:

- come un singolo segnale che restituisce, per ogni istante temporale t0, una rispettiva terna di numeri (X, Y, Z) e dunque un rispettivo voxel V(X,Y,Z), come nella porzione a) della Figura 5, oppure

- come una terna di segnali fpX,i(t), fpY,i(t), fpZ,i(t) ciascuno indicativo del moto dell’elemento mobile nella rispettiva direzione individuata dal modello tridimensionale di riferimento, come esemplificato nelle porzioni b), c), d) della Figura 5 in accordo con la porzione a).

In tale esempio di Figura 5, la posizione dell’attuatore AT1 corrisponde inizialmente al voxel V(1,1,1). In una prima fase di funzionamento (P1-P4), l’attuatore AT1 si muove nella direzione positiva dell’asse z fino a raggiungere la posizione corrispondente al voxel V(1,1,4). Raggiunta tale posizione, l’attuatore AT1 si sposta nella direzione positiva dell’asse y, raggiungendo la posizione corrispondente al voxel V(1,2,4) (P5), e poi nuovamente nella direzione dell’asse z, nel verso negativo, raggiungendo la posizione corrispondente al voxel V(1,2,3) (P6). Da qui, l’attuatore AT1 si sposta nella direzione negativa dell’asse y, raggiungendo la posizione corrispondente al voxel V(1,1,3) (P7), e poi ritorna nella posizione iniziale V(1,1,1) muovendosi nella direzione negativa dell’asse z (P8-P9).

Ad un passo 1008, eseguito in parallelo al passo 1006, i sensori audio M disposti in posizioni note in prossimità della stazione ST acquisiscono (simultaneamente) rispettivi segnali audio fraw,i(t), ad esempio durante un intero ciclo di funzionamento della stazione. L’intervallo temporale di acquisizione dei segnali audio fraw,i(t) può corrispondere con l’intervallo temporale dei segnali fp,i(t).

La Figura 6 è esemplificativa di un possibile andamento nel tempo di due segnali fraw,1(t) e fraw,2(t), rilevati rispettivamente dai microfoni M1 e M2 in prossimità della stazione ST, ad esempio durante un ciclo di lavorazione. Si noterà che, trovandosi entrambi i microfoni M1 e M2 in prossimità della medesima stazione di lavorazione ST, i rispettivi segnali audio rilevati possono avere un andamento simile nel tempo. In particolare, si noterà ad esempio che un picco di intensità nel segnale fraw,1(t) può essere rilevato anche nel segnale fraw,2(t), ad esempio con un certo ritardo Δt.

In varie forme di attuazione, i microfoni M possono essere disposti in una schiera bidimensionale lungo un lato della stazione ST. In altre forme di attuazione, i microfoni M possono invece essere disposti su più lati della stazione ST, ad esempio su due lati opposti della stazione ST. In varie forme di attuazione, i microfoni possono essere disposti in una schiera tridimensionale.

Ad un passo 1010, un elaboratore (ad esempio, l’elaboratore AU della Figura 3a) può elaborare i segnali audio fraw,i(t) e generare segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) associati ai voxel del modello tridimensionale della regione di spazio occupata dalla stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST, ad esempio durante un intero ciclo di funzionamento della stazione. L’intervallo temporale associato ai segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) può corrispondere con l’intervallo temporale dei segnali fraw,i(t) e/o fp,i(t).

Tali segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) possono essere ottenuti, ad esempio, sfruttando differenze di fase tra segnali rilevati da microfoni nella schiera di microfoni M disposti in prossimità della stazione ST, ad esempio tramite tecniche di beam forming.

La Figura 7 è esemplificativa del possibile andamento nel tempo di un segnale fa,(X,Y,Z)(t) generato tramite elaborazione di più segnali fraw,i(t) e rappresentativo della “signature” acustica di un certo voxel V(X,Y,Z), ad esempio del segnale fa,(1,1,1)(t) corrispondente al voxel V(1,1,1), per un ciclo di lavorazione della stazione ST.

In tale figura è indicato, ad esempio, un primo intervallo FA1, in cui il segnale audio associato al voxel V(1,1,1) presenta un picco di intensità di durata relativamente breve. Tale picco di intensità del segnale fa,(1,1,1)(t) può essere indicativo, ad esempio, di un attuatore AT della stazione ST che, muovendosi per effettuare una lavorazione, attraversa la regione di spazio corrispondente al voxel V(1,1,1).

Sempre a titolo di esempio, nella Figura 7 è indicato un secondo intervallo FA2 in cui il segnale audio fa,(1,1,1)(t) associato al voxel V(1,1,1) presenta una intensità crescente, poi stabile e infine decrescente. Questo andamento del segnale fa,(1,1,1)(t) può essere indicativo, ad esempio, di un attuatore AT che entra nella regione di spazio corrispondente al voxel V(1,1,1) e vi rimane per un certo lasso di tempo effettuando una certa lavorazione prevista dal ciclo di lavorazione della stazione ST, eventualmente muovendosi al termine di tale lavorazione per ritornare nella sua posizione iniziale.

Un terzo intervallo FA3 indicato nella Figura 7, in cui l’intensità del segnale fa,(1,1,1)(t) si mantiene ad un livello basso, può essere indicativo del fatto che in tale intervallo di tempo nessun elemento della stazione ST transita e/o effettua lavorazioni all’interno della regione di spazio corrispondente al voxel V(1,1,1).

Tecniche di localizzazione di sorgenti sonore che permettono di ricostruire segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) associati a determinate posizioni dello spazio tramite l’elaborazione di segnali audio fraw,i(t) rilevati da una schiera di microfoni M sono note nella tecnica, e non verranno pertanto ulteriormente trattate nella presente descrizione dettagliata.

Si noterà che il numero dei sensori audio M e/o il loro posizionamento in prossimità della stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST possono variare, anche ampiamente, senza uscire dall’ambito di protezione della presente descrizione. Inoltre, numerosità e/o posizionamento dei sensori M possono influenzare la risoluzione spaziale e l’accuratezza della localizzazione dei segnali fa,(X,Y,Z)(t). Ad esempio, un numero elevato di microfoni M può risultare in una migliore risoluzione spaziale dei segnali fa,(X,Y,Z)(t).

In varie forme di attuazione, la risoluzione spaziale (cioè, ad esempio, la dimensione dei voxel) del modello discretizzato dello spazio tridimensionale occupato dalla stazione ST generato e/o memorizzato da un elaboratore del sistema di monitoraggio può essere variata in funzione di numerosità e/o posizionamento dei sensori M.

In varie forme di attuazione, un elaboratore (ad esempio, l’elaboratore MA della Figura 3a) può generare ad un passo 1012 segnali audio fs,i(t) associati ad attuatori e/o a oggetti in movimento nella stazione ST, rappresentativi del comportamento di tali attuatori e/o oggetti in movimento durante un ciclo di funzionamento della stazione, correlando segnali fp,i(t) e segnali audio fa,(X,Y,Z)(t).

In varie forme di attuazione, il numero di segnali audio fs,i(t) generati tramite elaborazione dei segnali fp,i(t) e fa,(X,Y,Z)(t) è uguale al numero di segnali fp,i(t).

Ad esempio, il segnale audio fs,1(t) esemplificato nella Figura 8 può essere rappresentativo del comportamento dell’attuatore AT1 durante un ciclo di lavorazione della stazione ST. In funzione delle posizioni note dell’attuatore AT1 durante un ciclo di lavorazione della stazione ST, fornite dal segnale fp,1(t) come esemplificato in Figura 5, il segnale fs,1(t) può essere costruito concatenando rispettive porzioni di rispettivi segnali fa,(X,Y,Z)(t), ovvero selezionando per ciascuna istante di tempo, il segnale acustico fa,(X,Y,Z)(t) del voxel in cui si trova l’attuatore (come indicato dal segnale fp,i(t)). Nel presente esempio, con riferimento alla Figura 5, il segnale fs,1(t) può essere costruito concatenando in particolare:

- una porzione del segnale fa,(1,1,1)(t), per t0 ≤ t < t1 - una porzione del segnale fa,(1,1,2)(t), per t1 ≤ t < t2 - una porzione del segnale fa,(1,1,3)(t), per t2 ≤ t < t3 - una porzione del segnale fa,(1,1,4)(t), per t3 ≤ t < t4 - una porzione del segnale fa,(1,2,4)(t), per t4 ≤ t < t5 - una porzione del segnale fa,(1,2,3)(t), per t5 ≤ t < t6 - una porzione del segnale fa,(1,1,3)(t), per t6 ≤ t < t7 - una porzione del segnale fa,(1,1,2)(t), per t7 ≤ t < t8 - una porzione del segnale fa,(1,1,1)(t), per t8 ≤ t < t9 In varie forme di attuazione possono essere utilizzate varie tecniche di composizione dei segnali fa,(X,Y,Z)(t) per la ricostruzione di segnali fs,i(t).

Ad esempio, varie tecniche di smoothing possono essere adottate in corrispondenza degli istanti ti di “salto” tra un segnale fa,(X,Y,Z)(t) e un altro, ad esempio considerando una media dei due segnali in un certo intervallo di tempo in corrispondenza della transizione tra i due segnali.

La Figura 8 è esemplificativa di un possibile andamento nel tempo di un segnale fs,i(t), ad esempio del segnale fs,1(t) rappresentativo del comportamento dell’attuatore AT1 della stazione ST. In un primo intervallo FS1, il segnale fs,1(t) può essere caratterizzato da una intensità bassa, che può essere indicativa dell’attuatore AT1 in uno stato di idle. Un secondo intervallo FS2, caratterizzato da una intensità del segnale fs,1(t) più alta, può essere indicativo dell’esecuzione di una certa lavorazione da parte dell’attuatore AT1. In un terzo intervallo FS3, un’intensità del segnale fs,1(t) intermedia tra le intensità degli intervalli FS1 e FS2 può essere indicativa del fatto che l’attuatore AT1 si sposta da una posizione iniziale a un’altra posizione. Un’intensità elevata del segnale fs,1(t) nell’intervallo FS4 può essere indicativa di una seconda fase in cui l’attuatore AT1 esegue una lavorazione, mentre le fasi FS5 e FS6 possono essere indicative dell’attuatore AT1 che si muove nuovamente verso la sua posizione iniziale, e poi si ferma in una condizione di idle, rispettivamente.

La Figura 9 è esemplificativa di un procedimento per l’elaborazione di segnali audio fraw,i(t) rilevati in prossimità di una stazione di lavorazione ST al fine di produrre segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o segnali audio fs,i(t) per il monitoraggio dello stato di funzionamento della stazione ST.

In varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST acquisisce durante un intervallo di monitoraggio, corrispondente ad esempio a un ciclo di lavorazione della stazione ST, almeno una prima sequenza campionata dei segnali audio fraw,i(t) in una condizione in cui la rispettiva stazione ST opera in una condizione funzionate, ovvero in assenza di errori (condizione di riferimento).

In varie forme di attuazione, almeno una prima sequenza campionata dei segnali audio fraw,i(t) viene elaborata per determinare almeno una sequenza di riferimento dei segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o almeno una sequenza di riferimento dei segnali audio fs,i(t) per la stazione ST.

In varie forme di attuazione, il sistema di monitoraggio della stazione ST acquisisce poi almeno una seconda sequenza campionata dei segnali audio fraw,i(t) durante il funzionamento della stazione (condizione attuale o di test). In generale, il segnale viene anche in questo caso monitorato durante lo stesso intervallo di monitoraggio.

In varie forme di attuazione, almeno una seconda sequenza campionata dei segnali audio fraw,i(t) viene elaborata per determinare almeno una seconda sequenza dei segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o almeno una seconda sequenza dei segnali audio fs,i(t).

In varie forme di attuazione, il confronto tra sequenze di riferimento dei segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t) e rispettive seconde sequenze dei segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t) può essere usato per determinare almeno un indice di similitudine per ogni coppia di segnali audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t), ad esempio un indice di similitudine in frequenza e/o un indice di similitudine nel tempo e/o un indice di similitudine in ampiezza.

Ad esempio, un procedimento come descritto nella domanda di brevetto N. 102017000048962 depositata in data 05/05/2017 dalla stessa Richiedente, la cui descrizione è qui incorporata a tale scopo, può essere utilizzato in varie forme di attuazione per determinare indici di similitudine in frequenza e/o indici di similitudine nel tempo tra coppie di segnali fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t).

In varie forme di attuazione, un indice di similitudine in ampiezza può essere calcolato, ad esempio, come un rapporto tra un’ampiezza (istantanea, o eventualmente mediata su un certo intervallo di tempo) di una sequenza di riferimento di un certo segnale audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t) e un’ampiezza di una rispettiva seconda sequenza di un certo segnale audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t).

I valori di indici di similitudine (in frequenza e/o nel tempo e/o in ampiezza, o ancora di un altro tipo) tra una sequenza di riferimento di un segnale audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t) e una rispettiva seconda sequenza di un segnale audio fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t) possono essere indicativi di anomalie di funzionamento della stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST. Ad esempio, se un certo indice di similitudine è minore di una certa prima soglia o maggiore di una certa seconda soglia, un’anomalia di funzionamento della stazione ST può essere rilevata.

Nel caso di indici di similitudine riferiti a una certa coppia di segnali fa,(X0,Y0,Z0)(t), anomalie verificatesi in corrispondenza di un certo voxel V(X0,Y0,Z0) possono essere rilevate. Ad esempio, è possibile rilevare un’anomalia di funzionamento in un voxel V(X0,Y0,Z0) e, selezionando tale voxel V(X0,Y0,Z0) per un’ulteriore analisi dei rispettivi segnali fa,(X0,Y0,Z0)(t), determinare l’istante temporale t0 del ciclo di lavorazione della stazione ST in cui tale anomalia ha luogo. Una volta determinata una certa posizione V(X0,Y0,Z0) e un certo istante temporale t0, è possibile determinare un elemento della stazione ST (ad esempio, un attuatore AT o un pezzo in movimento) che produce un segnale audio indicativo di tale anomalia, ovvero un elemento che si trova in tale posizione V(X0,Y0,Z0) nell’istante temporale t0, ad esempio analizzando i dati forniti dal modello di funzionamento della stazione ST o analizzando i segnali di posizione fp,i(t).

Nel caso di indici di similitudine riferiti a una certa coppia di segnali fs,i(t), anomalie di un certo elemento della stazione di lavorazione ST (ad esempio, un attuatore AT o un pezzo in movimento) verificatesi in un certo istante possono essere rilevate.

In varie forme di attuazione, dunque, l’analisi di segnali audio rilevati in prossimità di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio ST in una prima condizione di riferimento e in una o più seconde condizioni operative permette di determinare indici di similitudine tra coppie segnali fa,(X,Y,Z)(t) e/o fs,i(t), tali indici di similitudine essendo indicativi di possibili anomalie di funzionamento degli elementi della stazione ST.

Un sistema di monitoraggio di una stazione di lavorazione ST secondo forme di attuazione risulta essere vantaggioso in quanto facilita il riconoscimento di anomalie difficilmente riconoscibili anche da tecnici manutentori esperti, facilitando l’implementazione di una manutenzione “predittiva”.

Inoltre, un sistema di monitoraggio come qui descritto facilita il riconoscimento di un particolare elemento di una stazione di lavorazione ST (ad esempio, un particolare attuatore tra gli attuatori AT) come fonte del segnale sonoro indicativo di un’anomalia, fornendo indicazioni su:

- quale elemento della stazione ST produce un segnale audio indicativo di un’anomalia,

- in quale istante del ciclo di lavorazione si verifica tale anomalia, e

- quale posizione occupa tale elemento della stazione quando si verifica tale anomalia.

Tale insieme di informazioni fornito da un sistema di monitoraggio secondo varie forme di attuazione risulta essere vantaggioso in quanto può permettere di fornire una stima/valutazione dell’entità di una anomalia di funzionamento di una stazione ST, eventualmente in modo automatico, e di indicare una possibile causa di tale anomalia, ad esempio correlando una certa anomalia in un segnale audio ad uno specifico movimento di un certo attuatore della stazione ST.

Come anticipato più volte, si noterà che in varie forme di attuazione, le unità di elaborazione MD, POS, MA e AU, indicate nella Figura 3a come elementi distinti per semplicità di illustrazione, possono essere integrate in una o più unità di elaborazione, eventualmente una delle unità di elaborazione già presenti nell’impianto industriale 1, ad esempio in una unità PLC o in un terminale SCADA. Analogamente, le funzioni svolte dalle unità di elaborazione MD, POS, MA e AU possono essere implementate in maniera distribuita in più unità di elaborazione dell’impianto industriale 1.

Fermi restando i principi di fondo, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo apprezzabile, rispetto a quanto è stato descritto puramente a titolo di esempio, senza uscire dall’ambito di protezione.

L’ambito di protezione è determinato dalle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per monitorare lo stato di funzionamento di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) di un impianto industriale (1), la stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) comprendente almeno un attuatore per muovere almeno un elemento, in cui almeno un’unità elettronica di controllo e di elaborazione (PLC) scambia uno o più segnali (AT, S) con detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST), in modo tale che detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) effettua una sequenza di operazioni (O1-O5) durante un ciclo di lavorazione, il procedimento comprendendo le fasi di: - definire (1002; MD) una pluralità di regioni di spazio limitate (V) in corrispondenza di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST); - generare (1006; POS) almeno un segnale di posizione (fp,i(t)) indicativo della posizione di un rispettivo elemento in movimento durante un ciclo di lavorazione; - rilevare (1008; M1, M2, M3, …) durante un ciclo di lavorazione prime sequenze campionate di una pluralità di segnali audio (fraw,i(t)) in una condizione di riferimento di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) tramite una pluralità di sensori audio (M1, M2, M3, …) in prossimità di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST); - determinare (1010; AU) per ciascuna di dette regioni di spazio limitate (V) una rispettiva sequenza di riferimento di un segnale audio (fa,(X,Y,Z)(t)) elaborando dette prime sequenze campionate di una pluralità di segnali audio (fraw,i(t)); - rilevare (1008; M1, M2, M3, …) durante un ciclo di lavorazione seconde sequenze campionate di detta pluralità di segnali audio (fraw,i(t)) in una condizione operativa di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) tramite detta pluralità di sensori audio (M1, M2, M3, …) in prossimità di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST); - determinare (1010; AU) per ciascuna di dette regioni di spazio limitate (V) una rispettiva seconda sequenza di un segnale audio (fa,(X,Y,Z)(t)) elaborando dette seconde sequenze campionate di detta pluralità di segnali audio (fraw,i(t)); il procedimento comprendendo inoltre le fasi di: - determinare per ciascuna di dette regioni di spazio limitate (V) almeno un indice di similitudine confrontando la sequenza di riferimento (fa,(X,Y,Z)(t)) associata alla rispettiva regione di spazio limitata (V) con la seconda sequenza (fa,(X,Y,Z)(t)) associata alla rispettiva regione di spazio limitata (V); - identificare per ciascuna di dette regioni di spazio limitate (V) un’eventuale anomalia del funzionamento di detta stazione di assemblaggio e/o lavorazione (ST) in funzione del rispettivo almeno un indice di similitudine; - selezionare almeno una di dette regioni di spazio limitate (V) che comprende un’anomalia e determinare l’istante temporale in cui detta anomalia ha luogo; e - determinare, in funzione di detti segnali di posizione (fp,i(t)), un elemento tra detti elementi in movimento che si trova in detta regione di spazio limitata (V) selezionata all’istante temporale in cui detta anomalia ha luogo, oppure le fasi di: - determinare (1012; MA) per ciascuno di detti elementi in movimento una rispettiva sequenza di riferimento di un segnale audio (fs,i(t)) elaborando dette sequenze di riferimento (fa,(X,Y,Z)(t)) associate alle regioni di spazio limitate (V) e detti segnali di posizione (fp,i(t)); - determinare (1012; MA) per ciascuno di detti elementi in movimento una rispettiva seconda sequenza di un segnale audio (fs,i(t)) elaborando dette seconde sequenze (fa,(X,Y,Z)(t)) associate alle regioni di spazio limitate (V) e detti segnali di posizione (fp,i(t)); - determinare per ciascuno di detti elementi in movimento almeno un indice di similitudine confrontando la sequenza di riferimento (fs,i(t)) associata al rispettivo elemento in movimento con la seconda sequenza (fs,i(t)) associata al rispettivo elemento in movimento; e - identificare per ciascuno di detti elementi in movimento un’eventuale anomalia di funzionamento in funzione del rispettivo almeno un indice di similitudine.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui definire (1002; MD) una pluralità di regioni di spazio limitate (V) in corrispondenza di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) comprende memorizzare (1002) in un’area di memoria di almeno un’unità di elaborazione (MD) di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) un modello tridimensionale dello spazio occupato da detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST), detto modello tridimensionale comprendente una rappresentazione numerica dell’insieme di dette regioni di spazio limitate (V), in cui dette regioni di spazio limitate (V) corrispondono a “voxel”, preferibilmente cubici.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, comprendente generare e memorizzare (1004) in un’area di memoria di almeno un’unità di elaborazione (MD) di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) un modello di funzionamento di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST), detto modello di funzionamento comprendendo almeno un segnale indicativo della traiettoria di movimento attesa di un rispettivo elemento in movimento in detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST), tramite elaborazione di: - detti segnali (AT, S) scambiati tra detta unità elettronica di controllo e di elaborazione (PLC) e detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST), e/o - dati di funzionamento inviati da detta unità elettronica di controllo e di elaborazione (PLC) a detta almeno un’unità di elaborazione (MD).
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui generare (1006; POS) almeno un segnale di posizione (fp,i(t)) indicativo della posizione di un rispettivo elemento in movimento comprende elaborare almeno un segnale (AT) scambiato tra almeno un attuatore e detta unità elettronica di controllo e di elaborazione (PLC) di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST).
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui generare (1006; POS) almeno un segnale di posizione (fp,i(t)) indicativo della posizione di un rispettivo elemento in movimento comprende elaborare almeno un segnale (S) scambiato tra almeno un sensore in detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) e detta unità elettronica di controllo e di elaborazione (PLC) di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST).
6. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui generare (1006; POS) almeno un segnale di posizione (fp,i(t)) indicativo della posizione di un rispettivo elemento in movimento comprende elaborare dati da detto modello di funzionamento di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) e almeno un segnale di temporizzazione fornito da detta unità elettronica di controllo e di elaborazione (PLC).
7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui determinare (1010; AU) sequenze di riferimento (fa,(X,Y,Z)(t)) e seconde sequenze (fa,(X,Y,Z)(t)) associate a dette regioni di spazio limitate (V) comprende elaborare, rispettivamente, dette prime e seconde sequenze campionate di detta pluralità di segnali audio (fraw,i(t)) tramite tecniche di beam forming.
8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un indice di similitudine tra una sequenza di riferimento (fa,(X,Y,Z)(t)) associata a una rispettiva regione di spazio limitata (V) e una seconda sequenza (fa,(X,Y,Z)(t)) associata a detta rispettiva regione di spazio limitata (V) e detto almeno un indice di similitudine tra una sequenza di riferimento (fs,i(t)) associata a un rispettivo elemento in movimento e una seconda sequenza (fs,i(t)) associata a detto rispettivo elemento in movimento comprendono almeno uno tra un indice di similitudine temporale, un indice di similitudine in frequenza e un indice di similitudine in ampiezza.
9. Sistema di monitoraggio dello stato di funzionamento di una stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) di un impianto industriale (1), la stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) comprendente almeno un attuatore per muovere almeno un elemento, in cui almeno un’unità elettronica di controllo e di elaborazione (PLC) scambia uno o più segnali (AT, S) con detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST), in modo tale che detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) effettua una sequenza di operazioni (O1-O5) durante un ciclo di lavorazione, in cui il sistema di monitoraggio comprende almeno un elaboratore (PLC; MD, POS, AU, MA; PC) e una pluralità di sensori audio (M1, M2, M3, …) disposti in prossimità di detta stazione di lavorazione e/o assemblaggio (ST) configurati per implementare il procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni.
10. Prodotto informatico caricabile in una memoria di almeno un processore e comprendente porzioni di codice software per implementare le fasi del procedimento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8.