駆動システム試験を非常に高効率テストベンチで行い時間と労力を大幅に節約、またリアルタイムで試験結果を取得

多国籍企業 Alstom SA(アルストムSA) は、世界中の鉄道輸送市場で事業を展開しています。旅客輸送システム、信号伝達システム、サービスの分野でのリーダーとして、 AGV 、 TGV 、ユーロスター、 ペンドリーノ(車体傾斜式) などの高速鉄道、郊外または地域用の電車、メトロ、トラムなど向けの製品で有名です。

ベルギーのシャルルロアには、研究開発とプロジェクト管理を最高レベルすることを目的とする2つのセンターがあり、 500 人のエンジニアと 100 人の研究者がいます。そのうちの 1 グループは、トラクションシステムと補助コンバータをテストしています。

HBMのエンジニアの協力を得て、アルストム・シャルルロア社 はトラクションシステムと補助コンバータをテストするための新しいデータ取得コンセプトを開発しました。シャルルロア社現場の歴史において初となる、画期的なHBM eDrive ソリューションを採用しました。

HBM eDrive ソリューションは、正確でサイクル精度の高いテストおよび測定機器の利点と、便利なテストベンチ開発の利点を組み合わせています。このコンセプトにより、センサを測定システムに簡単に統合し、取得したデータに基づいてテストを制御することができます。計算式データベースにより、テストベンチのエンジニアは個々の計算をすばやく簡単に作成して、カスタマイズ可能な測定およびテストタスクを実行できます。

新しい HBM eDrive ソリューションにより、アルストム社のエンジニアは完全な検証テストを実施する時間を最大 50% 節約できます。

自動車業界は電動化への移行に奮闘していますが、すでに鉄道産業では電気駆動が120年以上にわたり鉄道車両の標準技術となっています。さらに、モーター性能と効率の要件は絶えず高まっています。特に気候変動対策のための気候目標を達成する必要がある場合には、この要件が顕著になります。そのため、車両メーカーは、トラクションシステムと補助コンバータを最も効率的にテストし続けています。同時に、新しいテストベンチの概念を利用して、的確な精度で新型モータを短時間でテストする必要性が高まっています。課題は、テストプロセスを正確に制御しながら、信頼性の高い結果を得ることです。

また、世界最大級の車両生産会社3社の1つであるアルスト社は、これらの技術的要件を自社の試験装置に採用しています。

問題

アルストム・シャルルロア社は、トラクションシステムと補助コンバータをテストして、実際の条件下での列車の運転をシミュレートします。そのためには、信頼性の高いデータを提供し、迅速な統合を可能にし、操作が容易な、高精度テストベンチ装置が必要です。HBMのeDrive ソリューション導入以前では、このタイプのテストに、オシロスコープ(最大 8 チャネル)、高速レコーダ(最大 16 チャネル)、スペクトルアナライザを各1台、および多数のオフライン後処理を使用して行われましたが、これにはかなりの時間がかかりました。

ソリューション

アルストム(Alstom)社は現在、 HBMのeDrive ソリューション(Genesis HighSpeed データ取得システムと Perception ソフトウェア)を採用した結果、大量のデータを迅速かつ確実に処理できるようになりました。Perceptionは、自由にプログラム可能なインターフェースを使用して、測定データを LabViewソフトウェアに接続します。 LabView ソフトウェアは、個々のテストベンチコンポーネントと自動化されたテストプロセスを制御します。

結果

HBM eDrive ソリューションのモジュール式コンセプトにより、プラグアンドプレイでさまざまなセンサを測定システムに統合できます。HBM eDrive ソリューションは、測定データを確実に取得し、リアルタイムで結果を計算して、テストベンチ制御に使用できるようにします。ユーザー定義の計算式は、プログラミングの知識がなくても作成でき、測定値にリアルタイムで適用できます。また、保存されたデータにも後処理で適用できます。これにより、 アルストム社は 3 分の 1 の時間で完全なテストを実施し、人件費を削減できました。

「HBMのeDriveソリューションは真のゲームチェンジャです」

アルストム・シャルルロイ社は、トラクション駆動システム用のコンバータやアルストム全車両用の補助システムをテストする主要なサイトの 1 つです。「このサイトでは、アルストム製品の標準ドライブシステムを検証しています。ドライブシステムの要件が異なる新しい注文を受けた場合は、このサイトで新しい要件をテストします」とアルストム社の検証上級エキスパートのジャン=​フランソワ・グレゴリ(Jean-Francois Gregoire)氏は説明します。「当社の工場で HBM eDrive ソリューションを導入前は、基本的に オシロスコープ (最大8 チャネル)1 台、高速レコーダー(最大 16 チャネル) 1 台、およびスペクトラムアナライザ1 台を使用していました。また、オフラインでの後処理と計算に膨大な時間がかかっていました。 当然、人件費も高くつきました。HBM eDrive ソリューションは、非常に簡単に操作でき、すべてのプロセスが並行してリアルタイムで実行されます。これにより、テストベンチソフトウェアの開発プロセスがはるかに簡単になり、複雑さが軽減されます。

私にとって、 HBM eDrive ソリューションは、次の 3 つの理由から真のゲームチェンジャ(技術的大革新)です:

  1. テスト時間の約 3 分の 2 を節約。これは大きな違いを生み出します。
  2. 計算後は、テストに戻らずにオフラインでいつでも実行できます。
  3. 必要なすべての信号を同時に収集するため、検証のための詳細な情報が得られます。

その上に、次の利点があります。HBM の eDrive ソリューションを使用すると、従来のシステムと比較して人件費が大幅に削減されます」

課題:デュアル電圧システムでのドライブシステムのテスト

ほとんどの列車は、トラクションコンバータと補助コンバータを備えた単一電圧を使用して作動します。アルストム社がベルギーの鉄道から新しいダブルデッキトレインの注文を受けたとき、トラクションモータ用コンバータ、トラクションモータ自体、補助システムは、システムレベルでの性能を検証する必要がありました。ベルギーの鉄道は、 3 kV と 25 kV の入力電圧を備えた 2 つの電圧システムで動作していますが、これにはさらなる課題がありました。

この場合、 アルストム社 21 個の信号を同時に測定する必要がありました。入力信号(電圧や電流など)に加えて、すべての出力信号(位相電流、 DC 電圧、速度、トルクなど)も測定する必要がありました。補助コンバータでは、 3 相の電流と電圧に加え、バッテリチャージャシステムの DC 電流と電圧を測定しました。

「 HBM のエンジニアと協力して、トラクションシステムと補助コンバータをテストするための新しいデータ収集コンセプトを開発しました。シャルルロワ社現場の歴史において初めて、 HBM eDrive ソリューションを使用しています。新しい HBM eDrive ソリューションにより、 1 つのデバイスですべての信号を測定できるようになりました。当社にとって、システムを検証する際には、速度、トルク、電流の点で当社の要件を満たすことが重要です。システムを最小速度から最大速度まで実行し、すべてを記録します。このソリューションの最大の利点は、すべての測定値を 1 回の実行で取得できることです。過去には、 4 、 5 、または 10 の異なるランを実行していました」とジャン・フランソワ・グレゴワール氏は説明します。 「たとえば、このテストでは、 2 か月以内に 1,311 件のレコードを取得しました。HBMのテスト機器を使用しないで、古いシステムでやった場合は、6 ~ 7 か月が必要なテスト量でした。投資効果が明らかなため、最初のHBM eDrive ソリューションの導入後にさらに2セット追加購入しました。新しいシステムの 1 つは、 Paris Metro の補助システムを検証するために使用されます。もう 1 つは、ムンバイメトロのトラクションドライブシステムに使用されています。」

最新設計の列車には、最新設計のテストベンチが必要です

新しい電気駆動装置の正確なテストを確実に行うため、アルストム社は HBM の専門家と協力してテストベンチの測定チェーンを最適化しました。

「 私たちは Genesis HighSpeed と Perception ソフトウェアと LabVIEW 開発環境の組み合わせを選択しました。これは、 Perception と LabVIEW * がインターフェイスで簡単に接続できるからです。」

アルストム・シャレロイ社の検証シニアエキスパートであるジャン・フランソワ・グレゴワール氏の説明

「 HBM eDrive ソリューションのおかげで、電流、電圧、トルクなどのさまざまなセンサを、コンピュータにUSBデバイスを挿入するなどのプラグアンドプレイで簡単に測定システムに統合することができます。電気測定機器の一部として振動センサを統合することは、問題なく可能です。これにより、テストベンチのセットアップにかかる時間 ( 旧バージョンと比較してスタッフの時間の 3 分の 2 ) とリソースを節約できました」

非常に高速なリアルタイムテストに最適なシステム

すべての測定データを安全かつ確実に判断するには、テストベンチの個々のコンポーネントが完全に連携して動作する必要があります。センサは、電流、電圧、温度、トルクなどの測定信号を取得し、データ収集システムに転送します。
アルストム社の eDrive 構成は、 Genesis HighSpeed GEN7tA データ収集システム、 3 枚の GN610B 入力カード、最大 100 MS/ 秒の高速信号用追加ボード、 Perception ソフトウェア、および T12 トルクトランスデューサで構成されています。  

ボード上のデジタルシグナルプロセッサ(DSP)は、測定されたデータを処理し、リアルタイムで結果を計算します。計算された測定結果は、自由にプログラム可能なソフトウェア・インターフェイスを使用して LabVIEW に転送され、移動制御が行われます。同時に、 HBM の Perception ソフトウェアは、取得したすべての生データを保存します。

「測定データとリアルタイムの計算結果が同時に取得、保存、転送されます。それは分析のためには巨大な利点である 」 とジャン・フランソワ・グレゴワール氏は強調しています。もう 1 つの利点は、すべての生データを保存できるため、より広範な後処理分析にも使用できることです」サイクル同期された個々の結果に加えて、継続的に測定されたデータを、処理する Perception 式データベースにリンクすることができます。これにはプログラミングの知識も必要ありません。

「このテストシステムには、もう 1 つの利点があります。Perception で計算用の独自の式を作成し、数式データベースに保存することもできます。これらの計算式は、各コンピュータアーキテクチャをプログラミングすることなく、 DSP の後処理とリアルタイムの計算の両方で使用できます。」

「ほとんどすべてが自動的に行われるため、このような大幅な改善が可能なのです」

顧客重視の Easy Sensor の統合とチャネル同期

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またグレゴワール(Jean-Francois Gregoire)氏は次のように述べています。「 LabVIEW と HBM の eDrive ソリューションを組み合わせることで、多くのメリットが得られます。「ハードウェアはセンサの測定データを同期して記録し、最大 51 の電源チャネルで最大 2 MS/s のサンプルレートを実現します。必要に応じて、より多くのセンサを簡単に接続できます。eDrive ソリューションは、さまざまなチャネルと入力ボードのサンプルレートを自動的に同期します。これにより、ユーザーのオーバーヘッドが大幅に削減されます」

アストム社のエンジニアと開発者は、 HBMのエンジニアから、データ取得システムを既存のテストベンチ環境に統合した際に、カスタマイズされたサポートを受けました。「当社は、HBMの専門家の支援を高く評価しており、当社のシステムから最大限の利益を得ることができました。Perceptionは、データを確実に取得する効率的なソフトウェアプログラムです。HBMからの入門トレーニングのおかげで、すぐに習得できました。また、Perceptionは非常に使いやすいため、特定の目的に合わせて測定シーケンスを定義することができます」とグレゴワール氏は説明します。「今までのアストム社での私の勤務歴においても、HBM システムの導入は大革新をもたらすゲームチェンジャーとなりました」。
 

*LabVIEW は National Instruments の商標です。HBM、および HBM が提供するソフトウェアプログラムやその他の商品やサービスは、 National Instruments の提携、承認、または後援の対象にはなりません。

HBMの eDrive ソリューションの説明

HBMの eDrive ソリューションは、複数のテストシステムを 1 つの真のソースに統合することで、モータとインバータのテストを簡素化します。クラス最高レベルのセンサから電力分析装置まで、電気および機械の電力を正確に測定するための専用分析ソフトウェアと組み合わせた完全な測定チェーンを備えています。これは、お客様固有の要件に応じて、追加の電気的または機械的測定の両方に対応するように拡張できます。お客様や規制機関による簡単かつ迅速なテスト監査により、テスト戦略の簡素化、コストの削減、開発時間の短縮を実現します。

アルストム(Alstom)社について

アルストム(Alstom)社 は、環境に配慮したスマートなモビリティへの世界的な道を先導し、輸送の未来に持続可能な基盤を提供する統合システムを開発して販売しています。アルストム社は、高速鉄道、メトロ、トラム、 e-バスから統合システム、カスタマイズされたサービス、インフラストラクチャ、シグナリング、デジタルモビリティソリューションまで、幅広い機器とサービスを提供しています。アルストム社は 60 か国以上に展開し、 38,900 人の従業員を抱えています。

ベルギーでは、アルストム社は、 2 つのセンターで活動を展開しています。 1 つはトラクションおよびエネルギー回収システム専用で、もう 1 つは欧州規格 ERTMS を含むシグナリングソリューション専用です。アルストム社は、ベルギーに 1,250 人の従業員を擁し、 500 人のエンジニアを擁し、 20 の研究開発プログラムを管理して、大学、中小企業、および新興企業と連携して、よりスマートで環境に優しいモビリティを実現しています。同チームは 5 大陸で 100 以上のプロジェクトを管理しています。