沒人想在開車時(shí)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(cè)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(cè)期間（終檢線）測(cè)量結(jié)構(gòu)噪聲的方式來測(cè)試這一點(diǎn)，Joachim Sutterlüty，Karsten Mauersberger，Michael Sauerwein 和 Julius Ellmann 用 ELM 系列高端測(cè)量端子模塊和 TwinCAT Scope 代替了之前的外置電子元器件。這個(gè)新方案不僅能夠?yàn)榈偕?jié)省大量的工程工作和時(shí)間，還能夠節(jié)省很多資金。thyssenkrupp Presta （蒂森）在進(jìn)行汽車下線檢測(cè)時(shí)，也會(huì)在試驗(yàn)臺(tái)中對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)使用壽命中的幾個(gè)重要方面進(jìn)行測(cè)試。除了測(cè)試轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的各種功能之外，還要測(cè)試其產(chǎn)生的噪音。“噪聲聲學(xué)測(cè)試可確保駕駛員駕駛車輛時(shí)不會(huì)感覺到任何惱人的噪音。”thyssenkrupp Presta 自動(dòng)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(cè)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(cè)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(cè)量結(jié)構(gòu)噪聲的基礎(chǔ)。

　　通過 EtherCAT 測(cè)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(cè)試順序同步的方式采集和記錄 IEPE 傳感器的高頻信號(hào)

　　如果轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的噪聲頻譜超出此數(shù)值范圍，它就會(huì)從試驗(yàn)臺(tái)返回到返工臺(tái)，使用測(cè)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(cè)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(píng)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(gè)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(duì)樣機(jī)進(jìn)行大量測(cè)試。因此，thyssenkrupp Presta 在用于設(shè)計(jì)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(yàn)臺(tái)已投入使用。全自動(dòng)裝配車間內(nèi)必須遵守這些聲學(xué)設(shè)計(jì)要求。“由于開發(fā)過程總是會(huì)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(jì)并實(shí)現(xiàn)了所有試驗(yàn)臺(tái)的自動(dòng)化，只購買一些機(jī)械部件和電氣元件。對(duì)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(cè)量端子模塊 ELM3604 和 TwinCAT Scope 采集測(cè)量數(shù)據(jù)。

　　高端測(cè)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(cè)試系統(tǒng)，這就需要為實(shí)際的試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)提供復(fù)雜的接口和信號(hào)分配器。電氣工程師 Michael Sauerwein 解釋道：“僅這一臺(tái)設(shè)備就需要一個(gè)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(yàn)和接線錯(cuò)誤。”還需要額外考慮項(xiàng)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(cè)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(shí)提升靈活性，節(jié)約時(shí)間。“粗略地說，每個(gè)測(cè)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(jì)和自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)：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(píng)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(píng)估軟件，因?yàn)楦鱾€(gè)部門都在使用該軟件。“但倍福的 TwinCAT Scope API 是一個(gè)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(píng)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(yàn)臺(tái)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(duì)，與 thyssenkrupp Presta 和評(píng)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(duì)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(cè)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(gè)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(gè)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(cè)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(duì)于 thyssenkrupp Presta 來說是一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。這對(duì)于整合評(píng)估軟件以及多種輸出格式極為有利。同時(shí)，thyssenkrupp Presta 還保留了使用 TwinCAT 中的分析功能選項(xiàng)的能力。“所有功能選項(xiàng)都可以使用，尤其是與 TwinCAT Analytics 有關(guān)的功能選項(xiàng)。”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(yàn)臺(tái)的周期時(shí)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(shí)說道。

　　全球推廣進(jìn)行時(shí)

　　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(yàn)證：第一批系統(tǒng)除了在埃申公司總部的試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)化專家說道。EtherCAT 高端測(cè)量端子模塊方案不僅具有測(cè)量精度高和測(cè)試速度快的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)施和調(diào)試也非常簡(jiǎn)單，因此成為所有其它聲學(xué)測(cè)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(cè)試系統(tǒng)都將配備此款模塊。這是因?yàn)榛?PC 的控制技術(shù)具有無與倫比的優(yōu)勢(shì)，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(cè)量硬件。”

　　關(guān)于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場(chǎng)總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)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(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)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(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進(jìn)入中國市場(chǎng)，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(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)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(yù)。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(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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