JP2023530858A

JP2023530858A - 消費者向け製品を製造又は包装するための自動機械の予測保守のための方法

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Publication number: JP2023530858A
Application number: JP2022573554A
Authority: JP
Inventors: デリエスポスティマッテオ; ザノッティマウリツィオ; ガンベリーニジュリアーノ
Original assignee: GD SpA
Current assignee: GD SpA
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-07-20
Also published as: EP4168870A1; KR20230027007A; US20230221715A1; IT202000014944A1; WO2021260595A1; CN115698886A

Abstract

消費者向け製品を製造又は包装するための自動機械（１）の予測保守のための方法であって、この方法は、少なくとも１つのそれぞれのローカル制御ユニット（１１）によって、少なくとも１つの電気アクチュエータ（４）の少なくとも１つのモータリゼーション指標（ＭＭ）に関する少なくとも一組の複数のサンプル（ＳＳ）を検出し、かつ記録するステップと、記録された複数のサンプル（ＳＳ）をデータ処理ユニット（５）に送信するステップと、検出された少なくとも一組の複数のサンプル（ＳＳ）に基づき、少なくとも検出されたモータリゼーション指標（ＭＭ）に対して、少なくとも２つの統計的特徴（ＳＴＦ）を次元として有する異常値のマトリックス（ＡＭ）内で少なくとも１つの多次元公差範囲（ＴＨ）を規定するステップと、異常値のマトリックス（ＡＭ）内の実際の状態（ＡＣ）の位置を規定するために、２つの統計的特徴（ＳＴＦ）を計算するステップと、異常値のマトリックス（ＡＭ）内で実際の状態（ＡＣ）の位置と多次元公差範囲（ＴＨ）とに基づいて、必要な保守の差し迫った時期を決定するステップと、を有する。

Description

本発明は、消費者向け製品を製造又は包装するための自動機械の予測保守のための方法に関する。
本発明は紙巻きタバコのパケットを製造する自動包装機の予測保守における有利であるが、限定的ではない用途を見出し、以下の開示は一般性を失うことなく明示的に言及する。
（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０２０年６月２３日に出願されたイタリア特許出願第１０２０２０００００１４９４４号明細書の優先権を主張し、その開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。

消費者向け製品を製造するための製造工場において、予測保守のための様々なシステム、すなわち、自動機械において保守介入（例えば、構成要素の調整、洗浄、又は交換）を実施する必要があるときに、事前に所定の時間を決定することができるシステムの導入が近年提案されている。

保守介入を実施する必要があるときに、事前に所定の時間を予測することによって、調整され合理的な方法で保守介入をプログラムすることが可能であり、このようにして、保守介入、機械非稼動時間、及び廃棄される製品の数が最適化される、すなわち、最小限に低減される。

一般に、これらの予測は、時間及び設計の点で特に高価なシステムを用いて行われる。特に、自動機械の構築中に、経験的に、又は高度なシミュレーションに従い、最も危険な機械部品上に、特殊なセンサが一般に設置される。

場合によっては、特に部品の摩耗を検出するために、これらのセンサは部品の内部に埋め込まれ、摩耗が見えるようになるとすぐに警告又は警報を生成する。他の場合には、加速度計、ビデオカメラ、及び／又は温度計は単一の分析された特徴における任意の過剰な変動を検出するように、監視されるべき構成要素の近くに設置される。

しかしながら、ローカル変数の変動は、適切なセンサによって必ずしも検出可能ではない多数の因子に依存し得る。例えば、ブレードのより速い消耗は切削領域内の汚れの存在、スクリューの緩み、振動、近くの領域の過熱、材料の切り口は入口の傾斜の変化など、又はこれらの特徴のいくつかの組み合わせによるものであり得る。

従来のシステムでは、ローカルな１次元の特徴を検出することだけに集中し、基準値（一般にスカラー）に対する構成要素の現在の状態を後者に基づいて定義する際に、構成要素の異常の危険性の増加が２つ以上の因子の組み合わせによって見落とされる可能性がある。これらのシステムのいくつかによれば、所定の信号の振動は適切なセンサによって検出されるものと比較され、１次元閾値（片側又は両側）を確立し、それを超えて、必要な保守の警告が生成される。

いくつかの既知のシステムは管理され、リアルタイムで送信される膨大な量のデータのために、通常、高周波数サンプリングを実行することができない。他の既知のシステムでは高周波数で検出された値を局所的に平均化し、その平均のみを中央データ処理装置に送信し、管理されるデータの量を大幅に低減するが、単一の値が中央処理装置によって考慮されず、したがって、異常のアプローチを示唆し得る値のピークが考慮され得ないため、データの精度も大幅に低減することによって、この課題を解決する試みがなされている。

更に、所定の基準信号の振動を、それぞれのセンサによって検出された電流信号の振動と比較することによって、電流信号が基準信号から始まって設定された上限又は下側の閾値を超えずに、異常を示す振動を有する可能性があるので、保守予測を効率的に実行することができないことがしばしば起こる。

効果的かつ効率的な予測保守を実行するために必要な全てのセンサの存在は自動機械の製造費用の膨大な増加を決定し、更に、一般に、前記センサの使用は、いくつかの要因によって相乗的に引き起こされる異常のいくつかを予測することを可能にしない。

特許文献１は、機械自体の予測保守を実行するための機械のセンサからデータを取得するためのローカルユニットを記載している。ローカル取得ユニットはセンサから来る信号を検出し、前記信号の値を記憶装置に定期的に記憶するために装置に搭載される。所定の時間に、可搬型電子機器（例えば、携帯型コンピュータ）を備えた操作者は、ローカル取得ユニットのメモリの内容を可搬型電子機器のメモリに（好ましくは赤外線伝送の手段によって）転送するために、機械に接近する。特許文献１に記載された取得方法は実行するのが簡単で安価であるが、一方で、ローカル取得ユニットのメモリに記憶されたデータを読み取る操作者の介入を常に必要とするので、高い管理コストを有し、更に、ローカル取得ユニットのメモリに記憶されたデータの読み出しが高い時間的周波数で実行されない場合には、予測保守システムは保守介入を実行する必要があるときに、事前に十分な余裕をもって予測することができない。

特許文献２には、自動機械の遠隔診断のための方法が記載されており、この方法によれば、ローカル取得ユニット及び制御ユニットが自動機械に搭載された一連のセンサに接続された自動機械に結合される。定期的に、ローカル取得ユニット及び制御ユニットはセンサによって供給された信号を読み取り、これらの信号をローカル取得ユニット及び制御ユニットに記憶された自動機械のモデルと比較し、ローカル取得ユニット及び制御ユニットが、センサによって供給された信号と自動機械のモデルとの間の有意な異常を検出した場合、ローカル取得ユニット及び制御ユニットは異常に関する情報を、異常の診断を定式化する遠隔診断システムに送信し、次いで、自動機械上で保守作業を実行することができるサービスセンターに技術的介入の要求を送信する。特許文献２に記載された好ましい実施形態によれば、遠隔診断システムは、第１の診断を策定するための第１の遠隔診断ステーション（コンピュータ又はコンピュータネットワーク）と、第１の遠隔診断ステーションが診断を策定することができなかった場合に第２の診断を策定するためのさらなる第２の遠隔診断ステーション（コンピュータ又はコンピュータネットワーク）と、第２の遠隔診断ステーションであっても診断を策定することができなかった場合に第３の診断を策定するための技術者のチームとを備える。

米国特許第５８５２３５１号明細書米国特許出願公開第２００３０４６３８２号明細書

本発明の目的は上述の欠点を少なくとも部分的に含まず、同時に、実施するのが簡単かつ安価で消費者向け製品を製造又は包装するための自動機械の予測保守のための方法を提供することである。

本発明によれば、添付の特許請求の範囲に記載されているように、消費者向け製品を製造又は包装するための自動機械の予測保守のための方法が提供される。前述の方法を実行するように構成された消費者向け製品を製造又は包装するための自動機械も提供される。

特許請求の範囲は本明細書の不可欠な部分を形成する本発明の好ましい実施形態を記載する。

図１はたばこ産業の商品を製造するための自動機械の斜視図及び概略図である。図２はモータリゼーション指標の関数として２つの統計的特徴を次元として有する異常値のマトリックスを示す。図３は、本方法の一般的なステップと、それらを互いにどのように接続され得るかに関する可能な図を示す。図４は、正しい指標と、必要なその後の保守の警告を決定する指標との比較を示すグラフであり、図５は、満足な構成における一連の統計的特徴と、その後の保守の警告をもたらす不満足な構成における同じ一連の統計的特徴との比較を示すグラフである。

図１はタバコ産業の商品を製造するための自動機械１、特に、紙巻きタバコのパケットに透明なオーバーラップを適用するための自動包装機械１を示す。

自動機械１は、商品（図１に示す実施形態では紙巻きタバコのパケット２）の処理を実行するように設計された様々な要素を備える。特に、自動機械１は、少なくとも１つの電気アクチュエータ４を制御するように構成された１つ以上の電気駆動装置３を備える。

いくつかの好ましいが非限定的な実施形態によれば、電気アクチュエータ４は、（特にブラシレスタイプの）電気モータを備える。図示されていない他の実施形態によれば、アクチュエータ４は電気モータ以外のタイプの駆動装置（例えば、電気的に作動されるシリンダなど）も備える。

いくつかの非限定的な場合において、電気駆動装置３は自動機械１の専用領域（例えば、一般的な又は専用の電気パネル）にグループ化される。代替的に、又は追加的に、いくつかの電気駆動装置３が、それぞれの電気アクチュエータ４に配置される。例えば、電気モータの場合、それぞれの駆動装置は、モータ自体のステータに搭載されて配置されてもよい。言い換えれば、いくつかの非限定的な場合では、電気駆動装置３が機械制御キャビネット（データ処理ユニット５が配置されているのと同じであってもよいし、同じでなくてもよい）に搭載されて配置される。代替的に、又は追加的に、いくつかの電気駆動装置３は、それらが接続されるそれぞれの電気アクチュエータ４に搭載されて配置され得る。

特に、電気駆動装置３はまた、少なくとも１つの電気アクチュエータ４の少なくとも１つのモータリゼーション指標ＭＭに関する複数のサンプルＳＳ（例えば、図４に示されるグラフの各点）を、サンプリング周波数ＳＦで周期的に（例えば、各電気駆動装置３内のローカルメモリユニットにおいて）検出し、記録するように構成される。いくつかの非限定的な場合では、モータリゼーション指標ＭＭが電気アクチュエータ４の速度誤差を含む（である）。図４に示すような他の非限定的な場合では、モータリゼーション指標ＭＭが電気アクチュエータのトルク（又は必要とされる電流）誤差を含む。図示されていないさらなる非限定的な場合では、モータリゼーション指標ＭＭは、基準値と、電気アクチュエータ４に関連し、それぞれの電気駆動装置３によって検出される実際の値との間の任意の差を含む（である）。明らかに、同じ電気駆動装置３は同じ電気アクチュエータ４に関する異なる指標を検出し、記録することができ、及び／又は異なる電気駆動装置３は、異なる電気アクチュエータ４に関する相互に異なる指標を記録することができる。

自動機械１は、更に、サンプリング周波数ＳＦ以下の送信周波数ＴＦにおいて、サンプリング周波数ＳＦで前に検出された複数のサンプルＳＳを周期的に受信するように構成されたデータ処理ユニット５（特に、プロセッサ又は専用産業用ＰＣ）を備える。

更に、図１の非限定的な実施形態に示されるように、自動機械１は、異常値のマトリックスＡＭ（例えば、図２に示されるものなど）を含む（すなわち、読み取り及び／又は書き込みのために、それを内部に格納する）ように構成される、ローカル記憶ユニット６を備える。特に、異常値のマトリックスＡＭは、次元として、検出されたモータリゼーション指標ＭＭに基づく少なくとも２つの統計的特徴ＳＴＦを有する。より正確には、記憶ユニット６が自動機械１のモデルを処理及び更新するためにデータ処理ユニット５によって使用されるデータベースＤＢ専用の領域を備える。

「統計的特徴ＳＴＦ」という用語は、統計分析を介して定義及び計算することができる、一組のデータに適用可能な全ての関数（機能）、特に、（少なくとも）モータリゼーション指標ＭＭに関連する複数のサンプルＳＳに対して統計演算を実行することによって定義することができる任意のスカラー値を意味する。統計的特徴の例は、メジアン、中央値、モード、形状因子、及び形状指数（尖度及び歪度）であり得る。信号指標の例は、クリアランス（又はクリアリング）因子、クレスト因子、インパルス因子、ピーク値、二乗平均平方根又はＲＭＳ値、信号対雑音及び歪み比ＳＩＮＡＤ、信号対雑音比ＳＮＲ、標準偏差ＳＴＤ、全高調波歪みＴＨＤであり得る。

有利にはしかし必ずしもそうではないが、自動機械１は（例えば、ＩＯ－Ｌｉｎｋ（登録商標）タイプの）双方向、デジタル、及びローカル産業ネットワークの節点に接続される（又は決定する）少なくとも１つのローカル取得ユニット７を備える。図１の非限定的な実施形態では、高速かつ高品質のデータ伝送を可能にするために、産業用ネットワークは自動機械１に搭載されたローカル有線ネットワーク（すなわち、ケーブル接続を有する）である。

図１の非限定的な実施形態では、異なる特徴を有する複数のローカル取得ユニット７が設けられている。特に、ローカル取得ユニット７は、温度、振動等のようなローカル状態指標ＬＳＭの値、好ましくはアナログ値を検出するように構成された任意のタイプのセンサとすることができる。ローカル取得ユニット７は、また、検出されたローカル状態指標ＬＳＭをデータ処理ユニット５に送信するように構成される。

必ずしもそう必要はないが、有利にはローカル取得ユニット７はそれぞれ、自動機械１に搭載された異なる機械グループ１０に搭載されて配置される。このようにして、各装置グループの状態を監視することができ、場合によっては、維持されるべきグループ１０に関連する装置の１つの部分のみの製造を停止することができる。

詳細には、少なくとも１つのローカル取得ユニット７がスマートタグ及び／又はＩｏＴ（internet of things)センサを備える。このようにして、データ処理ユニット５に、それぞれのスマートタグによって、又はグループ１０に搭載されたＩｏＴセンサによって、又は自動機械１の単一の構成要素によって送信された情報を介して識別された単一の機械グループ１０（移動式のもの、例えば、直接駆動システム上を移動するユニットのセットを含む）の状態を知らせることが可能である。

必須ではないが有利には、自動機械１が、更に、データ処理ユニット５に接続され、保守プログラム９を保守リソース、例えば、図１に示されるような操作者Ｏ（又は保守ロボット）に送信することを可能にするように構成された通信インターフェース８（図１）を備える。図１の非限定的な実施形態では、通信インターフェース８が対処すべき次の保守作業に関して操作者Ｏに警告するように構成された（触覚）スクリーンである。保守プログラム９の各保守リソースへの伝達に続いて、リソース（又は図１の場合は操作者Ｏ）は、保守プログラム９に示される順序及び時間フェーズで保守作業を実行する。

本発明のさらなる態様によれば、消費者向け製品を製造又は包装するための自動機械１の予測保守のための方法が提供される。

この方法は、それぞれのローカル制御ユニット１１によって、少なくとも１つの電気アクチュエータ４のモータリゼーション指標ＭＭに関する複数のサンプルＳＳを、周期的に、かつサンプリング周波数ＳＦで、（少なくとも）検出し、記録するステップを含む。特に、ローカル制御ユニット１１は自動機械１の少なくとも１つの電気モータを駆動するように構成された少なくとも１つの電気駆動装置３、又はローカル状態指標ＬＳＭの複数のサンプルＳＳ（すなわち、値）を周期的に取得し、それらをデータ処理ユニット５に周期的に転送するように構成されたローカル取得ユニット７を備える。

有利には、本方法はまた、データ処理ユニット５において記録された複数のサンプルＳＳを、サンプリング周波数ＳＦ以下（好ましくは下側）の送信周波数ＴＦで周期的に送信するステップを含む。詳細には検出の精度がサンプリング周波数ＳＦによって正確に定義されるサンプリング速度にも依存するので、サンプリング周波数ＳＦは送信周波数ＴＳと比較して特に高い周波数である。一方、送信周波数ＴＦは、データ処理ユニット５がデータベースＤＢを更新できる速度、ひいては自動機械１の機種を決定する。

必須ではないが有利には、サンプリング周波数ＳＦが２ｋＨｚ以上（すなわち、対応するサンプリング時間が５００マイクロ秒以下）、４ｋＨｚ以上（すなわち、２５０マイクロ秒以下のサンプリング時間）である。このようにして、集中的なサンプリングを実行することが可能であり、将来の異常を示し得るいくつかの情報を失うリスク、したがって保守の必要性を大幅に低減する。

特に、サンプリング周波数ＳＦは制御ユニット１１のいわゆるサイクル時間、すなわち、ローカル取得ユニットのケースにおけるセンサのリフレッシュ時間、又は電気駆動装置３の手段による速度ループの閉時間に対応する。

必須ではないが有利には、送信周波数ＴＦが０．２Ｈｚ以下（すなわち、複数のサンプルＳＳの１つの送信と次の送信との間の時間が５秒以上）、特に０．１Ｈｚ以下（すなわち、複数のサンプルＳＳの１つの送信と次の送信との間の時間が１０秒以上）、更に特に０．０６７Ｈｚ以下（すなわち、送信時間が１５秒以上）である。このようにして、検出された全てのデータをリアルタイムで制御ユニット５に連続的に送信することを回避することができ、したがって、同じデータ（複数のサンプルＳＳ）がグループで送信されるので、情報の連続的な混雑を低減することができる。

必須ではないが、有利にはモータリゼーション指標ＭＭ及び／又はローカル状態指標ＬＳＭの記録中に、複数の制御ユニット１１（すなわち、電気駆動装置３及びローカル取得ユニット）は、同期周波数ＳＣＦで、データ処理ユニット５から、複数のサンプルＳＳの記録に含まれるべき同期信号ＭＳを受信する。特に、同期信号ＭＳは、「ｎ」個の記録された複数のサンプルＳＳごとに含まれる。より正確には同期周波数ＳＣＦがサンプリング周波数ＳＦよりも低いが、送信周波数ＴＦよりも高い。

特に、同期周波数ＳＣＦは、データ処理ユニット５のいわゆるサイクルタイムに対応する。詳細にはデータ処理ユニット５がＰＬＣ又は産業用ＰＣであり、同期周波数ＳＣＦは２００Ｈｚ以上、特に５００Ｈｚ以上、より特には１ｋＨｚ（キロヘルツ）以上である。

必須ではないが有利には、同期信号ＭＳがアナログ信号（すなわち、デジタルではなく、複数の異なる値を仮定する可能性を有する）である。このようにして、送信後（サンプリング周波数ＳＦよりもかなり低い送信周波数ＴＦが与えられた、データグループにおいて）であっても、各々の複数のサンプルＳＳを同期させることが可能である。言い換えれば、同期信号ＭＳの数値（アナログ）値及び送信が生じる瞬間を知ることにより、それらがブロック（グループ）で送信されるにもかかわらず、複数のサンプルＳＳを経時的に再位相化させることが可能である。

いくつかの非限定的な実施形態によれば、同期信号ＭＳ（例えば、ＰＬＣ－データ処理ユニット５－から電気駆動装置３への）は、自動機械１の物理的又は仮想の主軸の位置である。特に、自動機械１（仮想）主軸のいわゆる鋸歯状の瞬時値を同期信号ＭＳとすると、主軸の位置が、制御ユニット１１からデータ処理ユニット５に送信される複数のサンプルＳＳの経時的な再位相化の基準となる。同期信号ＭＳの手段による再位相化のおかげで、送信されるデータの量は大幅に低減され、一方で、（既知の技術のシステムで生じるように）データ及びそれぞれの記録瞬間を送信する代わりに、複数のサンプルＳＳの値のみ、及び全ての「ｎ」個のサンプル、送信された複数のサンプルＳＳの次回の同期のための主軸位置の値のみが送信される。

他の非限定的な場合では、同期信号ＭＳが先に説明したものに従ってマスタ基準として使用される適切なカウンタ（増加又は減少）である。

必須ではないが有利には、本方法が、どのサンプルＳＳが自動機械１の所与の瞬間又は所与の位相に対応するかを理解するために、基準として同期信号ＭＳを使用して、データ処理ユニット５に送信されたサンプルＳＳを同期させるさらなるステップを含む。特に、データ処理ユニット５は、送信された複数のサンプルＳＳの一組を経時的に同期させることによって前処理する。

特に、この方法はまた、検出された少なくとも一組の複数のサンプルＳＳに基づき、検出されたモータリゼーション指標ＭＭ（及び／又はローカル状態指標ＬＳＭ）に少なくとも関連付けて、少なくとも２つの統計的特徴ＳＴＦ（例えば、先に説明されたものによって形成されたグループから選択された）を次元として有する異常値のマトリックスＡＭ（図２）内で、（特に、以下に説明されるように、教師なしグループ化手段（unsupervised classifier）によってモデルをトレーニングすることによって）多次元公差範囲ＴＨ（multidimensional tolerance horizon ＴＨ）を（少なくとも）規定する、さらなるステップを含む。言い換えれば、異常値のマトリックスＡＭの次元を定義する統計的特徴ＳＴＦは、検出されたモータリゼーション指標ＭＭの関数として計算される。

有利にはしかし必ずしもそうではないが、特に、モータリゼーション指標ＭＭに加えて、一組の記録されたサンプルＳＳはまた、自動機械に搭載された１つ以上の機械グループ１０（少なくとも１つの要素を含む）の状態に関するローカル状態指標ＬＳＭに関し、特に、ローカル状態指標の値は双方向、デジタル及びローカル、ポイントツーポイント、及び有線（又は無線）産業用ネットワークのノードに接続された少なくとも１つのローカル取得ユニット７の手段によって検出される。

特に、ローカル状態指標ＬＳＭは、より正確には多数の次元で検出された振動、及び／又は温度及び／又は加速度を含む。

図２の非限定的な実施形態では、異常値のマトリックスＡＭは、モータリゼーション指標ＭＭに対して計算された２つのそれぞれの統計的特徴ＳＴＦ及びＳＴＦ'によって定義される２つの次元を備え（同じことはローカル状態指標ＬＳＭを用いて行うことができる）、特に、横座標は尖度として知られる統計的特徴ＳＴＦ（モータリゼーション指標ＭＭの機能）を示し、縦座標は統計的特徴ＳＴＦ'（同じモータリゼーション指標ＭＭの機能）を示す。この非限定的なケースでは、モータリゼーション指標ＭＭはトルク誤差である。

いくつかの好ましいが非限定的な実施形態によれば、モータリゼーション指標ＭＭは電気モータ（例えば、ブラシレス）の速度誤差であり、特に、それぞれの駆動装置によって検出される。詳細には、驚くべきことに、このモータリゼーション指標ＭＭを使用することによって、電気モータの挙動の異常をより容易に検出することが可能である。特に、モータリゼーション指標ＭＭとして速度誤差を使用することにより、摩擦によって生じる挙動を強調することができることが分かった。特定の場合には、運動学的運動における摩擦変化が自動機械１の構成要素の摩耗の改善された評価を可能にし、予測保守のための推定値を改善する。

有利には、本方法が検出された各々の複数のサンプルＳＳについて、異常値のマトリックスＡＭ内の実際の状態ＡＣの位置を定義するために、（少なくとも１つの多次元マトリックスを定義するために）少なくとも２つの統計的特徴ＳＴＦを計算するさらなるステップを含む。

いくつかの非限定的な場合において、状態ＡＣは単一のサンプルＳＳに対応する。具体的には、連続する実際の状態ＡＣのクラウドは複数のサンプルＳＳに対して定義される。

他の非限定的な場合では、実際の状態ＡＣの位置が複数のサンプルＳＳの関数として計算される。さらなる非限定的な場合において、異常値のマトリックスＡＭ内の実際の状態ＡＣの位置は、ローカル制御ユニット１１とデータ処理ユニット５との間の一方の送信と他方の送信との間で検出された複数のサンプルＳＳ全体の関数として決定される。

必ずしも必要ではないが、有利には図２の非限定的な実施形態に示されるように、多次元公差範囲ＴＨ、ＴＨ’、ＴＨ”は、教師なしグループ化手段（unsupervised classifier）、特にＫ平均アルゴリズムを介して定義される。

図２の非限定的な実施形態では、公差範囲ＴＨ、ＴＨ’、ＴＨ”を計算（定義）するために使用される教師なしグループ化手段は、グループの分割解析のためのいわゆるＫ平均アルゴリズムである。特に、このアルゴリズムを使用して、グループの中心Ｃ、Ｃ’、Ｃ”（すなわち、データ処理ユニットによって受信された複数のサンプルＳＳの中心Ｃ、Ｃ’、Ｃ）が最初に計算され、その後、実際の状態ＡＣ（すなわち、サンプルＳＳの分布）に基づいて、公差範囲ＴＨ、ＴＨ’、ＴＨ”が決定される。詳細には、図２の中央部分では３つの異なる（連続する）複数のサンプルＳＳの関数として決定される正しい動作状態に関して、上述の方法の３回の繰り返しが示されている。

更に、この方法は、異常値のマトリックスＡＭにおける実際の状態ＡＣ（図２）の位置と多次元公差範囲ＴＨとの関数として、必要な保守の切迫を、特に公差範囲ＴＨの近く又はそれを超える危険な状態ＤＣの存在を検証することによって決定するステップを含む。

図２の非限定的な実施形態によれば、公差範囲ＴＨ、ＴＨ’、ＴＨ”は、非線形形状、特に楕円形又は円形を有するように構成される。

図示されていないいくつかの非限定的な場合では、公差範囲ＴＨが検出されるべき異常のタイプに基づいて異なる（複雑な）形状を有する。

図示されていないいくつかの非限定的な実施形態によれば、統計的特徴ＳＴＦ、ＳＴＦ’の計算に使用される指標ＭＭ、ＬＳＭは、検出されるべき異常に応じて変化する。

必須ではないが有利には、公差範囲Ｈは、検出された最新の複数のサンプルＳＳの値を含めて、周期的に更新される（図２の公差範囲ＴＨ’及びＴＨの存在を参照されたい）。

いくつかの非限定的な場合では、公差範囲ＴＨは検出された最新の複数のサンプルＳＳの値のみに基づいて更新される。

他の非限定的な場合では、公差範囲ＴＨは、検出された最新の複数のサンプルＳＳの値と、検出された以前の複数のサンプルＳＳの一部（又は全部）の値との両方に基づいて更新される。

いくつかの好ましい非限定的な実施形態によれば、本方法は既知の異常に起因する複数の統計的特徴ＳＴＦ、ＳＴＦ'（例えば、上に列挙された統計的特徴のいくつか）をインプットとして使用して、教師なしグループ化手段、特にＫ平均アルゴリズムによって、自動機械のモデルをトレーニングするさらなるステップを含む。

いくつかの非限定的な場合によれば、異常値のマトリックスＭＡは複数のグループＧＲを備え、その各々は自動機械１の異なる機械的構成要素、又は同様の構造的特徴を有する機械的構成要素（又はグループ１０）の状態に対応する。

図２の非限定的な実施形態では、グループＧＲが可能な既知の異常状態の間に処理され、シミュレートされ、又は経験的に試験されて、統計的特徴ＳＴＦ、ＳＴＦ'（又は先に列挙された統計的特徴のいくつか）が実際の状態ＡＣの異常値のマトリックスＡＭ上の偏差をどのように決定するかを理解するために示される。特に、異常Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３は、特定の機械グループ１０における遊びの摩擦を変化させる（増加／減少させる）ことによって、及びそれぞれの駆動装置によって検出されたトルク誤差（指標ＭＭ）に基づいて統計的特徴ＳＴＦ、ＳＴＦ’を計算することによって決定された。一方、異常Ｆ４は、同じ機械グループ１０におけるクリアランスの増加をシミュレートすることによって生成された。これらの最初の４つの異常では、特徴ＳＴＦ（この場合、尖度）に関する変動が明らかである。更に、異常Ｆ５及びＦ６は、前述の機械グループ１０上の外部からの既知のトルク外乱をシミュレートすることによって生成された。更に、異常Ｆ７及びＦ８は、異なる質量を有するグループ１０の重み付けを示す。最後に、実際の状態ＡＣのクラウドＨＳは、湿度、温度、いくらかの摩擦などの周囲の状態を無視する（仮想研究室からの）正しい動作のシミュレーションを示す。これらの状態及び他の全ての既知の潜在的異常は自動機械１のモデルを精緻化し、異なるタイプの可能な異常を効率的に検出するように定義された異なる統計的特徴ＳＴＦ（例えば、前に列挙された統計的特徴のいくつか）の関数として複数の異常値のマトリックスＡＭを定義するために使用され得る。

他の非限定的な場合によれば、又はそれに加えて、各機械的構成要素について、又は各グループについて、統計的特徴ＳＴＦを有する特定の異常値のマトリックスＡＭは、特定の構成要素又はグループ１０についての所望の値からの偏差を最良に検出する次元として定義される。

自動機械１のモデルは検出された最新の複数のサンプルＳＳを含むように周期的に更新されることが有利であるが、必ずしもそう必要はない。特に、モデルは、異常値のマトリックスＡＭ上の異常領域ＤＡを定義する予期しない異常（又は予期しない異常）の場合にも更新される（図２）。

有利にはしかし必ずしもそうではないが、本方法は異常値のマトリックスＡＭ内で連続する実際の状態ＡＣが移動する速度、特に、最新の実際の状態が公差範囲ＴＨに向かって移動する速度を計算するさらなるステップを含む。前記速度が高いほど、より迅速な予防保守を行う必要がある。

必須ではないが有利には、本方法が異常値のマップＡＭ内の最新の実際の状態ＡＣの位置又は速度に基づいて、保守プログラム９を定期的にスケジューリングするさらなるステップを含む。特に、保守プログラム９は、通信インターフェース８（ＨＭＩに加えて、ＰＣ、タブレット、又はスマートフォンなどのモバイルデバイスとすることができる）を介して保守リソース（操作者Ｏ）に送信される。

いくつかの好ましい非限定的な実施形態によれば、本方法は保守プログラム９に更新された保守リソースを、例えば、図１に示されている操作者Ｏに周期に送信（及び送信周波数以下の周波数で更新）するステップを更に含み、この操作者は、保守プログラム９に詳述されている（周期である）スケジュールで確立された順序で予防保守操作を実行する。

必ずしも必要ではないが、有利にはモータリゼーション指標ＭＭは、モータによって供給されるトルク／電流、及び／又はモータ追従誤差、及び／又は負荷割合、及び／又はＲＭＳ、及び／又はトルク誤差を有する。これら全てのモータリゼーション指標ＭＭは、特に電気駆動装置３内のオシロスコープによって検出される。

必ずしも必要ではないが有利には、これまで説明した方法が自動機械１に局所的に、すなわち、分散データ共有システム（クラウド）を使用する必要なしに、及び／又は必要なインターネット接続なしに、適用することができる。

図３の非限定的な実施形態では、方法のいくつかの一般的なステップ間の可能な接続が示されている。特に、この非限定的な実施形態では、１つ以上の電気駆動装置３及び／又は１つ以上のローカル取得ユニットが、一連の記録及び検出された複数のサンプルＳＳを送信し、同期信号ＭＳを周期的に（同期周波数で）受信するとき、データ処理ユニット５と双方向に通信する。データ処理ユニット５内に、２つの別個のサブステップ２０及び３０が設けられる。ステップ２０において、データ処理ユニット５は、データベースＤＢへのデータの搬送を処理する。特に、ブロック２１において、受信したサンプルＳＳが収集され、ブロック２２において、受信したサンプルＳＳは、同期信号ＭＳを使用してそれらを同期させるように前処理される。続いて、ブロック２３において、任意の異常の存在を評価するために必要な統計的特徴ＳＴＦが抽出（処理／計算）される。抽出された統計的特徴ＳＴＦ（すなわち、異常値のマトリックスＡＭ内の実際の状態ＡＣ）は、その後、データベースＤＢに（特に、矢印１９によって示されるように、一方向に）記憶される。しかし、ステップ３０において、データ処理ユニット５は、異常の検出を処理する。ブロック３１において、実際の状態ＡＣ（例えば、図２に示されるもの）のクラウドは（中心Ｃに続く）公差範囲ＴＨを決定し、危険な状態ＤＣのあり得る存在を検証することによって、（特に、Ｋ平均アルゴリズム又は任意の種類の教師なしグループ化手段によって）グループ化される。何れの場合も、受信された情報のクループ分けに続いて、ブロック３２において、自動機械１のモデルにおいてちょうど分類された情報を含むデータベースのトレーニングが実行される。この場合、通信１８は、分類データがデータベースＤＢから受信され、トレーニング中に前記データが同じものに送信されるので、双方向である。データベースＤＢと通信インターフェース８との間の通信１７も双方向であり、保守リソースは保守プログラム９を受信することに加えて、実行される任意の保守を通信することができ、データ処理ユニット５が前記プログラム９を更新することを可能にする。

図４及び図５の非限定的な実施形態では、正しい動作状態と異常な動作状態（したがって、保守予測を決定する）との比較が示されている。特に、図４は正しい動作状態のトルク誤差（ｅＮｍ）の経時的な値Ｓ１を示し、一方、値Ｓ２は、異常な動作状態のトルク誤差（ｅＮｍ）の経時的な値を示す。上述の方法を使用して、異常値のマトリックスＡＭ内で状態ＡＣの偏差（すなわち、サンプルＳＳの関数として計算された特徴ＳＴＦ、ＳＴＦ’）を決定するとき、異常を検出することが可能である。既知の技術の解決策では、このタイプの異常（信号の若干の不正確さ及び神経質さを伴う、本質的に正しい状態の傾向に従う）を検出することは困難であった。特に、図５はモータリゼーション指標ＭＭに関する複数の統計的特徴ＳＴＦ（例えば、上に列挙されたタイプの）の傾向を示し、グラフの左部分（すなわち、４０～５１の特徴）は正しい動作状態を示し、一方、グラフの右部分（すなわち、４０’～５１’の特徴）は、異常動作状態を示す。これまでに述べた手法を用いると、実際の状態ＡＣが、異常値のマトリックスＡＭの正しいゾーンにある場合や、異常ゾーンにある場合に、データ処理ユニット５は、多次元的な評価（単一の値の偏りが必ずしも異常を引き起こさない）によって決定できるように、自動機械１のモデルをトレーニングすることができる。

自動機械１は上述の方法を実行するように構成されることが有利であるが、必ずしもそうである必要はない。

図１に示される好ましい非限定的な実施形態では、自動機械１によって処理されるタバコ産業の商品が紙巻きタバコのパケット２である。図示されていない異なる実施形態によれば、自動機械１は異なるタイプのもの（例えば、包装機械、セロハン包装機械、又は包装機械、食品機械、衛生吸収性商品用の機械など）であり、したがって、商品は、シガレット、フィルタピース、タバコパケット、葉巻、おむつ、チョコレートなどである。

上記の本発明は非常に正確な実施形態に特に言及しているが、当業者に明白である全ての変形、修正、又は単純化は例えば、さらなるアクチュエータの追加、包装機械以外のタバコ産業の別のタイプの機械での使用、記載されたもの以外の異常（しかし、何れの場合も、製造に影響を及ぼし、いわゆる「警告」を引き起こす可能性がある）、記載されたもの以外の異なるデータ伝送システム又は装置、アルゴリズム、記載されたもの以外の統計的特徴などの、その範囲内に入るので、本実施形態に限定されると見なされるべきではない。

本発明は複数の利点を有する。

第１に、それはそれが適用される自動機械の効率を増加させることを可能にし、それはそれが決定する異常の予測性が時間に関して予期せぬ、かつ最適化されていない中断の数を劇的に減少させることを可能にする（例えば、相対的な予備部品を既に利用可能にすることなく、構成要素の破損など）。これは全て、生産再開時間の著しい減少を伴い、その結果、自動機械の製造性を増加する。

更に、これらの時間の短縮は明らかに、予定された保守に起因するコストの比例的縮小を可能にし、これは、（構成要素の平均摩耗を推定し、明らかな異常の兆候がなくてもそれを交換することによって）あるタイプの予測保守が実行される場合とは異なり、実際の必要性の場合にのみ構成要素を交換することを可能にし、その結果、必ずしも必要でない予備部品を在庫する必要がないか、又は、実際の必要性を如何なる場合にも判断することができ、コストを節約する。

また、本発明は同期信号と、サンプリング周波数と送信周波数との差分とにより、非常に高い周波数のサンプリングを行うことができ、必ずしもリアルタイムでデータ処理部に送信する必要のないデータ量を効果的に管理することができる。更に、本発明は、装置のモデルを更新することによって、新しい公差を周期的に再計算する自動装置の知識及び適応性を連続的に改善することを可能にする。

本発明のさらなる利点は、単一の値を個別に監視することによって検出することができないであろう異常も考慮することを可能にする多次元制御を規定するという事実にある。更に、本発明は、更に、本発明は、機械に搭載された部品（例えば駆動装置など）により既に検出された内容を利用することができるため、少なくとも部分的には、予測保守を行うために必要な適切なセンサを追加する必要がないことも、コストの削減を決定付けている。

最後に、上述の方法を連続的に実施することによって、通常は突然の故障による未完成の処理サイクルに起因する廃棄される半製品の数を減らす（又は取り消す）ために、自動機の予測保守を実行することが可能である。その結果、経済的、環境的観点から、生産性が更に向上し、廃棄物が大幅に削減される。

Claims

消費者向け製品を製造又は包装するための自動機械（１）の予測保守のための方法であって、
少なくとも１つのローカル制御ユニット（３、１１）によって、少なくとも１つの電気アクチュエータ（４）の少なくとも１つのモータリゼーション指標（ＭＭ）に関する少なくとも複数のサンプル（ＳＳ）を、周期的に、かつサンプリング周波数（ＳＦ）で検出し、かつ記録するステップと、
周期的に、かつ前記サンプリング周波数（ＳＦ）に等しいか、又はそれより低い送信周波数（ＴＦ）で、記録された前記複数のサンプル（ＳＳ）をデータ処理ユニット（５）に送信するステップと、
検出された少なくとも一組の複数のサンプル（ＳＳ）に基づき、かつ検出された少なくともモータリゼーション指標（ＭＭ）に対して、少なくとも２つの統計的特徴（ＳＴＦ）を次元として有する異常値のマトリックス（ＡＭ）内で、少なくとも１つの多次元公差範囲（ＴＨ）を規定するステップと、
検出された各組の複数のサンプル（ＳＳ）について、前記異常値のマトリックス（ＡＭ）内で実際の状態（ＡＣ）の位置を規定するための少なくとも２つの統計的特徴（ＳＴＦ）を計算するステップと、
前記異常値のマトリックス（ＡＭ）及び前記多次元公差範囲（ＴＨ）における前記実際の状態（ＡＣ）の位置に基づいて、必要な保守の切迫性を決定するステップと、を有し、
前記モータリゼーション指標（ＭＭ）は、特に、各々の駆動装置によって検出された、電気モータの速度誤差である、方法。
記録中に、各々の制御ユニット（３、１１）は、同期周波数（ＳＦＣ）において、前記複数のサンプル（ＳＳ）の記録に含まれるべき同期信号を受信し、特に、前記同期信号は全ての「ｎ」個のサンプル（ＳＳ）に含まれ、特に、前記同期周波数（ＳＦＣ）は前記サンプリング周波数（ＳＦ）よりも低いが、前記送信周波数（ＴＦ）よりも高い、請求項１に記載の方法。
前記同期信号は前記自動機械（１）の物理的又は仮想的な主軸の位置である、請求項２に記載の方法。
前記同期信号を基準として使用して、前記データ処理ユニット（５）に送信された前記複数のサンプル（ＳＳ）を同期させるステップを更に有し、どのサンプルが前記自動機械（１）の所与の時刻又は所与の時間位相に対応するかを理解する、請求項２又は３に記載の方法。
また、一組の記録された複数のサンプル（ＳＳ）は、前記自動機械（１）に搭載された１つ以上の装置の状態に関するローカル状態指標（ＬＳＭ）に関し、特に、前記ローカル状態指標（ＬＳＭ）は、双方向、デジタル、及びローカル産業ネットワークのノードに接続された少なくとも１つのローカル取得ユニット（７）によって検出される、請求項１～４の何れか一項に記載の方法。
前記ローカル状態指標（ＬＳＭ）は、特に、いくつかの次元で検出される振動、及び／又は温度及び／又は加速度を含む、請求項５に記載の方法。
前記サンプリング周波数（ＳＦ）は、２ｋＨｚ以上、特に４ｋＨｚ以上である、請求項１～６の何れか一項に記載の方法。
前記送信周波数（ＴＦ）は、０．２Ｈｚ以下、特に０．１Ｈｚ以下である、請求項１～７の何れか一項に記載の方法。
前記多次元公差範囲（ＴＨ）は、教師なしグループ化手段、特にＫ平均アルゴリズムを介して規定され、前記多次元公差範囲（ＴＨ）は、非線形形状、特に楕円形又は円形を有するように構成され、特に、前記多次元公差範囲（ＴＨ）は、検出された最新の複数のサンプル（ＳＳ）の値を含めて周期的に更新される、請求項１～８の何れか一項に記載の方法。
既知の異常に起因する複数の統計的特徴（ＳＴＦ）を入力として使用する、教師なしグループ化手段、特にＫ平均アルゴリズムによって、前記自動機械（１）のモデルをトレーニングするステップを更に含み、特に、前記モデルは、検出された最新の複数のサンプル（ＳＳ）の値を含めて周期的に更新され、特に、前記モデルは、予期しない故障の場合に更新される、前記異常値のマトリックス（ＡＭ）における異常の領域を規定する、請求項１～９の何れか一項に記載の方法。
連続する実際の状態（ＡＣ）が、前記異常値のマトリックス（ＡＭ）内で移動する速度、特に最新の実際の状態（ＡＣ）が前記多次元公差範囲（ＴＨ）に向かって移動する速度を計算するステップを更に含む、請求項１～１０の何れか一項に記載の方法。
前記異常値のマトリックス（ＡＭ）内で最新の実際の状態（ＡＣ）の位置又は速度に基づいて、保守プログラム（９）を定期的にスケジューリングするステップを更に含む、請求項１～１１の何れか一項に記載の方法。
更新された前記保守プログラム（９）を保守リソースに定期的に送信するステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
前記異常値のマトリックス（ＡＭ）は複数のグループを含み、前記グループの各々は前記自動機械（１）の異なる機械的要素又は同様の構造的特徴を有する機械的要素の状態に対応し、特に、多次元公差範囲（ＴＨ）は各グループに対して定義される、請求項１～１３の何れか一項に記載の方法。
前記モータリゼーション指標（ＭＭ）は、モータによって供給されるトルク／電流及び／又はモータ追従誤差及び／又は負荷率及び／又はＲＭＳ値を有する、請求項１～１４の何れか一項に記載の方法。
消費者向け製品の製造用又は包装用の自動機械（１）であって、
少なくとも１つの電気アクチュエータ（４）を制御し、少なくとも１つの電気アクチュエータ（４）の少なくとも１つのモータリゼーション指標（ＭＭ）に関する複数のサンプル（ＳＳ）をサンプリング周波数（ＳＦ）で周期的に検出し、かつ記録するように構成された１つ以上の電気駆動装置（３）と、
前記サンプリング周波数（ＳＦ）に等しいか、又はそれより低い送信周波数（ＴＦ）で、前記サンプリング周波数（ＳＦ）で記録された複数のサンプル（ＳＳ）を周期的に受信するように構成されたデータ処理ユニット（５）と、
少なくとも１つの検出されたモータリゼーション指標（ＭＭ）に基づく少なくとも２つの統計的特徴（ＳＴＦ）を有する異常値のマトリックス（ＡＭ）を含むように構成されたローカル記憶ユニット（６）と、を備え、
前記自動機械（１）は、請求項１～１５の何れか一項に記載の方法を実行するように構成されている、自動機械（１）。
双方向、デジタル、及びローカル産業ネットワークのノードに接続された少なくとも１つのローカル取得ユニット（７）を備え、特に、前記自動機械（１）は前記データ処理ユニット（５）に接続され、保守プログラム（９）を保守リソースに送信するように構成された通信インターフェース（８）も備え、特に、前記少なくとも１つのローカル取得ユニット（７）はスマートタグ及び／又はＩｏＴセンサを備え、特に、前記電気駆動装置（３）はそれらが接続された機械制御キャビネット又はそれぞれの電気アクチュエータ（４）に搭載され、特に、前記自動機械（１）は、各々が前記自動機械（１）に搭載された異なる機械グループに搭載された複数のローカル取得ユニット（７）を備える、請求項１６に記載の自動機械（１）。