ITPN980020A1 - Metodo per il collaudo funzionale rapido di apparecchi refrigeranti - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "METODO PER IL COLLAUDO FUNZIONALE RAPIDO DI

APPARECCHI REFRIGERANTI"

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per il collaudo funzionale rapido di apparecchi refrigeranti, in particolare frigoriferi domestici con circuito refrigerante a compressore.

Come è noto, la fabbricazione su scala industriale di apparecchi domestici quali i frigoriferi implica normalmente un doppio controllo funzionale degli apparecchi stessi: un primo controllo è costituito da accurate prove di tipo in laboratorio, ed un secondo controllo viene effettuato sulle linee di produzione per verificare, generalmente con sistemi di tipo statistico, l'effettiva funzionalità della totalità degli apparecchi prodotti.

Sono noti, ad esempio, impianti per il collaudo funzionale di apparecchi refrigeranti comprendenti sistemi di discriminazione buono/scarto basati su metodi di elaborazione computerizzata di misure di tipo statistico, come ad esempio il sistema CPT-6000 della A'GRAMKOW, che permettono di effettuare un controllo funzionale degli apparecchi in tempi brevi e in un modo che però rsulta solo relativamente affidabile.

In particolare, i sistemi di collaudo di tipo statistico comportano difficoltà di definizione delle soglie di discriminazione buono/scarto in considerazione delle variabili che può avere un processo industriale ad alta produttività. Ne consegue, pertanto, che una certa percentuale di apparecchi "buoni" viene considerata "scarta" se il sistema è tarato in modo cautelativo per la buona qualità funzionale del prodotto; in caso contrario, alcuni apparecchi funzionalmente insufficienti possono essere erroneamente considerati buoni. In ogni caso, gli inconvenienti appaiono evidenti. Se la taratura del sistema è del suddetto tipo cautelativo, ad esempio, si rende necessario riprovare, per tempi generalmente molto più lunghi, gli apparecchi considerati scarti, una cui percentuale risulta alla fine effettivamente soddisfacente, cioè funzionalmente "buona".

Ciò vanifica buona parte dei vantaggi gestionali per i quali sarebbe invece desiderabile effettuare un collaudo funzionale in tempi brevi.

Un altro svantaggio dei metodi di collaudo basati su elaborazioni di tipo statistico è la necessità di ricreare una base di dati sufficientemente estesa ogni qual volta vengano modificate le condizioni di progetto degli apparecchi (nel caso di frigoriferi, ad esempio: tipo di gas refrigerante, tipo di compressore, caratteristiche dell'evaporatore, ecc.). La creazione della base dei dati per l'elaborazione di tipo statistico risulta infatti sempre molto onerosa, perché deve tenere conto delle varie condizioni di progetto e di collaudo in produzione (ad esempio: variazioni di tensione e/o di temperatura ambiente, tolleranze di lavorazione, ecc.).

In definitiva, i sistemi noti non sono completamente soddisfacenti quando con collaudi di breve durata si ricerchi un'affidabilità molto elevata ed obbligano comunque ad un dispendioso lavoro di ridefinizione degli standard quando si eseguono aggiornamenti sulla gamma degli apparecchi, come avviene sempre più spesso alla luce delle odierne esigenze di mercato. Peraltro, un collaudo in tempi brevi risulta di fondamentale importanza per una generale riduzione dei costi di fabbricazione su scala industriale.

Dall 'US-A-5 483 170 sono noti un metodo ed una relativa apparecchiatura per rivelare difetti in circuiti integrati, in cui una rete neurale viene "allenata" a distinguere circuiti integrati buoni da circuiti integrati difettosi mediante l'analisi di un'uscita di corrente dei circuiti stessi. In particolare, i circuiti integrati vengono collaudati mediante un singolo vettore di prova. Tale soluzione permette di collaudare facilmente circuiti integrati digitali, analogici o ibridi, ma non ha nulla a che vedere con il collaudo di apparecchi quali frigoriferi o simili.

Scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un metodo per il collaudo funzionale rapido di apparecchi refrigeranti in tempi effettivamente brevi e con affidabilità particolarmente elevata.

Un altro scopo dell'invenzione è quello di fornire un metodo di collaudo del tipo citato che permetta un adattamento flessibile alle possibili variazioni in un processo di fabbricazione industriale ad elevata produttività, risultando quindi facilmente e rapidamente adattabile alle diverse necessità.

Secondo l'invenzione, tali scopi sono ottenuti con un metodo per il collaudo funzionale rapido di apparecchi refrgeranti incorporanti le caratteristiche delle rivendicazioni allegate.

Le caratteristiche e i vantaggi dell'invenzione saranno chiariti dalla seguente descrizione, avente solo titolo di esempio non limitativo, con riferimento agli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 mostra schematicamente il circuito frigorigeno di uno degli apparecchi sottoposti a collaudo, associato a mezzi di monitoraggio di alcune grandezze operative;

- la figura 2 mostra parzialmente e schematicamente una vista dall'alto di una linea di produzione di apparecchi refrigeranti atta a realizzare il metodo di collaudo secondo l'invenzione;

- la figura 3 mostra schematicamente la struttura di una rete neurale impiegabile secondo l'invenzione.

Con riferimento alle figure 1 e 2, si descrive una forma preferita di realizzazione dell'invenzione.

Gli apparecchi refrigeranti da collaudare sono preferibilmente frigoriferi domestici 4 del tipo avente un circuito frigorigeno con un compressore 5 fra la cui uscita 6 ed il cui ingresso 7 sono collegati in serie almeno un condensatore 8 ed almeno un evaporatore 9 interconnessi da un capillare 10, o simile dispositivo di strozzatura del flusso di fluido refrigerante. Preferibilmente, il circuito comprende anche un filtro deidratore 11.

I frigoriferi 4 vengono realizzati su almeno una linea di produzione che nella sua parte finale comprende una stazione di collaudo 14 ed una stazione di commutazione 13 atte a ricevere in successione una pluralità di frigoriferi 4 trasportati da un convogliatore, o simile (figura 2).

Ovviamente, la stazione di collaudo 14, alla quale pervengono preferibilmente tutti i frigoriferi provenienti dalla linea di produzione, può essere del tipo a carosello collegato in derivazione alla stazione di commutazione. In ogni caso, la stazione di collaudo 14 è associata ad uno o più mezzi elaboratori che in figura 1 sono rappresentati con 15 e sono dotati di rispettivi ingressi di pilotaggio 16, 17, 18. In figura 2, tutti gli ingressi dell'elaboratore 15 sono schematicamente rappresentati con 12 per semplicità descrittiva.

I mezzi elaboratori 15 sono del tipo comprendente reti neurali, preferibilmente reti neurali multistrato con architettura ad autoassociatore, come illustrato a titolo di esempio in figura 3, che sono addestrate a riprodurre in uscita il vettore di dati presentato in ingresso e che, in modo noto in sé, sono atte a risolvere problemi in cui le leggi fisiche che correlano diverse grandezze variabili sotto esame sono particolarmente complesse o addirittura sconosciute. Tali reti neurali sono del tipo cosiddetto a classificatore, cioè atte anche a memorizzare - in una fase iniziale di "apprendimento" - informazioni campione di riferimento .

In figura 3, in particolare, è mostrata una rete neurale avente uno strato nascosto 19 e dotata di nove ingressi 20 e nove uscite 21. Potrebbero comunque essere impiegate anche reti neurali diverse, ad esempio aventi diciotto ingressi e diciotto uscite. In ogni caso, i mezzi elaboratori 15 con le reti neurali multistrato costituiscono un sistema di valutazione adattativo che secondo l'invenzione viene utilizzato come sarà descritto in seguito.

Nella stazione di collaudo 14 ciascuno dei frigoriferi 4 viene messo in funzione e rispettive sonde 22 e 23 pilotano rispettivamente gli ingressi 16 e 17 dell'elaboratore 15 in risposta rispettivamente alla temperatura rilevata al tubo di aspirazione 7 del compressore 5 e alla temperatura rilevata all'uscita 6 del compressore stesso. Inoltre, un apposito trasduttore 24 (ad esempio un wattmetro, o simile) pilota l'ingresso 18 dell'elaboratore 15 con un segnale proporzionale alla potenza assorbita dal compressore 5. Ovviamente, le sonde 22, 23 ed il trasduttore 24 sono applicate in modo amovibile nei corrispondenti punti di misura dei frigoriferi 4.

In definitiva, l'elaboratore 15 viene pilotato con grandezze indicative della temperatura TO del fluido refrigerante in corrispondenza dell'ingresso 7 del compressore 5, della temperatura Tl del fluido refrigerante in corrispondenza dell'uscita 6 del compressore, nonché della potenza P assorbita dal compressore 5. Si noti che tale potenza P rappresenta il lavoro svolto dal compressore 5 per azionare la restante parte di circuito frigorigeno 8 - 11 immettendovi fluido refrigerante in pressione con temperatura TO e ricevendone in ritorno, al proprio ingresso 7, fluido refrigerante a temperatura Tl. Pertanto, la combinazione delle grandezze sotto misura TO, Tl e P è automaticamente indicativa delle prestazioni funzionali dell'intero circuito frigorigeno 5 - 11 e quindi dell'esistenza di qualsiasi eventuale guasto che possa pregiudicare le prestazioni funzionali complessive del frigorifero.

In base a tali considerazioni, l'elaboratore 15 a reti neurali è predisposto per rilevare in ingresso l'andamento temporale delle grandezze TO, Tl e P durante un predeterminato transitorio funzionale di ciascuno dei frigoriferi 4 sotto collaudo avente ad esempio una durata di circa 10 min. Preferibilmente, tale rilevazione durante il collaudo ha inizio dopo circa 5 min. dall'avviamento degli apparecchi e la durata del collaudo per ciascun frigorifero può essere non superiore ai 20 min. complessivi. Il collaudo, pertanto, avviene preferibilmente - ma non esclusivamente - in un breve periodo iniziale di funzionamento dei frigoriferi, cioè quando questi non hanno ancora sostanzialmente raggiunto condizioni di regime.

Il sistema di valutazione adattativo comprendente l'elaboratore 15 con reti neurali ad autoassociatore è atto ad elaborare in combinazione i suddetti andamenti temporali delle grandezze rilevate TO , TI e P (impiegando un algoritmo che di per sé è alla portata del tecnico del ramo e non fa parte dell'invenzione) in modo tale da determinare le complessive prestazioni funzionali tendenziali di ciascun apparecchio refrigerante sotto collaudo. Tale elaborazione degli andamenti temporali delle grandezze monitorate TO, TI e P viene effettuata rispetto alla combinazione di corrispondenti andamenti campione forniti al classificatore a reti neurali in una fase iniziale di apprendimento, come già detto, in modo noto in sé.

A questo proposito, si noti che il collaudo breve secondo l'invenzione non ha lo scopo di effettuare una prova restrittiva di tipo deterministico (valutando l'esattezza di specifiche grandezze ingegneristiche), ma -grazie anche alla matura e consolidata tecnologia di fabbricazione dei moderni frigoriferi - tende solo a verificare se i frigoriferi collaudati sono atti a fornire un sufficiente livello prestazionale complessivo. In altre parole, il metodo di collaudo secondo l'invenzione è in grado di verificare in tempi brevi, in un processo industriale ad alta produttività, se i frigoriferi sono atti o meno a svolgere la loro funzione primaria di conservazione degli alimenti.

Secondo i diversi risultati di prova è quindi facilmente possibile discriminare gli apparecchi refrigeranti 4 che tendono a raggiungere un predeterminato livello prestazionale complessivo da quelli eventuali che tendono a non raggiungere detto livello. In modo in sé noto, pertanto, i frigoriferi che al termine del collaudo breve vengono trasferiti dalla stazione 14 alla stazione di commutazione 13 possono essere inviati alla fase produttiva successiva oppure ad una verifica di riparazione, secondo gli esiti del collaudo, lungo rispettive linee di convogliamento 25, 26.

Come è stato verificato anche sperimentalmente, il metodo di collaudo secondo l'invenzione facente uso di mezzi di valutazione adattativi a reti neurali consente di implementare un sistema in grado di adattarsi in modo flessibile alle variazioni possibili in un processo industriale ad alta produttività. L'adattabilità è infatti peculiare dei sistemi a reti neurali, e col metodo di collaudo secondo l'invenzione non è necessario definire soglie di discriminazione per ciascuna grandezza ingegneristica monitorata, ma è il modo in cui tali grandezze si combinano nel tempo di prova che determina l'esito della prova stessa. E' quindi sufficiente far apprendere inizialmente al classificatore a reti neurali (in base ad una serie di campioni sicuramente buoni) il corretto modo di combinare le diverse grandezze. Vantaggiosamente, ciò comporta una desensibilizzazione del sistema verso quelle variabili che normalmente si incontrano in un processo industriale, ma che non determinano una difettosità degli apparecchi prodotti.

L'utilizzo di un sistema adattativo permette inoltre di aggiornare il sistema di valutazione anche a distanza di tempo; è infatti sufficiente proporre al sistema ulteriori esempi (di esito funzionale noto) da apprendere per addestrare in modo aggiornato il sistema.

In definitiva, il metodo di collaudo secondo l'invenzione permette di riconoscere i veri guasti, all'interno di un processo industriale ad alta produttività, con un'affidabilità sorprendentemente prossima al 100%, come è stato verificato anche sperimentalmente. Ciò è vantaggiosamente ottenuto in tempi particolarmente brevi, grazie al fatto che gli apparecchi 4 richiedono di essere monitorati soltanto durante un transitorio iniziale di funzionamento, senza la necessità di attendere che gli apparecchi stessi raggiungano condizioni di regime, come già detto. Infatti, dal confronto dell'andamento combinato delle grandezze monitorate con il corrispondente andamento delle grandezze campione di riferimento (apprese da esempi di funzionamento noto) , il sistema di valutazione a reti neurali è in grado di determinare con precisione, già nel breve transitorio funzionale di collaudo, se gli apparecchi 4 raggiungeranno a regime un sufficiente livello prestazionale complessivo predeterminato in base alle prove di tipo in laboratorio.

Poiché, come è noto, un apparecchio refrigerante raggiunge normalmente le condizioni di regime dopo alcune ore di funzionamento, il conseguente risparmio di tempo appare evidente.

Ovviamente, il tutto si traduce in una gestione industriale rapida, semplice, flessibile e quindi economica.

Resta inteso che il metodo di collaudo funzionale rapido descritto può subire numerose modifiche rientranti nell'ambito dell'invenzione.

Con riferimento alla figura 2, ad esempio, il pilotaggio degli ingressi 12 dell'elaboratore 15 da parte delle sonde 22, 23 e del trasduttore 24 può essere realizzato mediante un rice-trasmettitore a raggi infrarossi (schematizzato con 27 in figura 2), o simile, in modo tale da evitare qualsiasi vincolo meccanico fra la stazione di collaudo 14 e l'elaboratore stesso. La realizzazione di tale pilotaggio con rice-trasmettitore è alla portata del tecnico del ramo.

Inoltre, le grandezze monitorate per il collaudo possono essere diverse e/o diversamente combinate, o combinate in numero diverso, rispetto a quelle descritte. Da quanto è stato verificato sperimentalmente, comunque, per un collaudo sufficientemente affidabile in tempi brevi . è necessario che venga monitorato l'andamento temporale anche di una sola delle grandezze funzionali caratteristiche del circuito frigorigeno 5 - 11 e che tale andamento venga elaborato dal sistema di valutazione a reti neurali rispetto ad almeno un corrispondente andamento campione. Anche con il monitoraggio di una sola grandezza significativa, infatti, il sistema di valutazione adattativo a reti neurali è in grado di riconoscere rapidamente (in base all'apprendimento da esempi di funzionamento noti, come già detto) se gli apparecchi sotto collaudo tendono a raggiungere un predeterminato livello prestazionale complessivo tale da giudicare "buoni" gli apparecchi stessi.

Preferibilmente, comunque, sarà monitorato almeno l'andamento temporale della temperatura TO del fluido refrigerante in corrispondenza dell'ingresso 7 del compressore 5.

come già detto, l'andamento temporale della temperatura TO può essere elaborato in modo combinato con quello della temperatura Tl e/o della potenza P e/o di ulteriori grandezze significative, rispetto a corrispondenti andamenti campione, in modo tale da aumentare l'affidabilità del collaudo.

Una di dette ulteriori grandezze può essere ad esempio la temperatura T2 di fine condensazione del fluido refrigerante, rilevabile ad esempio con una sonda (in modo noto e non mostrato) in un punto del circuito frigorigeno 5 - 11 adiacente all'estremità del condensatore 8 che è collegata al capillare 10.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il collaudo funzionale rapido di apparecchi refrigeranti aventi un circuito frigorigeno comprendente un compressore con un'uscita ed un ingresso fra cui sono disposti in serie almeno un condensatore ed almeno un evaporatore intercollegati da mezzi di strozzatura del flusso di fluido refrigerante, caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - per una pluralità di apparecchi refrigeranti (4), rilevare l'andamento temporale, durante almeno un transitorio predeterminato di funzionamento, di almeno una prima grandezza funzionale caratteristica (T0;T1;T2:P) di detto circuito frigorigeno (5-11); - elaborare detto andamento temporale rispetto ad almeno un corrispondente andamento campione, mediante un sistema di valutazione a reti neurali, in modo tale da determinare le prestazioni funzionali complessive di ciascun apparecchio refrigerante sotto collaudo; e - discriminare gli apparecchi refrigeranti (4) che tendono a raggiungere un predeterminato livello prestazionale complessivo da eventuali apparecchi refrigeranti (4) che tendono a non raggiungere detto livello.
2. 2. Metodo di collaudo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta grandezza funzionale caratteristica del circuito frigorigeno (5-11) comprende la temperatura (TO) del fluido refrigerante in corrispondenza dell'ingresso (7) del compressore (5).
3. 3. Metodo di collaudo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per detta pluralità di apparecchi refrigeranti (4) si rileva l'andamento temporale, durante detto transitorio predeterminato di funzionamento, anche di almeno un'ulteriore grandezza indicativa della temperatura (Tl) del fluido refrigerante in corrispondenza dell'uscita (6) del compressore, gli andamenti temporali della prima e dell'ulteriore grandezza (ΤΟ,ΤΙ) essendo elaborati in modo combinato, rispetto a corrispondenti andamenti campione, in modo tale da determinare le prestazioni funzionali complessive di ciascun apparecchio refrigerante sotto collaudo.
4. 4. Metodo di collaudo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per detta pluralità di apparecchi refrigeranti (4) si rileva l'andamento temporale, durante detto transitorio predeterminato di funzionamento, anche di almeno un'ulteriore grandezza indicativa della potenza (P) assorbita dal compressore (5), gli andamenti temporali della prima e dell'ulteriore grandezza (ΤΟ,ΤΙ) essendo elaborati in modo combinato, rispetto a corrispondenti andamenti campione, in modo tale da determinare le prestazioni funzionali complessive di ciascun apparecchio refrigerante sotto collaudo.
5. 5. Metodo di collaudo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che per detta pluralità di apparecchi refrigeranti (4) si rileva l'andamento temporale, durante detto transitorio predeterminato di funzionamento, anche di almeno un'ulteriore grandezza indicativa della temperatura (T2) di fine condensazione del fluido refrigerante, gli andamenti temporali della prima e dell'ulteriore grandezza (ΤΟ,ΤΙ) essendo elaborati in modo combinato, rispetto a corrispondenti andamenti campione, in modo tale da determinare le prestazioni funzionali complessive di ciascun apparecchio refrigerante sotto collaudo.
6. 6. Metodo di collaudo secondo le rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'andamento temporale di detta grandezza (T0;T1;P;T2) viene rilevato, durante detto transitorio predeterminato, quando gli apparecchi refrigeranti (4) sotto collaudo non hanno ancora sostanzialmente raggiunto condizioni operative di regime.
7. 7. Metodo di collaudo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'elaborazione di detto andamento temporale di detta grandezza (T0;T1;P;T2) viene effettuato mediante reti neurali multistrato di tipo adattativo con architettura ad autoassociatore (19-21).