Einführung eines vereinheitlichten Auswertesystems in einem weitgefächerten Prüffeldbereich in der Automobilindustrie mit NI DIAdem

Author(s):
Dietmar Groh - measX GmbH & Co. KG

Industry:
Automotive

Products:
LabVIEW, DIAdem

The Challenge:
Messdatenerzeugung und -auswertung unterschiedlichster Prüfstände in der Automobilindustrie

The Solution:
Datenauswertung mithilfe eines auf DIAdem aufbauenden Auswertesystems namens MAGELLAN

Die Ausgangssituation

Bei einem großen Automobilhersteller existieren allein im Bereich der Motorenentwicklung für Personenkraftwagen eine Anzahl eine nicht unbedeutende Anzahl von Motor- und verschiedenen Motor-Komponenten-Prüfständen. Diese Prüfstände werden zur Entwicklung neuer bzw. Optimierung bestehender Motoren bzw. Motorkomponenten, wie Katalysatoren für Benzin- und Dieselmotoren, Abgas-Sensoren (CO, NOx, ..), Lambda-Sonden, Kühlsysteme u. v. m. eingesetzt. Es werden aber auch Prüfstände für weitere Aggregate im Antriebssystem, wie Getriebe, Rollenprüfstände, Reibleistungsprüfstände und einiges mehr betrieben.

Die unterschiedlichen Prüfstände wurden unabhängig voneinander geplant, gebaut und betrieben. Dies hat dazu geführt, dass in jedem Prüfstandsbereich unterschiedliche Mechanismen zur Erfassung aber auch zur Auswertung der Messdaten realisiert wurden. Die Messdatenerzeugung in den Prüfständen erfolgt dabei teilweise unter Verwendung von LabVIEW, DIAdem oder anderer Systeme, die ihre Ergebnisse vorzugsweise im Format von DIAdem-Dateien oder ATF-Datenfiles schreiben (ATF - ASAM_Transport-Format/ ASAM - Arbeitskreis zur Standardisierung und Automatisierung von Meßsystemen; www.asam.de), eigene Datei-Formate verwenden oder ihre Ergebnisdaten direkt in Datenbanksystemen ablegen.

Obgleich jeder der Prüfstände in durchdachter Weise seine Aufgaben erfüllt, kam mit der immer besseren Verfügbarkeit von Datenbanksystemen und auch durch Planungen zu Modernisierungen der Prüfstände der Gedanke, die Messdaten generell auf Datenbanken zu portieren. Im Zuge dieser Tätigkeiten wurde auch eine Standardisierung der Auswertewerkzeuge angedacht. Diese Überlegungen führten u. a. zu dem Ergebnis, dass die unterschiedlich erzeugten Messdaten der diversen Prüfstände schlussendlich in ASAM-Datenbanken abgelegt werden. Die Strukturen der diversen Datenbanken sind natürlich den jeweiligen Anforderungen der Prüfstände angepasst.

Eine erste Begutachtung der am Prüfstand durchgeführten Versuche erfolgt in der Regel direkt vor Ort am Prüfstand. Zum Beispiel wurde im Vorfeld bei den Prüfständen der Motor-Sensoren ein speziell um DIAdem programmiertes Auswertewerkzeug zu diesem Zweck eingesetzt. Dieses System war so ausgelegt, dass die DIAdem-Files, die der Prüfstand erzeugt, ausgewertet werden können. Wird das Ergebnis der Messung als "In Ordnung" eingestuft, werden die zunächst als DIAdem-Daten-Dateien vorliegenden Messergebnisse in die entsprechende ASAM-Datenbank eingelagert.

Nun stehen diese Daten für eine sogenannte "Büroauswertung" zur Verfügung. Das heißt, dass die entsprechenden Messungen zeitlich und räumlich unabhängig, zumeist von einem anderen Personenkreis als am Prüfstand, zu entwicklungsbegleitenden Auswertungen herangezogen werden. Das in der Vergangenheit speziell für die Prüfstandsauswertung programmierte Auswertewerkzeug könnte für diese Auswertungen nicht ohne Anpassungen eingesetzt werden. Als Lösungsansatz für die Büroauswertung wurde nicht dieses System gewählt.

Der Lösungsansatz

Für die Büro-Auswertungen wurde 1999 erstmals der auf DIAdem aufbauende Prototyp der heutigen X-Frame Plattform eingesetzt. Dieser ermöglicht es, auf dem Datenbestand der ASAM-Datenbanken zu navigieren und Auswertungen durchzuführen, als ob sie direkt am Prüfstand ausgewertet worden seien. Die X-Frame-Applikation führt die interne Bezeichnung MAGELLAN. Der Name des portugiesischen Seefahrers mag unterstreichen, dass die Navigation im Meer der Messdaten zum erfolgreichen Erreichen neuer (Entwicklungs-)Ziele sowie zur Entdeckung unbekannter Gestade von außerordentlicher Bedeutung ist. Daher besitzt der Datennavigator mit seinen umfangreichen Filter- und Suchfunktionen als Werkzeug zum Auffinden der gewünschten Auswertedaten eine zentrale Rolle im MAGELLAN-System.

Sehr schnell nach Einführung des Systems für die Büroauswertung stellte sich die Frage, warum eigentlich für die Prüfstandsauswertung und Büroauswertung unterschiedliche Auswertesysteme eingesetzt werden müssen. Sicherlich - die Datenquellen sind komplett unterschiedlich und die Aufgabenstellung und auch Herangehensweise der jeweiligen Anwender an die Messdaten (Suchkriterien im Datenmeer) ist sehr verschieden. So wird eine Messung am Prüfstand üblicherweise einem Messauftrag untergliedert in verschiedenen Versuchen jeweils unterschiedlicher Mess/Versuchsarten zugeordnet. Bei dieser Sichtweise auf die Datenbestände liegen Messungen mehrere unterschiedlicher Prüflinge im Navigationsbaum nebeneinander. Später interessieren sich die Auswerter für Informationen, die bestimmte Prüflingstypen und spezielle Prüflinge bei verschiedenen Messsituationen liefern.

Das MAGELLAN-System erlaubt es nun, dass der jeweilige Nutzer in "seinen" Daten so aufbereitet navigieren kann, wie es seiner "Denkweise" entspricht. So ist der Navigationsbaum für den Prüfstandsauswerter in der Hierarchie: Mess-Auftrag, Versuch, Messart (= Gruppe gleichartiger Messungen), Messung und für die Auswerter von bestimmten Prüflingen in der Hierarchie: Prüflingstyp, Prüfling, Messung aufgebaut.Um unabhängig von der Art der Datenquelle sein zu können, wurde das System derart erweitert, dass nun auch auf Daten in DIAdem-Dateien oder ATF-Dateien navigiert werden kann, als wäre es eine Datenbank. Die Bedienoberfläche ist dabei weitgehend gleich.

Motivation für die Einführung eines neuen einheitlichen Auswertesystems

Der erste große Schritt war geschafft: Ein einheitliches Auswertesystem für Prüfstand- und Büroauswertung für eine einzelne Anwendergruppe war vorhanden. Wie aber sollte die Hürde genommen werden, einen Standard für die unterschiedlichsten Auswerteaufgaben zu definieren? Die Aussage der Anwender schien eindeutig: "Meine Auswertungen sind so speziell, das kann kein Anderer brauchen und das bringt auch keinem Anderen Nutzen". Jeder Anwender ist der Meinung, dass seine Art, Messdaten Auszuwerten einzigartig ist. Zumal ja alle Anderen gar nicht verstehen, was man denn bei genau seinem Prüfstand tut und somit nicht mitreden können.

Eine Analyse der Anforderungsprofile zeigt jedoch sehr deutlich, dass es erhebliche Überdeckungsgrade bei den verschiedenen Anwendergruppen gibt. Eine Grundaufgabe war bereits gelöst: Auf unterschiedlichen Datenquellen können die Messdaten auf gleiche Bedienweise gesucht und gefunden werden. Bei den Anforderungen um die sehr speziellen Auswertungen herum zeigte sich, dass es eher eine Frage der Funktions-Auswahl gibt als die Anforderung, bestimmte Funktionen unterschiedlich auszuführen.

Dennoch blieb die Zielsetzung für einen Standard bestehen, eine Kostenreduzierung bei Betrieb und Weiterentwicklung des angedachten Auswertesystems zu erreichen. Die Anforderungen machten den Lösungsansatz naheliegend: ein allgemein, modular aufgebautes Auswertesystem muss prüfstandspezifisch in Hinblick auf Auswertung und Peripheriefunktionen (Konfigurationen, Ausgabe-, Export- Funktionen,...) angepasst werden können - und das ohne viel zu programmieren.

Die Lösung: MAGELLAN

Das als MAGELLAN-Projekt realisierte Komponenten-Versuchsdaten Auswertesystem stellt eine Anwendung des modular aufgebauten, DIAdem-basierten X-Frame-Baukastensystems zur optimierten Realisierung von Mess-/Versuchsdaten-Auswertesystemen dar. Durch Zuordnung der entsprechenden Datenquelle (DIAdem-Files oder Datenbank) wird automatisch von Prüfstands- auf Büro-Auswertung umgeschaltet. Dabei ist es unerheblich, ob die Messdaten von DIAdem selbst, LabVIEW oder einem anderen System erzeugt wurden. Es ist sogar möglich, Messungen aus der Datenbank mit Messungen am Prüfstand (Dateien) direkt vergleichenden Auswertungen zuzuführen.
Für eine Auswertung werden nach dem Bestimmen der Daten (prüfstandsspezifisch anpassbare) Auswertemethoden festgelegt. Dabei wird auch die Art der Ergebnisdarstellung (Layout) gewählt. Mehr ist nicht erforderlich.

Sehr hilfreich für die Anwender und Betreuer des Systems ist, dass die Bedienoberfläche und -philosophie für alle unterschiedlichen Prüfstandsgruppen, die jeweils als MAGELLAN-Projekt realisiert sind, innerhalb des Systems gleich ist.

Auswertung

Der bereits erwähnten Auswahl der Daten folgt die Entscheidung über Auswertemethode und Präsentationsform. Das Spektrum reicht von einfachen tabellarischen Listen bis hin zu komplexen 2D-Diagrammen und Kennfeldern. Dabei können Messreihen beliebig mit beschreibenden Informationen aus den Datensätzen, wie Anwender-Name, Name der Datenquelle(n) etc., kombiniert werden. Sowohl mathematische Operationen als auch statistische Auswertungen werden direkt bei der Gestaltung des Layouts hinterlegt.

Darüber hinaus können bestimmte Methoden bzw. Layouts an spezielle Messdaten-Eigenschaften gekoppelt werden. In der Praxis heißt das: die Auswahl von Daten genügt, und das System sucht sich die als Standard definierte Auswerte- und Darstellungsmethode selber. So muss nach Datenauswahl nur noch "Start" gedrückt werden. MAGELLAN kümmert sich um den Rest - Das Ergebnis kommt dann wie gewünscht auf den Bildschirm.

Es stehen viele weitere praktische Funktionsblöcke zur Verfügung. Hier sei als Beispiel nur noch die automatische Anpassung der Kurven-Skalierung gemäß projektabhängiger Stufungen erwähnt. Besondere "Spezialfunktionen" können prüfstandspezifisch an fast beliebiger Stelle in das System integriert werden, ohne den Standard zu beeinträchtigen.

Erste Erfahrungen nach der Einführung des Systems

Somit ist es mit Hilfe von DIAdem, X-Frame und der ASAM-Plattform gelungen, tatsächlich einen Auswerte-Standard in einem weitgefächerten Bereich von Einzelprüfständen zu schaffen. Zur Zeit wird der oben beschriebene Bereich von Prüfstandsgruppen ständig erweitert. Die Umstellung weiterer bereits vorhandener Auswertesysteme auf den Standard MAGELLAN sind geplant bzw. bereits in Arbeit.

Erfreulicherweise zeigte sich, dass die erwartete Skepsis von Anwendern, die bereits ein gut funktionierendes Auswertesystem einsetzten und dann auf das neue MAGELLAN-System wechselten, geringer als erwartet ausfiel. Die Anwender haben sehr schnell das neue Werkzeug angenommen, da es für fast jeden auch deutliche Vorteile mitbrachte.

Ein weiterer von Anwendern genannter Vorteil des modular aufgebauten Systems ist, dass es allgemeine Erweiterungen des Basissystems gibt, die allen Anwendern zu Gute kommen. Dabei ist nicht erforderlich, dass jeder einzelne eine Weiterentwicklung beauftragt, wie es bei einem "Spezialsystem" in jedem Fall erforderlich wäre. Als Beispiel seien hier die Ausgabefunktionen für Excel oder die direkte Erzeugung von PowerPoint-Präsentationen aus dem MAGELLAN-System heraus genannt.

Kurz nach Einführung des Systems zur Komponenten-Versuchsdaten-Auswertung wurde das System im Bereich Federn/Elastomere und dann auch bei der Datenauswertung von Tests mit Dieseleinspritzpumpen eingesetzt. Die Zahl der angemeldeten User des MAGALLEN-Systems hat die 200 bereits weit überschritten. Das System wird von weiteren Anwendern über "Fernabfragemethoden" genutzt, was die Zahl der Nutzer noch deutlich steigert.

Zusammenfassung / Ausblick

Aus heutiger Sicht hat sich gezeigt, dass das stufenweise Vorgehen bei der Entwicklung und Einführung des modularen Auswertesystems MAGELLAN der beste erfolgsichernde Weg war. Der Prototyp des Systems wurde zunächst bei einer Anwendergruppe eingesetzt, die noch kein Auswertewerkzeug dieser Komfortstufe hatten. Erst danach wurde das System schrittweise in Bereichen eingeführt, wo bereits (gut) funktionierende Systeme zu ersetzten waren. Durch diese Vorgehensweise konnte eine optimale Akzeptanz in allen Bereichen erzielt werden.

Die Einführung des Systems ist zum heutigen Tage noch lange nicht abgeschlossen. Der Anwenderkreis für das System wächst quasi täglich. Die Erweiterung des Systems erfolgt in einfachen bis mittleren Anforderungsbereichen durch den Kunden selbst und in komplizierteren Fällen mit Unterstützung durch measX.

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Dietmar Groh
measX GmbH & Co. KG
Mönchengladbach DE

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