IT201900007332A1

IT201900007332A1 - Metodo e sistema per rilevare malfunzionamenti di un’apparecchiatura

Info

Publication number: IT201900007332A1
Application number: IT102019000007332A
Authority: IT
Inventors: Stefano Linari
Original assignee: Linari Eng S R L
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-11-27
Also published as: WO2020240402A1; EP3977223A1; WO2020240402A4; US20220219275A1

Description

METODO E SISTEMA PER RILEVARE MALFUNZIONAMENTI DI

UN’APPARECCHIATURA

CAMPO TECNICO

La presente invenzione si riferisce ai metodi e sistemi per rilevare malfunzionamenti di apparecchiature. In particolare l’invenzione si riferisce ai sistemi e metodi che rilevano malfunzionamenti mediante analisi dei suoni emessi dall’apparecchiatura durante il suo funzionamento.

STATO DELL’ARTE

Il monitoraggio delle apparecchiature è importante per garantire la qualità del prodotto realizzato e la sicurezza dei lavoratori. Poter individuare con rapidità un malfunzionamento e poter intervenire in tempi rapidi è dunque molto importante nel mondo industriale.

In questo contesto, sono stati presentati molti sistemi che permettono di rilevare malfunzionamenti delle apparecchiature analizzando i suoni emessi dalle apparecchiature stesse.

Dal brevetto EP1502093B1 sono noti un sistema ed un metodo di rilevamento guasti per determinare se esiste un guasto in un elemento rotante di un veicolo. Il sistema comprende un trasduttore, un campionatore diagnostico e un controllore. Il trasduttore può essere un microfono situato nel veicolo per convertire i suoni in un segnale elettrico. Il segnale elettrico comprende una componente di rumore generata dall'elemento rotante. Il campionatore diagnostico è collegato al trasduttore e fornisce un campione del segnale elettrico dal trasduttore al controllore. Il controllore ha aspetti funzionali come il rilevamento dell'inviluppo, l'analisi dello spettro e il rilevamento di guasti.

Dal brevetto canadese CA2337000C è noto un sistema per l'individuazione di anomalie, e quindi la determinazione della condizione di funzionamento delle apparecchiature monitorate, attraverso il calcolo continuo dello spettro di potenza del suono monitorato. Il sistema dispone di due modalità di funzionamento: apprendimento e operativa. Il sistema viene messo in modalità di apprendimento durante un periodo di tempo in cui la macchina o il processo da monitorare è noto funzionare normalmente. Durante la modalità di apprendimento, la massima e la minima potenza acustica in uscita da ciascuno di una pluralità di filtri digitali passa banda viene continuamente mantenuta e aggiornata in una memoria dati come firma acustica della macchina o del processo da monitorare. Durante la modalità di funzionamento, il sistema confronta continuamente - in tempo reale - le uscite dei filtri con la firma acustica memorizzata durante la modalità di apprendimento e attiva una lampada a pannello e un relè se l'uscita di uno qualsiasi dei filtri passa banda si discosta dai limiti di decibel superiore o inferiore della firma acustica oltre un valore impostato tramite un selettore di sensibilità posto su di un pannello di controllo. Il sistema fornisce due livelli di allarme: avviso, per indicare un guasto in via di sviluppo, e pericolo, per indicare una situazione che richiede un'immediata azione correttiva.

Sono inoltre noti sistemi che utilizzano dati acustici ed intelligenza artificiale per il rilevamento non intrusivo di malfunzionamenti o difetti in un’apparecchiatura, al fine di migliorare la qualità e prevedere meglio i guasti delle apparecchiature. Tali sistemi acquisiscono una traccia audio di un macchinario che sta funzionando, ad esempio il rumore emesso da un motore, e la confronta in tempo reale con file audio che rappresentano anomalie di funzionamento, così da individuare difetti di funzionamento dell’apparecchiatura monitorata.

Per quanto efficaci, i sistemi noti richiedono molta capacità computazionale, il che li rende a volte non adatti ad essere integrati nelle apparecchiature industriali, dove normalmente si utilizza un controllore a logica programmabile (PLC) che non possiede elevate capacità computazionali.

SCOPI E RIASSUNTO DELL'INVENZIONE

Alla luce di quanto sopra, il problema alla base della presente invenzione è quello di ideare un sistema ed un metodo di monitoraggio delle apparecchiature basato su rilevamento acustico, che sia efficace nel rilevamento dei guasti, ma che richieda uno sforzo computazionale minore rispetto a quello richiesto dallo stato dell’arte.

Nell’ambito di tale problema, uno scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema ed un metodo che permettano di individuare non solo un malfunzionamento di un’apparecchiatura, ma anche la causa dello stesso.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema ed un metodo per il monitoraggio di apparecchiature che tenga conto di differenti condizioni operative dell’apparecchiatura.

Questi ed ulteriori scopi della presente invenzione sono raggiunti mediante un metodo per rilevare malfunzionamenti in un’apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, e mediante un relativo sistema atto ad implementare un tale metodo.

In accordo con un suo primo aspetto, l'invenzione riguarda dunque un metodo per rilevare malfunzionamenti in un’apparecchiatura. Il metodo prevede di acquisire un segnale sonoro emesso da un’apparecchiatura durante un ciclo di funzionamento della stessa, quindi si confronta il segnale sonoro con una pluralità di tracce audio memorizzate in un’area di memoria per determinare un malfunzionamento dell’apparecchiatura in base al risultato di detto confronto. Il ciclo di funzionamento è suddiviso in una pluralità di fasi di lavoro e durante l’acquisizione del segnale sonoro si identifica una fase di lavoro di detta pluralità di fasi di lavoro. Ciascuna traccia audio comprende una componente audio relativa a segnali sonori acquisiti, e dati informativi addizionali comprendenti almeno un identificativo della fase di lavoro eseguita dall’apparecchiatura durante l’acquisizione dei segnali sonori memorizzati nella componente audio. Il segnale sonoro acquisito viene dunque confrontato con tracce audio memorizzate il cui identificativo della fase di lavoro dell’apparecchiatura corrisponde alla fase di lavoro identificata.

Questa soluzione offre il vantaggio di ridurre notevolmente la complessità computazionale dell’algoritmo software che implementa il metodo, in quanto la selezione delle tracce audio, fatta a partire dalla fase di lavoro individuata, permette di far convergere al risultato più rapidamente l’algoritmo riducendo notevolmente il numero di tracce con cui deve essere eseguito il confronto.

Vantaggiosamente, la pluralità di tracce audio con cui viene confrontato il segnale sonoro è memorizzata in una pluralità di computer tra loro connessi ed in cui il passo di confrontare il segnale sonoro con detta pluralità di tracce audio viene eseguito in modo distribuito tra detta pluralità di computer o localmente su un computer che riceve il segnale sonoro.

Questa soluzione offre il vantaggio di ridurre la capacità di memoria necessaria.

Preferibilmente, poi, i dati informativi addizionali di ciascuna traccia comprendono un valore di un parametro operativo di funzionamento dell’apparecchiatura, ad esempio una temperatura ambientale. Durante l’acquisizione del segnale sonoro si misura il valore di tale parametro operativo di funzionamento dell’apparecchiatura. In questa forma di realizzazione, dunque, per il confronto con il segnale sonoro, si selezionano nel gruppo di tracce audio le tracce audio che comprendono un valore di detto parametro operativo uguale o differente più o meno del 10% rispetto al parametro misurato.

Questa soluzione permette ulteriormente di ridurre la complessità computazionale dell’algoritmo e al contempo migliorare l’individuazione di eventuali malfunzionamenti. La richiedente, infatti, ha individuato che differenti condizioni operative possono determinare suoni differenti dell’apparecchiatura. Ad esempio, la viscosità degli olii lubrificanti utilizzati negli ingranaggi varia con la temperatura, dunque gli attriti tra i componenti possono essere differenti e dare luogo a differenti rumori. Confrontando il segnale sonoro acquisito con tracce audio in cui l’apparecchiatura funzionava in condizioni identiche o analoghe, si ottiene un risultato più preciso perché eventuali scostamenti tra segnale sonoro acquisito e tracce audio potrebbero dipendere non da malfunzionamenti dell’apparecchiatura, ma dalle differenti condizioni di lavoro.

Secondo un ulteriore aspetto, poi, il metodo prevede anche un processo di individuazione dei componenti difettosi che viene vantaggiosamente implementato nel caso in cui il segnale sonoro acquisito sia relativo ad una fase di lavoro dell’apparecchiatura in cui sono azionati diversi componenti meccanici, e – al contempo - si determini un malfunzionamento dell’apparecchiatura. In questo caso, il metodo prevede ulteriormente i passi di:

- memorizzare un primo dato di scostamento, che è lo scostamento tra il segnale sonoro e una di detta pluralità di tracce audio che ha dato luogo alla segnalazione di malfunzionamento dell’apparecchiatura,

- selezionare un componente tra quelli attivi durante l’acquisizione del segnale sonoro,

- confrontare il segnale sonoro con almeno una ulteriore traccia audio relativa ad una diversa fase di lavoro dell’apparecchiatura, detta diversa fase di lavoro essendo una fase di lavoro in cui è azionato in maniera analoga il componente selezionato ed in cui si è registrato un malfunzionamento dell’apparecchiatura,

- memorizzare almeno un ulteriore dato di scostamento, detto almeno un ulteriore dato di scostamento rappresentando uno scostamento tra il segnale sonoro acquisito e detta almeno una ulteriore traccia audio,

- confrontare il primo dato di scontamento con ciascun ulteriore dato di scostamento e verificare se differiscono meno di un valore di soglia,

- segnalare che il componente individuato è difettoso nel caso in cui nella maggior parte dei confronti il primo dato di scostamento e l’ulteriore dato di scostamento differiscono meno di un valore di soglia.

Questa soluzione offre il vantaggio di permettere l’individuazione non solo di un generico malfunzionamento della macchina, bensì permette di fornire un’indicazione di quale sia il componente difettoso che causa il malfunzionamento, così da permettere una più rapida riparazione dell’apparecchiatura.

Vantaggiosamente, poi, il metodo prevede di memorizzare una traccia audio comprendente una componente audio corrispondente al segnale sonoro acquisito, ed almeno un dato informativo addizionale compreso nel gruppo costituito da: un dato identificativo della fase di lavoro dell’apparecchiatura, dati relativi ai componenti meccanici azionati durante l’acquisizione del segnale sonoro, parametri ambientali relative alle condizioni operative dell’apparecchiatura durante l’acquisizione del segnale sonoro, parametri operativi dell’apparecchiatura e/o dei suoi componenti durante l’acquisizione del segnale sonoro.

Questa soluzione offre il vantaggio che il set di tracce audio a disposizione per il confronto viene generato dall’acquisizione locale del segnale sonoro sulla stessa apparecchiatura e in condizioni operative dell’apparecchiatura. Ciò consente un accertamento dei malfunzionamenti migliore rispetto all’uso di tracce audio pre-registrate su altre apparecchiature analoghe o in diverse condizioni operative.

Preferibilmente, poi, nel caso in cui il metodo determini un malfunzionamento dell’apparecchiatura e/o individui un componente difettoso, il metodo prevede ulteriormente una verifica del malfunzionamento e/o del componente difettoso da parte di un operatore. Se l’operatore conferma il malfunzionamento dell’apparecchiatura e/o la difettosità del componente, allora si registra tra i dati informativi addizionali un dato che identifica la traccia come relativa ad una fase con malfunzionamenti e/o componenti difettosi.

La verifica da parte dell’operatore del malfunzionamento permette di migliorare l’apprendimento del software e ottimizzare i futuri rilevamenti di malfunzionamenti.

Secondo un ulteriore aspetto, l’invenzione si riferisce anche ad un sistema in grado di implementare un metodo come descritto qui sopra e nel dettaglio nella descrizione che segue.

In particolare, secondo una prima forma di realizzazione, il sistema per il rilevamento di malfunzionamenti in un’apparecchiatura, comprende un trasduttore per l’acquisizione di un segnale sonoro emesso dall’apparecchiatura durante un ciclo di funzionamento dell’apparecchiatura, un’unità di memoria atta a conservare tracce audio, ed un’unità di controllo operativamente connessa al trasduttore e all’unità di memoria. L’unità di controllo è configurata per confrontare il segnale sonoro con una pluralità di tracce audio memorizzate nell’area di memoria, e a determinare un malfunzionamento dell’apparecchiatura in base al risultato del confronto. L’unità di memoria conserva informazioni atte ad individuare una pluralità di fasi di lavoro in cui è suddiviso un ciclo di funzionamento dell’apparecchiatura. L’unità di controllo è ulteriormente configurata per identificare, tra detta pluralità di fasi di lavoro, una fase di lavoro eseguita dall’apparecchiatura durante l’acquisizione del segnale sonoro. Sulla base della fase di lavoro individuata, l’unità di controllo, dunque, seleziona nell’area di memoria le tracce audio da utilizzare per il confronto con il segnale sonoro.

Preferibilmente, l’unità di controllo è configurata per ricevere un comando d’utente che conferma, smentisce o corregge una valutazione di malfunzionamento dell’apparecchiatura fatta dall’unità di controllo e/o un’indicazione data dall’unità di controllo che un componente è difettoso.

Questa soluzione permette un più rapido apprendimento da parte del sistema e quindi un rilevamento più accurato dei malfunzionamenti e/o un’individuazione più attenta dei componenti difettosi.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di alcune sue forme di realizzazione preferite, fatta con riferimento ai disegni allegati.

Le differenti caratteristiche nelle singole configurazioni possono essere combinate tra loro a piacere secondo la descrizione precedente, qualora ci si dovesse avvalere dei vantaggi risultanti in modo specifico da una particolare combinazione.

In tali disegni,

- la figura 1 mostra un’apparecchiatura ed un sistema di controllo della stessa;

- la figura 2 mostra un diagramma di flusso di un metodo per il controllo dell’apparecchiatura di figura 1;

- la figura 3 illustra un segnale sonoro analogico emesso dall’apparecchiatura di figura 1;

- la figura 4 illustra il campionamento del segnale di figura 3;

- la figura 5 illustra un segnale digitale generato dal campionamento di figura 4;

- la figura 6 illustra un diagramma di flusso di un processo per l’individuazione di componenti difettosi.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Nella seguente descrizione, per l'illustrazione delle figure si ricorre a numeri o simboli di riferimento identici per indicare elementi costruttivi con la stessa funzione. Inoltre, per chiarezza di illustrazione, alcuni riferimenti possono non essere ripetuti in tutte le figure.

Mentre l’invenzione è suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio. Si deve intendere, comunque, che non vi è alcuna intenzione di limitare l’invenzione alla specifica forma di realizzazione illustrata, ma, al contrario, l’invenzione intende coprire tutte le modifiche, costruzioni alternative, ed equivalenti che ricadano nell’ambito dell’invenzione come definito nelle rivendicazioni.

L’uso di “ad esempio”, “ecc.”, “oppure” indica alternative non esclusive senza limitazione a meno che non altrimenti indicato. L’uso di “comprende” e “include” significa “comprende o include, ma non limitato a” a meno che non altrimenti indicato.

Con riferimento alla figura 1, è illustrata un’apparecchiatura 1 controllata da un sistema di controllo elettronico 2.

Nell’esempio di figura 1 l’apparecchiatura 1 è un braccio robotico con sei gradi di libertà, in grado di realizzare un ciclo di lavoro complesso, ad esempio la verniciatura di un’automobile. Alternativamente, l’apparecchiatura 1 può essere una qualsiasi altra apparecchiatura comprendente una pluralità di componenti che vengono azionati in tempi e modi differenti, ad esempio l’apparecchiatura può essere un veicolo, quale un’automobile, o un dispositivo, quale una macchina utensile o un insieme di dispositivi come una linea di assemblaggio automatico.

Tornando all’esempio del braccio robotico 1, questo comprende una pluralità di motori 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, che permettono la rotazione delle varie sezioni del braccio robotico e l’apertura/chiusura delle pinze 17.

Il sistema di controllo 2 è operativamente connesso al braccio robotico 1 ed invia segnali di comando ai motori 10-13 per eseguire il ciclo di lavoro. La connessione tra sistema di controllo 2 e braccio robotico 1 può essere cablata o wireless.

In una forma di realizzazione, il sistema di controllo 2 comprende un’unità di controllo 20 – ad esempio un microprocessore - ed un’unità di memoria non volatile 21, in cui sono memorizzate istruzioni di codice che, quando eseguite, permettono di implementare un metodo di controllo dell’apparecchiatura 1. Alternativamente, il sistema di controllo 2 può essere un controllore a logica programmabile (PLC – Programmable Logic Controller) o altro sistema di controllo noto.

Secondo un tale metodo di controllo, qui descritto con riferimento alla figura 2, all’accensione dell’apparecchiatura (passo 100) il sistema di controllo 2 inizia il ciclo di lavoro inviando comandi ai componenti dell’apparecchiatura (passo 101) per eseguire il ciclo di lavoro dell’apparecchiatura. Il ciclo di lavoro è costituito da una pluralità di fasi di lavoro, ad esempio una prima fase in cui si aziona il motore 10 con una determinata velocità per abbassare il braccio, una seconda fase in cui si azionano i motori 11 e 12 per inclinare altre sezioni del braccio, e così via. Ai fini della presente descrizione una fase di lavoro è intesa in senso ampio come una serie di operazioni che possono essere svolte da più componenti dell’apparecchiatura in un dato intervallo temporale, o una serie di operazioni che sono svolte da un singolo componente. Un ciclo di lavoro può quindi essere inteso come composto da più fasi di lavoro che si susseguono una dopo l’altra, o che si accavallano temporalmente perché eseguite simultaneamente, ad esempio la fase di lavoro del motore 10 e quella del motore 11 quando questi sono azionati simultaneamente.

Ciascuna fase di lavoro è, dunque, identificata o da un determinato istante temporale (assoluto o relativo) e/o dall’avviamento di un determinato componente, in questo modo l’unità di controllo 20 conosce in ogni istante di tempo quale fase di lavoro è avviata.

Il sistema di controllo 2 comprende, inoltre, un trasduttore acustico, in particolare un microfono 22, posizionato in modo tale da rilevare i suoni emessi dall’apparecchiatura 1 durante il ciclo di lavoro. Nell’esempio qui descritto, il trasduttore 22 è un microfono analogico che acquisisce i suoni emessi dall’apparecchiatura e trasmette pacchetti dati ad un’interfaccia d’acquisizione 23 la quale comprende un convertitore analogico digitale (A/D Converter) per digitalizzare i segnali sonori acquisiti. Alternativamente il microfono può essere un microfono digitale che acquisisce i segnali sonori in modo discreto e fornisce in uscita pacchetti dati che rappresentano i segnali sonori. Il microfono potrà convenientemente essere costituito da una pluralità di microfoni che possono rilevare il suono emesso da parti diverse del robot usando anche software di rilevazione spaziale delle sorgenti sonore e di soppressione del rumore di fondo. Ancora, il trasduttore 22 può essere il microfono di una videocamera in grado di acquisire un segnale comprendente una componente audio e una video.

Tornando all’esempio di figura 1, come illustrato in figura 3, le onde sonore acquisite dal microfono 22 sono convertite in un segnale elettrico S analogico avente una tensione (V) che varia nel tempo durante le differenti fasi F0, F1 e F2 di lavoro.

Il segnale analogico S viene quindi campionato, come illustrato in figura 4 dove con un pallino viene indicato il valore di tensione preso a ciascun istante di campionamento, e quindi convertito in un segnale digitale (rappresentato in figura 5).

Nell’esempio di figura 5, il segnale digitale è costituito da una sequenza di bit che rappresentano i valori dei campioni C0, C1, C2...CN. Più preferibilmente, il segnale digitale trasferito all’unità di controllo è costituito da pacchetti dati aventi un header ed un payload e strutturati per portare un maggior numero di informazioni, come ad esempio un tempo di acquisizione di ciascun campione.

L’unità di controllo 20, dunque, avvia un processo per rilevare malfunzionamenti dell’apparecchiatura che inizia con la ricezione (passo 102) dei segnali sonori acquisiti dal trasduttore acustico 22, e che prevede l’identificazione (passo 103) della fase di lavoro dell’apparecchiatura 1 cui i segnali sonori sono associati.

Ad esempio, con riferimento all’esempio delle figure 3-5, l’unità di controllo riceve continuamente dati digitali che rappresentano i segnali sonori prodotti dall’apparecchiatura durante le diverse fasi di lavoro. Conoscendo le fasi di lavoro che vengono svolte, l’unità di controllo è in grado di identificare i singoli segnali sonori associati a ciascuna fase di lavoro, ovvero le porzioni del segnale sonoro acquisito in continuo, che sono associate a ciascuna fase di lavoro. Ad esempio, con riferimento alle figure 3-5, l’unità di controllo riconosce che i primi tre campioni C0, C1 e C2 appartengono alla prima fase F0, i successivi nove campioni alla seconda fase F1, e così via. Nell’esempio di figura 4 i campioni sono presi con una frequenza di campionamento bassa per permettere una più semplice comprensione dell’esempio di realizzazione, tuttavia nelle forme di realizzazione preferite la frequenza di campionamento è alta, preferibilmente uguale o superiore ai 20kHz; per ciascuna fase di lavoro Fi, dunque, vengono acquisite diverse centinaia o migliaia di campioni Cj.

L’unità di controllo, dunque, porta avanti due sottoprocessi (‘threads’) in parallelo: uno di apprendimento (104), ed uno di verifica dei malfunzionamenti (105).

Il processo di apprendimento 104 prevede di registrare una traccia audio in un’area di memoria 24. La traccia audio registrata comprende una componente audio, che rappresenta digitalmente i segnali sonori acquisiti durante una specifica fase di lavoro dell’apparecchiatura, e dati informativi addizionali, tra cui un identificativo della fase di lavoro eseguita dall’apparecchiatura durante l’acquisizione dei segnali sonori memorizzati nella componente audio.

In una forma di realizzazione preferita, i dati informativi addizionali comprendono anche informazioni relative ai componenti attivi durante la fase di lavoro durante la quale sono stati acquisiti i campioni di rumore CJ (con J intero positivo maggiore o uguale a zero). Vantaggiosamente, poi, i dati informativi addizionali comprendono ulteriormente un’informazione circa il rilevamento di malfunzionamenti durante la fase di lavoro di cui si sono registrati i segnali sonori. Ancora, i dati addizionali possono comprendere parametri ambientali relativi alle condizioni operative dell’apparecchiatura durante l’acquisizione del segnale sonoro (quali una temperatura di lavoro della macchina), parametri operativi dell’apparecchiatura e/o dei suoi componenti durante l’acquisizione del segnale sonoro, ad esempio, una temperatura di olii lubrificanti, una velocità di funzionamento di un motore o parametri di funzionamento di un componente

Il rilevamento di malfunzionamenti viene effettuato dal thread 105. In questo thread, l’unità di controllo seleziona (passo 1050) una o più tracce audio memorizzate nell’area di memoria 24, e relative alla medesima fase di lavoro identificata al passo 103. L’identificazione di tali tracce audio è resa possibile grazie ai dati informativi addizionali.

Successivamente, il processo di rilevamento dei malfunzionamenti prevede di confrontare (passo 1051) il segnale sonoro ricevuto e relativo alla fase identificata, con le tracce selezionate. Ad esempio, se l’unità di controllo ha individuato che la fase di lavoro è la fase F0, una volta ricevuto il file audio digitale relativo a tale fase (nell’esempio astratto di figura 5 costituito dai primi tre campioni C0-C2), lo confronta con le tracce audio memorizzate utilizzando algoritmi capaci di rilevarne le differenze caratteristiche di un malfunzionamento dell’apparecchiatura.

Lo scostamento tra il segnale sonoro ricevuto e la componente audio registrata, può essere misurato in molti modi di per sé noti. Ad esempio, il segnale sonoro digitalizzato (o meglio l’insieme dei payload dei pacchetti dati che lo compongono) può essere considerato digitalmente come una sequenza di bit aventi valore 1 e 0. Uno scostamento tra il segnale sonoro ricevuto ed una traccia audio può allora essere considerato indicativo di un malfunzionamento qualora si registri una percentuale di bit differenti superiore ad una soglia predeterminata. Alternativamente, si può identificare uno scostamento quando si ha una differenza di almeno N bit consecutivi (con N intero predefinito).

Ancora, in una forma di realizzazione alternativa, uno scostamento tra segnale sonoro ricevuto e componente audio registrata, viene considerata indicativa di un malfunzionamento quando l’energia del segnale ricevuto differisce da quella della componente audio della traccia audio oltre una soglia predeterminata.

Ancora, in un’altra forma di realizzazione, il confronto prevede di individuare le frequenze che compongono il segnale sonoro ricevuto e confrontarle con quelle della traccia audio selezionata. In una forma di realizzazione, si considera identificativo di un malfunzionamento la presenza di una frequenza audio, non presente nella traccia audio e con ampiezza superiore ad un valore predeterminato.

Nel caso lo scostamento misurato superi una soglia predeterminata e venga individuato un malfunzionamento dell’apparecchiatura, allora l’informazione sul malfunzionamento viene utilizzata dall’unità di controllo per segnalare un malfunzionamento (passo 1052), ad esempio mediante l’attivazione di un allarme visivo o sonoro che un operatore locale possa percepire, mediante l’invio di un segnale di allarme ad un centro di controllo remoto o mediante l’invio di comandi di azioni correttive all’apparecchiatura stessa.

Come detto sopra, in una forma di realizzazione preferita, quando si verifica un malfunzionamento dell’apparecchiatura, l’informazione di malfunzionamento viene registrata tra i dati della traccia audio - relativa al segnale sonoro ricevuto – che viene registrata dal thread 104.

Ciò consente all’unità di controllo di implementare un ulteriore processo di individuazione dei componenti difettosi, qui di seguito descritto con riferimento alla figura 6.

Durante una fase di lavoro dell’apparecchiatura, infatti, possono essere attivi diversi componenti, dunque il rilevamento di un malfunzionamento di per sé non indica quale componente sia difettoso.

Una volta individuato un malfunzionamento a seguito del processo di rilevamento dei malfunzionamenti 105, vantaggiosamente l’unità di controllo 20 esegue il processo di rilevamento dei componenti difettosi qui di seguito descritto con riferimento alla figura 6.

Nell’esempio di figura 6, il processo di individuazione dei componenti difettosi prevede, innanzi tutto, di memorizzare (passo 600) un primo dato di scostamento, che è preferibilmente lo scostamento che ha dato luogo alla segnalazione di malfunzionamento dell’apparecchiatura al passo 1052 del metodo sopra descritto con riferimento alla figura 2.

Successivamente, il metodo prevede di individuare (passo 601) la lista dei componenti attivi durante l’acquisizione del segnale sonoro e selezionarne uno, ad esempio il motore 10 del braccio robotico 1.

Successivamente si procede a selezionare (passo 602) una ulteriore traccia audio relativa ad una diversa fase di lavoro dell’apparecchiatura. La diversa fase di lavoro è una fase di lavoro diversa da quella identificata al passo 103, ma in cui è azionato, in maniera analoga, almeno uno dei componenti attivi durante la fase identificata al passo 103. Ai fini della presente invenzione, con ‘analogo’ si intende qualcosa di uguale valore o di valore differente ±10%. Se ad esempio facciamo riferimento ad una fase di lavoro in cui il motore 10 è azionato a 200 rpm ad una temperatura ambientale di 30°C, si considererà un azionamento analogo uno in cui il motore 10 è azionato ad una velocità compresa tra 180 e 220 rpm ed in cui la temperatura è compresa tra 27°C e 33°C.

L’ulteriore traccia audio con cui viene confrontato il segnale sonoro della fase difettosa individuata al passo 103, è una traccia audio relativa ad una fase di lavoro in cui si è presentato un malfunzionamento. Come già detto in precedenza, l’individuazione di questa ulteriore traccia audio tra le molte registrate è possibile grazie ai dati informativi addizionali della traccia audio.

Con la selezione della traccia audio, si procede ad incrementare un contatore I che tiene conto dei confronti effettuati tra segnale sonoro e tracce audio. Con la prima selezione della suddetta ulteriore traccia audio difettosa, il contatore I viene posto ad 1, poi ad ogni successiva selezione I viene incrementato.

Selezionata la traccia audio al passo 602, il metodo prevede di confrontare (passo 603) il segnale sonoro con la traccia audio selezionata.

Effettuato il confronto, l’unità di controllo memorizza (passo 604) un secondo dato di scostamento, che è lo scostamento tra il segnale sonoro acquisito al passo 102, e l’ulteriore traccia audio. Il secondo scostamento viene misurato con le stesse procedure effettuate per la rilevazione del primo scostamento.

Successivamente, il metodo prevede di verificare (passo 605) se il primo dato di scostamento ed il secondo dato di scostamento sono “simili”, ovvero se differiscono meno di una soglia predeterminata. Nell’esempio qui descritto la soglia è del 30%, dunque il metodo prevede di verificare se il secondo dato di scostamento medio è uguale al primo dato di scostamento medio ±30%. In caso positivo, allora si determina che il componente monitorato potrebbe essere difettoso e si incrementa (passo 606) un contatore N che tiene traccia del numero di corrispondenze trovate tra il segnale sonoro analizzato e tracce audio memorizzate e relative ad altre fasi difettose.

A questo punto, il metodo prevede di ripetere il confronto tra il segnale sonoro ed ulteriori tracce audio relative ad una fase di lavoro dell’apparecchiatura diversa da quella identificata al passo 103, ma in cui è azionato, in maniera analoga, almeno uno dei componenti attivi durante la fase identificata al passo 103. Ciò è rappresentato nel diagramma di figura 6 dal blocco decisionale 607.

Terminate le tracce audio con cui confrontare il segnale sonoro, il metodo prevede di determinare (passo 608) se N>I/2, ovvero se lo scostamento che ha dato luogo alla segnalazione di malfunzionamento al passo 1052, è “simile” alla maggior parte degli scostamenti misurati tra il segnale sonoro e le tracce audio selezionate. In caso positivo, ossia se N>I/2, allora si determina che il componente sotto indagine è difettoso e lo si segnalerà al passo 611 descritto qui di seguito.

Nella forma di realizzazione qui descritta il processo continua verificando (passo 609) se, durante l’acquisizione del segnale sonoro - risultato indicare un malfunzionamento dell’apparecchiatura -, erano attivi altri componenti, ed in caso positivo si azzerano i contatori I ed N (passo 610) e si ripetono i passi 601-608 sopra descritti per verificarne eventuali difettosità mediante confronto del segnale sonoro con altre tracce audio memorizzate.

Terminata la verifica di tutti i componenti, il processo prevede di segnalare (passo 611) i componenti difettosi all’utente, ad esempio mediante attivazione di un allarme sonoro o visivo o mediante trasmissione di un segnale d’allarme ad un centro remoto. Il processo di rilevamento dei componenti difettosi, quindi, termina (passo 612).

Alla luce di quanto sopra esposto è chiaro come il sistema ed i metodi sopra descritti permettano di raggiungere gli scopi proposti.

È chiaro inoltre che il tecnico del ramo potrà apportare varianti agli esempi sopra descritti senza fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, il quale risulta definito dalle rivendicazioni annesse.

Ad esempio, nonostante l’invenzione sia stata descritta con riferimento a particolari schemi a blocchi, le medesime funzioni possono essere implementate da blocchi circuitali differentemente accorpati o integrati. Ad esempio, le funzioni di controllo dell’apparecchiatura e quelle di rilevamento dei malfunzionamenti possono essere realizzate da differenti circuiti integrati o da differenti dispositivi tra loro in comunicazione.

Inoltre, il metodo sopra descritto può essere realizzato mediante un sistema di intelligenza artificiale sia in cloud (o su server remoto) o direttamente all’interno del sistema di controllo, e la fase di apprendimento può essere eseguita “off-line” ovvero prima dell’installazione del software sull’apparecchiatura da monitorare. Ad esempio, diverse tracce audio per un determinato modello di apparecchiatura possono essere registrate durante il funzionamento di un’apparecchiatura campione, per poi essere caricate nel sistema di controllo dell’apparecchiatura da monitorare.

Ancora, i trasduttori utilizzati per acquisire i segnali sonori emessi dall’apparecchiatura durante il suo funzionamento possono essere in numero e di tipo differenti. Ad esempio, è possibile prevedere l’uso di una pluralità di microfoni opportunamente direzionati su componenti/gruppi funzionali della macchina che si vuol mantenere sotto stretta osservazione. In generale, nel caso si utilizzino diversi microfoni, in una forma di realizzazione il segnale sonoro di ciascun microfono viene confrontato con le tracce audio memorizzate come sopra descritto con riferimento all’esempio di figura 1, in cui è presente un unico trasduttore 22. Vantaggiosamente, in una forma di realizzazione, nel caso siano utilizzati diversi trasduttori – o microfoni – le tracce audio memorizzate comprendono anche un dato relativo alla direzione o al microfono di acquisizione, in modo tale che il segnale sonoro acquisito da un microfono sia confrontato con tracce audio precedentemente acquisite dallo stesso microfono. In una forma di realizzazione, i segnali provenienti da una molteplicità di microfoni sono processati, in modo di per sé noto, per poter rilevare una mappatura spaziale delle sorgenti sonore individuando quindi dei voxel audio. In questa forma di realizzazione, per ciascun voxel viene resa disponibile una traccia audio distinta, dunque il segnale sonoro acquisito per un determinato voxel viene confrontato con tracce audio registrate per lo stesso voxel. L’informazione sul voxel viene inclusa tra i dati informativi addizionali della traccia audio.

Ancora, secondo una variante ai metodi sopra descritti, viene prevista una verifica d’utente nel caso in cui il sistema rilevi un malfunzionamento dell’apparecchiatura e/o un difetto di un componente.

Nel dettaglio, dopo aver segnalato il malfunzionamento dell’apparecchiatura e/o il componente difettoso all’utente, il sistema – in particolare l’unità di controllo 20 - attende una valutazione da parte dell’operatore che, verificando l’apparecchiatura e/o il componente, determina se si sia verificato un malfunzionamento e/o un difetto del componente segnalato come difettoso. La valutazione da parte dell’operatore può essere effettuata tramite un’interfaccia utente del sistema, ad esempio mediante pressione di un pulsante appositamente previsto per “confermare” o per “smentire” la valutazione fatta dall’algoritmo, o mediante un monitor o un’altra interfaccia (ad esempio audio) con cui l’operatore possa interagire fornendo comandi/input più complessi, come ad esempio l’indicazione del componente difettoso, se differente da quello individuato dal sistema.

In questa forma di realizzazione, il sistema, dunque, al momento della registrazione della traccia audio relativa al segnale sonoro acquisito (sottoprocesso 104 sopra descritto), registrerà tra i dati informativi addizionali un dato che identifica la traccia come relativa ad una fase con malfunzionamenti e/o componenti difettosi, se l’operatore ha confermato il malfunzionamento dell’apparecchiatura e/o la difettosità del componente, così da aumentare progressivamente l’accuratezza del sistema.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per rilevare malfunzionamenti in un’apparecchiatura, comprendente i passi di: - acquisire (102) un segnale sonoro emesso da un’apparecchiatura durante un ciclo di funzionamento dell’apparecchiatura, - confrontare (1051) il segnale sonoro con una pluralità di tracce audio memorizzate in un’area di memoria, - determinare un malfunzionamento dell’apparecchiatura in base al risultato di detto confronto, caratterizzato dal fatto che il ciclo di funzionamento è suddiviso in una pluralità di fasi di lavoro e durante l’acquisizione del segnale sonoro si identifica una fase di lavoro di detta pluralità di fasi di lavoro, dal fatto che ciascuna traccia audio di detta pluralità di tracce audio comprende una componente audio relativa a segnali sonori acquisiti, e dati informativi addizionali comprendenti almeno un identificativo della fase di lavoro eseguita dall’apparecchiatura durante l’acquisizione dei segnali sonori memorizzati nella componente audio, e dal fatto che detta pluralità di tracce audio confrontate con il segnale sonoro, sono selezionate (1050) in un gruppo di tracce audio memorizzate, selezionando le tracce audio il cui identificativo della fase di lavoro dell’apparecchiatura corrisponde alla fase di lavoro identificata.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta pluralità di tracce audio è memorizzata in una pluralità di computer tra loro connessi ed in cui il passo di confrontare il segnale sonoro con detta pluralità di tracce audio viene eseguito in modo distribuito tra detta pluralità di computer o localmente su un computer che riceve il segnale sonoro.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui durante l’acquisizione del segnale sonoro si misura almeno un parametro operativo di funzionamento dell’apparecchiatura, ad esempio una temperatura ambientale, in cui i dati informativi addizionali comprendono un valore di detto parametro operativo di funzionamento dell’apparecchiatura, ed in cui per il confronto con il segnale sonoro, si selezionano nel gruppo di tracce audio le tracce audio che comprendono un valore di detto parametro operativo uguale o differente più o meno del 10% rispetto al parametro misurato.
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il segnale sonoro acquisito è relativo ad una fase di lavoro dell’apparecchiatura in cui è azionata una pluralità di componenti meccanici azionati, ed in cui in caso si determini un malfunzionamento dell’apparecchiatura, il metodo prevede ulteriormente i passi di: - memorizzare (600) un primo dato di scostamento, che è lo scostamento tra il segnale sonoro e una di detta pluralità di tracce audio che ha dato luogo alla segnalazione di malfunzionamento dell’apparecchiatura, - selezionare (601) un componente di detta pluralità di componenti meccanici, - confrontare (602, 603) il segnale sonoro con almeno una ulteriore traccia audio relativa ad una diversa fase di lavoro dell’apparecchiatura, detta diversa fase di lavoro essendo una fase di lavoro in cui è azionato in maniera analoga il componente selezionato ed in cui si è registrato un malfunzionamento dell’apparecchiatura, - memorizzare (604) almeno un ulteriore dato di scostamento, detto almeno un ulteriore dato di scostamento rappresentando uno scostamento tra il segnale sonoro acquisito e detta almeno una ulteriore traccia audio, - confrontare (605) il primo dato di scontamento con ciascun ulteriore dato di scostamento e verificare se differiscono meno di un valore di soglia, - segnalare (611) che il componente individuato è difettoso nel caso in cui (608) nella maggior parte dei confronti il primo dato di scostamento e l’ulteriore dato di scostamento differiscono meno di un valore di soglia.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui si memorizza in detta area di memoria una traccia audio comprendente una componente audio corrispondente al segnale sonoro acquisito, ed almeno un dato informativo addizionale compreso nel gruppo costituito da: un dato identificativo della fase di lavoro dell’apparecchiatura, dati relativi ai componenti meccanici azionati durante l’acquisizione del segnale sonoro, parametri ambientali relative alle condizioni operative dell’apparecchiatura durante l’acquisizione del segnale sonoro, parametri operativi dell’apparecchiatura e/o dei suoi componenti durante l’acquisizione del segnale sonoro.
6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui nel caso in cui il metodo determini un malfunzionamento dell’apparecchiatura e/o individui un componente difettoso, il metodo prevede ulteriormente: - una verifica del malfunzionamento e/o del componente difettoso da parte di un operatore, e - la registrazione tra i dati informativi addizionali di un dato che identifica la traccia come relativa ad una fase con malfunzionamenti e/o componenti difettosi, se l’operatore ha confermato il malfunzionamento dell’apparecchiatura e/o la difettosità del componente.
7. Sistema (2) per il rilevamento di malfunzionamenti in un’apparecchiatura (1), comprendente un trasduttore (22) per l’acquisizione di un segnale sonoro emesso dall’apparecchiatura (1) durante un ciclo di funzionamento dell’apparecchiatura (1), un’unità di memoria (21) atta a conservare tracce audio, ed un’unità di controllo (20) operativamente connessa al trasduttore (22) e all’unità di memoria (21), in cui l’unità di controllo (20) è configurata per confrontare (1051) il segnale sonoro con una pluralità di tracce audio memorizzate in detta area di memoria, e a determinare un malfunzionamento dell’apparecchiatura (1) in base al risultato di detto confronto, caratterizzato dal fatto che l’unità di memoria (21) conserva informazioni atte ad individuare una pluralità di fasi di lavoro in cui è suddiviso un ciclo di funzionamento dell’apparecchiatura, e dal fatto che l’unità di controllo (20) è ulteriormente configurata - per identificare, tra detta pluralità di fasi di lavoro, una fase di lavoro eseguita dall’apparecchiatura (1) durante l’acquisizione del segnale sonoro, e - per selezionare detta pluralità di tracce audio nell’area di memoria sulla base della fase di lavoro individuata.
8. Sistema (2) secondo la rivendicazione 7, in cui il segnale sonoro acquisito è relativo ad una fase di lavoro dell’apparecchiatura in cui sono azionati una pluralità di componenti meccanici, ed in cui in caso si determini un malfunzionamento dell’apparecchiatura, l’unità di controllo è ulteriormente configurata per: - memorizzare (600) un primo dato di scostamento, che è lo scostamento tra il segnale sonoro e una di detta pluralità di tracce audio che ha dato luogo alla segnalazione di malfunzionamento dell’apparecchiatura, - selezionare (601) un componente di detta pluralità di componenti meccanici, - confrontare (602,603) il segnale sonoro con almeno una ulteriore traccia audio relativa ad una diversa fase di lavoro dell’apparecchiatura, detta diversa fase di lavoro essendo una fase di lavoro in cui è azionato in maniera analoga il componente individuato ed in cui si è registrato un malfunzionamento dell’apparecchiatura, - memorizzare (604) almeno un ulteriore dato di scostamento, detto almeno un ulteriore dato di scostamento rappresentando uno scostamento tra il segnale sonoro acquisito e detta almeno una ulteriore traccia audio, - confrontare (605) il primo dato di scontamento con ciascun ulteriore dato di scostamento e verificare se differiscono meno di un valore di soglia, - segnalare (611) che il componente individuato è difettoso nel caso in cui (608) nella maggior parte dei confronti il primo dato di scostamento e l’ulteriore dato di scostamento differiscono meno di un valore di soglia.
9. Sistema secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui l’unità di controllo è configurata per ricevere un comando d’utente che conferma, smentisce o corregge una valutazione di malfunzionamento dell’apparecchiatura fatta dall’unità di controllo e/o un’indicazione data dall’unità di controllo che un componente è difettoso.
10. Sistema secondo la rivendicazione 7 o 8 o 9, comprendente almeno un secondo trasduttore atto a ricevere un secondo segnale sonoro emesso dall’apparecchiatura.