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沒人想在開車時聽到自己的座駕發(fā)出爆裂聲、刮擦聲、 卡嗒卡嗒聲或嗡嗡聲。但如何客觀量化和測量噪聲主觀感知？蒂森克虜伯普利斯坦（thyssenkrupp Presta）通過在汽車下線檢測期間（終檢線）測量結(jié)構(gòu)噪聲的方式來測試這一點(diǎn)，Joachim Sutterlüty，Karsten Mauersberger，Michael Sauerwein 和 Julius Ellmann 用 ELM 系列高端測量端子模塊和 TwinCAT Scope 代替了之前的外置電子元器件。這個新方案不僅能夠為蒂森節(jié)省大量的工程工作和時間，還能夠節(jié)省很多資金。
基于 PC 的控制技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)“以無形品質(zhì)鑄就卓越口碑”
thyssenkrupp Presta （蒂森）在進(jìn)行汽車下線檢測時，也會在試驗臺中對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用壽命中的幾個重要方面進(jìn)行測試。除了測試轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種功能之外，還要測試其產(chǎn)生的噪音。“噪聲聲學(xué)測試可確保駕駛員駕駛車輛時不會感覺到任何惱人的噪音。”thyssenkrupp Presta 自動化主管 Joachim Sutterlüty 解釋道。thyssenkrupp Presta 卓越聲學(xué)中心專家們的主要工作就是將這些噪聲感知轉(zhuǎn)化為可測量的數(shù)值。他們與客戶一起，從樣機(jī)和試品系列的開發(fā)階段就開始分析和定義噪聲特點(diǎn)，并以客觀的方式測量主觀聲學(xué)特性。噪聲分布圖及其允許限值隨后構(gòu)成在生產(chǎn)中測量結(jié)構(gòu)噪聲的基礎(chǔ)。
通過 EtherCAT 測量端子模塊和基于 PC 的控制技術(shù)，基于 PC 的控制器以與測試順序同步的方式采集和記錄 IEPE 傳感器的高頻信號
如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的噪聲頻譜超出此數(shù)值范圍，它就會從試驗臺返回到返工臺，使用測量出的結(jié)構(gòu)聲頻譜確定是返工還是拆卸部件。Joachim Sutterlüty 說道：“通過我們的傳感器，再加上倍福的測量端子模塊和基于 PC 的控制技術(shù)，我們可以非常精確地評估噪聲，工人可以根據(jù)顯示的頻譜準(zhǔn)確地縮小噪聲問題的范圍。”
結(jié)構(gòu)聲是一個復(fù)雜的問題
在開發(fā)這種類型的噪聲分布圖之前，需要對樣機(jī)進(jìn)行大量測試。因此，thyssenkrupp Presta 在用于設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)聲學(xué)結(jié)構(gòu)的樣機(jī)車間有大量的試驗臺已投入使用。全自動裝配車間內(nèi)必須遵守這些聲學(xué)設(shè)計要求。“由于開發(fā)過程總是會存在一些未知變數(shù)，修修改改是常有的事，因此我們需要非常高的靈活性。”Joachim Sutterlüty 說道。這也是為什么 Presta 完全自主設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了所有試驗臺的自動化，只購買一些機(jī)械部件和電氣元件。對于后者，這家汽車零部件供應(yīng)商 20 年來一直采用的都是倍福控制組件。公司目前還采用 EtherCAT 高端測量端子模塊 ELM3604 和 TwinCAT Scope 采集測量數(shù)據(jù)。
高端測量端子模塊替代獨(dú)立系統(tǒng)
thyssenkrupp Presta 以前使用的方案基于外置的聲學(xué)測試系統(tǒng)，這就需要為實(shí)際的試驗臺控制系統(tǒng)提供復(fù)雜的接口和信號分配器。電氣工程師 Michael Sauerwein 解釋道：“僅這一臺設(shè)備就需要一個單獨(dú)的控制柜，并且在調(diào)試過程中也容易反復(fù)出現(xiàn)問題，比如復(fù)雜的 EMC 屏蔽、雙重校驗和接線錯誤。”還需要額外考慮項目規(guī)劃、配置和編程單獨(dú)的系統(tǒng)。有了基于 PC 的控制技術(shù)、EtherCAT 和高端測量端子模塊，就不再需要使用這些接口，因此能夠顯著減少復(fù)雜性并降低成本，同時提升靈活性，節(jié)約時間。“粗略地說，每個測試模塊可以節(jié)省約 5% 的投資成本。”Joachim Sutterlüty 說道。
向器生產(chǎn)設(shè)計和自動化試驗臺：聲學(xué)專家 Julius Ellmann、電氣工程師 Michael Sauerwein 和軟件專家 Karsten Mauersberger。在兩者之間（左二）：瑞士倍福分公司銷售工程師 Maurus Kaelin
解決軟件接口的瓶頸問題
轉(zhuǎn)換的成功在很大程度上要?dú)w功于基于 PC 的控制技術(shù)的靈活性和開放性。TwinCAT 被成功集成到第三方評估軟件中就很好地證實(shí)了這一點(diǎn)。Joachim Sutterlüty 不愿意也不可能放棄之前制造商提供的評估軟件，因為各個部門都在使用該軟件。“但倍福的 TwinCAT Scope API 是一個性能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)讀出接口。”倍福銷售工程師 Maurus Kaelin 說道。然而，評估軟件的接口變成了瓶頸。“我們必須優(yōu)化軟件接口，才能夠快速接收和分析數(shù)據(jù)包。”試驗臺軟件開發(fā)負(fù)責(zé)人 Karsten Mauersberger 回憶道。
TwinCAT 產(chǎn)品經(jīng)理 Pascal Dresselhaus 帶著他的 Scope 開發(fā)團(tuán)隊，與 thyssenkrupp Presta 和評估軟件供應(yīng)商合作，最大限度地提高了應(yīng)用性能。“Joachim Sutterlüty 以及他的團(tuán)隊提出他們需要強(qiáng)大、先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集接口。”Pascal Dresselhaus 回憶道。很多 TwinCAT 用戶只知道 TwinCAT Scope 集成在 Microsoft Visual Studio 中，用于分析測量數(shù)據(jù)和調(diào)試設(shè)備。但除了位于 TwinCAT 開發(fā)環(huán)境中的前端之外，還有一個用于 TwinCAT Scope（TE1300）的應(yīng)用程序編程接口（API）。尤其是在 .NET 環(huán)境下，它可以用來將 Scope View 的圖表作為控件集成到用戶自己的可視化系統(tǒng)中。這樣即可完成所有圖表繪制工作，包括帶 Scope Server 的后端。很多 Scope 功能可以根據(jù)需求定制化地使用，因此在某些情況下，用戶甚至可能無法發(fā)現(xiàn)倍福的 TwinCAT Scope 發(fā)揮了作用。
但在這個案例中，API 并沒有常規(guī)用于可視化顯示，而是用于轉(zhuǎn)發(fā) ELM3604 端子模塊中記錄的測量數(shù)據(jù)。使用帶復(fù)雜數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的樣本代碼，可以確保順利集成第三方軟件。“在功能方面，可以直接基于 Scope API 的當(dāng)前狀態(tài)實(shí)現(xiàn)該應(yīng)用。我們支持編寫一種用于使用高分辨率數(shù)據(jù)的最佳實(shí)踐。”TwinCAT Scope 與 Analytics 產(chǎn)品經(jīng)理說道。
軟件解決方案的開放性對于 thyssenkrupp Presta 來說是一項重要標(biāo)準(zhǔn)。這對于整合評估軟件以及多種輸出格式極為有利。同時，thyssenkrupp Presta 還保留了使用 TwinCAT 中的分析功能選項的能力。“所有功能選項都可以使用，尤其是與 TwinCAT Analytics 有關(guān)的功能選項。”Pascal Dresselhaus 強(qiáng)調(diào)道：“我們擁有具有超過 100 種算法的 Engineering 產(chǎn)品可用于數(shù)據(jù)分析。從試驗臺的周期時間到噪聲的頻率分析，只要有 Scope 格式 svdx 的數(shù)據(jù)，TwinCAT Analytics 就可以用來在數(shù)據(jù)中尋找到合適的樣本。”這位產(chǎn)品經(jīng)理在強(qiáng)調(diào)可為 thyssenkrupp 帶來的額外可能性時說道。
全球推廣進(jìn)行時
約在兩年前開始的初始方案現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過了實(shí)踐驗證：第一批系統(tǒng)除了在埃申公司總部的試驗臺上使用之外，也已經(jīng)在匈牙利的生產(chǎn)車間投入正常使用。“更多的系統(tǒng)目前正在前往中國和墨西哥的途中，或者已經(jīng)搭建完成。”自動化專家說道。EtherCAT 高端測量端子模塊方案不僅具有測量精度高和測試速度快的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)施和調(diào)試也非常簡單，因此成為所有其它聲學(xué)測量模塊的基礎(chǔ)。未來，thyssenkrupp 生產(chǎn)中使用的所有新的聲學(xué)測試系統(tǒng)都將配備此款模塊。這是因為基于 PC 的控制技術(shù)具有無與倫比的優(yōu)勢，Joachim Sutterlüty 解釋道：“我們可以用它完全替代掉所有昂貴的第三方測量硬件。”
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