HBK는 다임러 트럭이 구조적 무결성을 보장하도록 지원합니다.

Daimler Trucks North America(DTNA)는 북미 최고의 대형 트럭 제조업체입니다. 오리건 주 포틀랜드에 본사를 두고 있는 다임러 트럭은 Freightliner, Western Star 및 Thomas Built Buses 브랜드로 상업용 차량을 생산합니다.

고객들은 새로운 Western Star 49X와 같은 Daimler 트럭에 의존하여 작업을 완료하고 비즈니스를 원활하게 운영하고 있습니다. 그들은 도로에서 수십만 마일을 견딜 수 있는 안정적인 차량이 필요합니다. 이러한 까다로운 고객의 요구 사항을 충족하고 장기적인 내구성, 최대 가동 시간, 운전자 편의 및 안전을 제공하기 위해 다임러 트럭은 실험실, 테스트 트랙 및 도로에서 트럭을 테스트합니다.

과제

다임러 트럭은 실험실 테스트가 실제 조건을 시뮬레이션하여 DTNA 제품의 신뢰성을 보장할 수 있도록 현장 테스트 데이터와 실험실 테스트 데이터를 연결하는 솔루션을 개발해야 했습니다. 또한 테스트 설정 시간을 획기적으로 줄이는 동시에 매우 안정적이고 반복 가능한 테스트 결과를 얻을 수 있는 방법을 찾아야 했습니다.

솔루션

Griffin은 데이터 관리 및 협업을 위한 자동화, 데이터 분석을 위한 GlyphWorks 및 catman 소프트웨어를 사용한 SomatXR 데이터 수집을 포함하여 Hottinger Brüel & Kjær(HBK)의 센서, 하드웨어 및 소프트웨어를 선택했습니다.

결과

새로운 장비로 이 그룹은 테스트 설정 시간을 12시간에서 5시간으로 60% 단축했습니다. 센서는 온보드 SomatXR 데이터 수집 시스템에 연결된 다음 EtherCAT을 통해 컨트롤러에 연결됩니다. 이는 케이블링 시간을 단축할 뿐만 아니라 아날로그 노이즈 문제를 해결하고 아날로그 케이블링에서 접지 루프를 찾아 제거하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있었습니다.

데이터 수집 과제

테스트에 대한 이러한 포괄적인 접근 방식은 포틀랜드에 있는 제품 검증 엔지니어링(PVE) Shaker Lab의 테스트 엔지니어인 Joe Griffin에게 특별한 문제를 제기했습니다. 구조적 내구성 테스트 랩의 테스트 엔지니어로서 그의 임무는 랩 테스트가 실제 조건을 시뮬레이션하여 다임러 트럭 제품의 신뢰성을 보장하도록 현장 테스트 데이터와 랩 테스트 데이터를 함께 연결하는 솔루션을 개발하는 것이었습니다. 이를 달성하기 위해 Griffin은 다음을 포함하여 Hottinger Brüel & Kjær(HBK)의 센서, 하드웨어 및 소프트웨어를 선택했습니다.

데이터 관리 및 협업을 위한 자동화
데이터 분석을 위한 GlyphWorks
catman 소프트웨어를 사용한 SomatXR 데이터 수집

실험실 테스트가 실제 도로 조건을 정확하게 시뮬레이션하는지 확인하는 것 외에도 Griffin은 다임러 트럭이 구조적 내구성 테스트 실험실에서 테스트를 실행하는 방식을 간소화하는 작업도 맡았습니다. 그는 테스트 설정 시간을 획기적으로 줄이는 동시에 매우 안정적이고 반복 가능한 테스트 결과를 생성할 수 있는 방법을 찾아야 했습니다.

2016년에 다임러 트럭은 Instron Labtronic 8800ML 셰이커 컨트롤러를 구매하여 연구소를 업그레이드했습니다. 팀이 Instron 컨트롤러를 선택한 이유 중 하나는 EtherCAT™이라는 실시간 이더넷 기반 버스를 통해 데이터 수집 하드웨어를 컨트롤러에 연결할 수 있었기 때문입니다.

EtherCAT

EtherCAT(이더넷 제어 자동화 기술)은 모든 데이터를 통합하고 동기화하는 "분산 클록" 기술을 사용하여 장치(클라이언트)와 마스터 또는 컨트롤러 애플리케이션 간의 고대역폭 연결을 제공합니다. EtherCAT은 IEEE 802.3 이더넷 표준을 확장하고 예측 가능한 타이밍과 정확한 동기화로 데이터 전송을 가능하게 합니다. 이더넷 패킷은 더 이상 각 연결의 각 장치에 먼저 수신, 해석, 처리 및 복사되지 않습니다. EtherCAT 프로토콜은 기본 구조를 변경하지 않고 표준 이더넷 프레임에서 직접 데이터를 계속 전송합니다.

EtherCAT 클라이언트 장치는 프레임이 장치를 통과할 때 의도한 데이터를 가져옵니다. 마찬가지로 입력 데이터는 몇 나노초의 오프셋으로 통과할 때 삽입됩니다. EtherCAT 프레임에는 전송 및 수신 모드에서 작동하는 많은 장치의 데이터가 포함되어 있기 때문에 사용 가능한 데이터 속도는 90% 이상으로 증가합니다. 이를 통해 100BASE-TX의 전이중 특성을 최대한 활용하고 100Mbit/s 이상의 효과적인 데이터 속도를 달성할 수 있습니다.

과거에는 shaker 컨트롤러에 대한 모든 입력이 eDAQ 브리지 레이어 DAC 연결에서 오는 순수한 아날로그 전압 라인이었습니다. 브리지 유형 구성에 사용되는 스트레인 게이지와 같은 센서는 ADC에 의해 디지털화되고 다시 ±10V로 정규화되고 컨트롤러, 센서용 센서에 병렬로 배선됩니다. 이것은 많은 시간을 소비하고 오류가 발생하기 쉽습니다. 아날로그 입력 및 출력을 사용하면 상관 관계 및 케이블 길이에 사용할 수 있는 채널 수도 제한되었습니다.

설정 시간과 설정 오류를 줄이기 위해 다임러 트럭은 단일 케이블을 통해 Instron의 EtherCAT 마스터 통합을 지원하는 데이터 수집 장비가 필요했습니다.

비교

아날로그 옛 길

디지털의 새로운 길

190개 채널

190 x ADC

190 x ADC 구성

190 X ADC

190 X 케이블 전압(BNC)

190 x DAC 구성

190 x ADC 구성

190 x ADC

190 ADC(TEDS) 구성

1 X 케이블(이더넷 4 x 2 쌍)

자동 업데이트 EC 마스터

# EtherCAT은 Beckhoff의 등록 상표입니다.

HBK의 컨설팅

몇 가지 평가 후 테스트 엔지니어는 HBK 제품을 사용하기로 결정했습니다. 그들이 HBK를 선택한 이유 중 하나는 HBK가 구조적 무결성 분야에서 풍부한 경험을 가지고 있기 때문입니다. 두 번째 이유는 그들이 이미 HBK 사용자였기 때문입니다. DTNA는 15년 이상 Somat eDAQ 데이터 수집 시스템을 사용해 왔으며 그 결과 가혹한 테스트 조건에서 측정 기술과 견고성을 신뢰했습니다.

HBK는 그들이 찾고 있던 것을 정확히 제공할 수 있었습니다. DTNA가 지정한 시스템에는 다음과 같은 모듈 구성을 가진 새로운 견고한 SomatXR 시리즈의 다음 장치가 포함되었습니다.

CX22B-RW 견고한 데이터 레코더
MX840B-R 범용 모듈
MX1615B-R 브리지 모듈
MX1601B-R 표준 모듈
Instron에 실시간 통합을 위한 CX27C-R EtherCAT 게이트웨이

이 시스템을 통해 테스트에 사용된 모든 다양한 센서 유형에서 데이터를 수집할 수 있으며 테스트 트랙 및 내구성 연구소와 같은 열악한 환경에서 데이터를 수집하는 데 이상적인 것으로 입증되었습니다.

연구실에서 데이터 수집 시스템은 EtherCAT에 연결하여 최소 대기 시간으로 실시간으로 Instron 컨트롤러에 데이터를 제공하고 catman을 실행하는 PC에 대역폭 제한 없이 이더넷을 통해 병렬로 제공합니다. 테스트 트랙에서 사용되는 데이터 수집 시스템과 내구성 연구실에서 사용되는 데이터 수집 시스템의 유일한 차이점은 시스템을 네트워크에 연결하는 단일 모듈이었습니다. 이는 실험실과 및 테스트 트랙 구성의 데이터 무결성과 비교 가능성을 보장하는 매우 간단한 프로세스입니다.

새로운 데이터 수집 및 shaker 컨트롤러 하드웨어 및 소프트웨어를 사용하는 방법과 같이 처음에는 몇 가지 문제가 있었지만 HBK는 완벽한 파트너임이 입증되었습니다. HBK는 실험실에서처럼 쉽게 작동할 수 있는 모바일 녹음기를 제공하는 몇 안 되는 회사 중 하나입니다.

SomatXR의 non-ruggedized 형제인 QuantumX는 2008년에 실시간 EtherCAT 통합을 도입했습니다. QuantumX와 마찬가지로 SomatXR은 Twin Signal Path를 제공합니다. 모든 입력은 EtherCAT의 대역폭 제한으로 인해 2개의 디지털 신호 경로를 생성하고 사용자가 데이터 수집 및 테스트 표본의 구조적 무결성 분석을 위해 catman 소프트웨어로 계속 작업할 수 있도록 합니다.

- 1ms 루프 시간을 지향하는 첫 번째 신호 실시간 저지연 출력

- 모듈 유형에 따라 신호당 최대 100 kS/s의 2차 신호 고속 타임 스탬프 PC 기반 데이터 수집 및 분석

테스트 트랙에서 테스트 랩으로

실험실에서 현실적인 내구성 테스트를 수행하기 위해 DTNA는 실제 세계, 즉 오리건 주 마드라스에 있는 High Desert Proving Grounds에서 수집한 데이터에 의존합니다. 2017년에 완공된 High Desert Proving Ground는 87에이커에 걸쳐 펼쳐져 있으며 고도로 엔지니어링된 표면이 있는 3.5마일의 테스트 트랙을 포함하고 있어 DTNA 엔지니어는 전 세계 거의 모든 곳에서 마주하게 될 거의 모든 유형의 차량 조건을 시뮬레이션할 수 있습니다. 트랙은 독일과 오레곤의 제공 부지에 모두 적용할 실제 도로 프로필을 생성하기 위해 유럽 도로를 가로질러 운전하는 Daimler의 샘플에서 가져온 도로 상태의 3D 지형입니다.

시험장에서 테스트 차량은 다음을 포함한 다양한 센서로 계측됩니다.

가속도계(DC MEMS 타입: 50g, 0 … 2000Hz)
브리지/스트레인 게이지(350옴, ¼ 브리지 구성, ½ 및 풀 브리지 자체 로드셀)
바퀴 힘 트랜스듀서(MTS SWIFT 아날로그 전압의 6 x WFT 또는 CAN의 Kistler RoaDyn)
변위 센서(LVDT, 스트링 포트)
전압(홀 효과 변위, 홈 브루 ...)

차종에 따라 채널 수는 다르지만 DTNA가 차량에 부착하는 최소 센서 수는 7개다. shaker를 구동하려면 실험실 내구성 테스트에 사용된 actuators의 수만큼 기록된 채널이 필요합니다. 이 애플리케이션에는 4개의 수직 액츄에이터, 2개의 세로 액츄에이터 및 1개의 전/후 액츄에이터가 있습니다.

일반적으로 DTNA는 도로 테스트 중에 48개의 서로 다른 센서에서 데이터를 수집합니다. 더 많은 데이터를 수집할수록 shaker 랩의 시뮬레이션이 더 현실적입니다. SomatXR 데이터 수집 장비는 테스트 드라이버가 테스트 트랙에서 차량을 조종하는 동안 이러한 채널에서 데이터를 수집합니다. 이 단계를 완료하는 데 약 2주가 걸립니다.

데이터 분석, 저장, 리포트를 위한 사용된 GlyphWorks와 nCode 오토메이션

데이터가 수집되면, Griffin과 그의 팀은 GlyphWork를 사용해 데이터를 분석합니다. GlyphWorks는 HBK가 제공하는 데이터 처리 시스템으로 내구성을 분석하는 통합 툴(표준, 특별)입니다. 거대한 데이터를 다룰 수 있게 설계된 GlyphWorks는 시각화, 분석화, 테스트 데이터 관리, 사용자의 시간과 비용 절감을 가능하게 하는 그래픽 유저 인터페이스를 제공합니다.

다임러트럭은 GlyphWorks을 활용한 기업 중 하나입니다. GlyphWorks는 도로 테스트 데이터의 가장 중요한 부분을 찾고 테스트 차량이 부드러운 도로를 나아갈 때 수집된 데이터를 편집합니다. 분석가 또한 shaker에서 시뮬레이션할 수 없는 트럭 데이트 중 하나입니다. 가장 적용가능한 데이터에 집중함으로써, 랩 테스트는 테스트 트럭의 내구성 테스트보다 더 짧은 시간에 진행할 수 있었습니다.

테스트 데이터가 수집되면 Griffin과 그의 팀은 GlyphWorks를 사용하여 데이터를 분석합니다. GlyphWorks는 내구성 분석을 수행하는 포괄적인 표준 및 전문 도구 세트를 포함하는 HBK에서 제공하는 데이터 처리 시스템입니다. 방대한 양의 데이터를 처리하도록 설계된 GlyphWorks는 사용자가 테스트 데이터를 시각화, 분석 및 조작할 수 있도록 설계된 그래픽 사용자 인터페이스를 제공하여 사용자의 시간과 비용을 절약합니다.

DTNA가 GlyphWorks로 수행하는 작업 중 하나는 도로 테스트 데이터의 가장 중요한 부분을 찾고 테스트 차량이 부드러운 도로를 굴러갈 때 수집된 데이터를 편집하는 것입니다. 분석가는 또한 shaker에서 시뮬레이션할 수 없는 트랙 데이터의 일부입니다. 가장 적용 가능한 데이터에만 집중함으로써 실험실 테스트는 테스트 트랙의 내구성 테스트보다 훨씬 짧은 시간에 실행할 수 있습니다.

도로 테스트 데이터가 "트리밍"되면 엔지니어는 GlyphWorks를 사용하여 시스템 전송 함수를 계산하고 초기 드라이브 파일을 계산합니다. 드라이브 파일에는 실험실의 shaker를 제어하는 Instron 컨트롤러에 제공되는 데이터가 포함되어 있습니다.

다음 단계는 드라이브 파일을 수정하는 것입니다. 이를 위해 테스트 트랙에서 테스트 차량과 동일한 위치에 센서가 있는 트럭 운전석과 같은 어셈블리를 계측합니다. 그런 다음 드라이브 파일을 Instron 컨트롤러에 공급하고 실행하고 각 센서 위치에서 응답 데이터를 측정합니다.

GlyphWorks를 다시 사용하여 방금 얻은 데이터를 테스트 트랙에서 얻은 데이터와 비교합니다. 테스트 트랙 데이터와 테스트 랩 데이터 사이에 상당한 차이가 있는 경우 두 데이터 세트 간의 오류 양을 사용하여 새 드라이브 파일을 계산합니다. 테스트 랩 데이터와 테스트 트랙 데이터 간의 오류가 합리적인 값으로 변환될 때까지 이 프로세스를 반복합니다. 일반적으로 엔지니어가 드라이브 파일이 엄격한 테스트를 보장한다고 만족하기까지는 8~12번의 반복이 필요합니다.

합리적인 가치는 전체 차량과 섀시의 차이점에 대한 이해를 바탕으로 다임러 내구성 테스트 엔지니어의 판단을 기반으로 합니다. Intron TWR 소프트웨어를 사용하여 고정된 절편 및 기울기로 트랜스듀서에 대한 RMS 오류 및 의사 손상 계산을 혼합합니다. 엔지니어는 또한 레벨 교차 비교를 사용하여 테스트 중에 올바른 수의 제로 크로싱이 발생했는지, 어떤 진폭 레벨이 캡처되었는지 판단합니다. 이는 테스트 의도에 따라 다릅니다. 간단한 후드 테스트는 샤시 프레임에 대한 테스트와 다르게 처리됩니다.

이 시점에서 최종 드라이브 파일을 사용하여 내구성 테스트를 수행할 준비가 되었습니다. 테스트가 실행되면 GlyphWorks를 다시 사용하여 테스트 데이터를 분석합니다. 또한 데이터를 보관할 준비가 되면 엔지니어링 데이터를 자동으로 저장하고 보고하기 위한 웹 기반 환경인 nCode Automation을 사용합니다. HBK 제품군의 일부인 nCode Automation: 테스트 데이터 저장 및 검색을 용이하게 할 뿐만 아니라 테스트 데이터를 설계 엔지니어와 더 쉽게 공유할 수 있습니다.

“저는 저의 일을 사랑합니다. “

일부 엔지니어는 타고난 "트럭 직원"입니다. 조 그리핀도 그 중 한 명이다. 그의 아버지는 다임러트럭의 엔지니어였으며 그의 어머니도 여러 직책에서 일했습니다. 그는 어렸을 때부터 회사와 그곳에서 하는 일에 대한 이야기를 자주 들었습니다.

고등학교를 졸업한 후 조는 포틀랜드 대학교의 기계공학과를 다녔습니다. 2014년에는 shaker 연구실 인턴으로, 2015년에는 학사 학위를 취득하고 다임러 트럭에 정규직으로 입사했습니다. 그의 첫 번째 임무 중 하나는 전국의 트럭을 운전하면서, 다임러가 더 나은 테스트 트랙을 구축하는데 도움이 될 데이터를 수집하는 것이었습니다.

2016년 내구성 시험실이 업그레이드되었을 때, 그는 그곳에 있었습니다. 최근에 졸업했기 때문에 그는 새로운 기술을 배우면서 새로운 시스템을 온라인으로 가져오는데 있어 팀에 도움을 주었습니다.

조와 대화하면 그가 그 일에 적임자라는 느낌을 받게 됩니다. 그는 트럭에 대한 열정과 최고의 트럭을 만드는데 열정을 가지고 있습니다. “저는 제가 맡고 있는 일을 정말 사랑합니다!”라고 그는 강조합니다.

EtherCAT은 연결을 동기화하고 비용을 절감합니다.

SomatXR EtherCAT 통합으로 DTNA 허용

현장, 연구실, 벤치에서 하나의 솔루션을 사용하여 비용을 절감하시기 바랍니다.
고품질 아날로그 데이터와 안정적이고 자유롭게 확장 가능한 솔루션을 얻을 수 있습니다.
더 적은 재료와 부품을 사용하여 완전히 디지털화하여 비용과 공간을 절약합니다.
중간 파일 생성 및 읽기(ESI) 없이 플러그 앤 플레이로 INSTRON에 자동 통합을 통해 복잡성과 설정 시간을 최소 60%까지 크게 줄여 시간과 비용을 절약합니다.

EtherCAT에 대한 추가 정보

Conclusion

테스트 랩 업그레이드는 다임러 트럭에게 실제로 큰 성과를 거두었으며 Griffin은 "디지털화"하기로 한 결정이 성공의 대부분을 차지했습니다. 이는 데이터 수집 시스템을 실험실의 테스트 스탠드 및 IT 인프라에 연결하기 위해 EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology의 약자)를 선택했음을 의미합니다. EtherCAT은 사용자에게 EtherCAT 네트워크의 노드 간에 짧은 주기 시간과 타임 스탬프 동기화를 제공하는 기술입니다.

초기의 몇 가지 문제에도 불구하고 디지털화는 옳은 일임이 입증되었습니다. SomatXR 데이터 수집 시스템은 Instron 테스트 스탠드와 매우 잘 작동합니다. Griffin은 "기본적으로 플러그 앤 플레이 방식입니다.

새로운 장비로 Griffin의 그룹은 테스트 설정 시간을 12시간에서 5시간으로 60% 단축했습니다. 테스트 피스에서 컨트롤러까지 긴 아날로그 센서 케이블을 연결하는 대신 센서를 온보드 SomatXR 데이터 수집 시스템에 연결한 다음 EtherCAT을 통해 컨트롤러에 연결합니다. 이는 케이블링 시간을 단축할 뿐만 아니라 아날로그 노이즈 문제를 해결하고 아날로그 케이블링에서 접지 루프를 찾아 제거하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있었습니다. 디지털 신호는 내장된 아날로그 필터를 통해 이동한 다음 증폭기에서 즉시 데이터를 디지털화하기 때문에 잡음에 영향을 받지 않습니다.

Griffin은 또한 설정 시간을 절약하고 데이터 품질을 개선한 SomatXR의 catman 소프트웨어를 높이 평가합니다. 그리핀 말한다:

“catman은 사용자 친화적인 방식으로 설치 과정을 안내합니다. 채널에서 센서 또는 케이블 오류를 확인하고 RAW 데이터 수집, 데이터 분석 및 준비를 통해 아이디어에서 결과까지 더 빠르게 얻을 수 있다는 점이 마음에 듭니다.”

또 다른 이점은 측정 데이터의 품질이 이전에 얻을 수 있었던 것보다 훨씬 높다는 것입니다. 그리핀은 말합니다.

"향상된 데이터는 내부 고객인 기계 공학에게 설계를 개선하고 최적화하는 방법에 대한 더 나은 통찰력을 제공합니다."

최종 결과: 더 낮은 테스트 비용과 더 짧은 시장 출시 기간으로 더 안정적인 트럭 생산.

다임러 트럭 소개

다임러 트럭는 북미 최고의 상용차 제조업체입니다. 오리건 주 포틀랜드에 본사를 두고 있는 다임러 트럭은 Freightliner, Western Star 및 Thomas Built Buses 브랜드로 상업용 차량을 생산합니다. 독특한 브랜드의 다임러 트럭 포트폴리오는 다양한 산업, 상용차 애플리케이션에 서비스를 제공합니다. 이 회사는 또한 대형, 중형 그리고 디젤 엔진과 부품을 제공하는 공급업체입니다.