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，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。thyssenkrupp Presta （蒂森）在進行汽車下線檢測時，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，從樣機和試品系列的開發(fā)階段就開始分析和定義噪聲特點，并以客觀的方式測量主觀聲學特性。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，需要對樣機進行大量測試。因此，thyssenkrupp Presta 在用于設(shè)計轉(zhuǎn)向系統(tǒng)聲學結(jié)構(gòu)的樣機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)計并實現(xiàn)了所有試驗臺的自動化，只購買一些機械部件和電氣元件。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立系統(tǒng)
thyssenkrupp Presta 以前使用的方案基于外置的聲學測試系統(tǒng)，這就需要為實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歸功于基于 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了這一點。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)負責人 Karsten Mauersberger 回憶道。
TwinCAT 產(chǎn)品經(jīng)理 Pascal Dresselhaus 帶著他的 Scope 開發(fā)團隊，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 以及他的團隊提出他們需要強大、先進的數(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 的當前狀態(tài)實現(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 來說是一項重要標準。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)理在強調(diào)可為 thyssenkrupp 帶來的額外可能性時說道。
全球推廣進行時
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，而且實施和調(diào)試也非常簡單，因此成為所有其它聲學測量模塊的基礎(chǔ)。未來，thyssenkrupp 生產(chǎn)中使用的所有新的聲學測試系統(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。”
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)域提供開放式自動化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個國家和地區(qū)。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工 300 人，辦事處遍及國內(nèi) 30 座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于風力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
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