Uniwersalny system testowy dla produkcji

Zakład Alstom Transport w miejscowości Villeurbanne zatrudnia około 600 pracowników i zajmuje się projektowaniem i wytwarzaniem elektronicznych systemów embedded wykorzystywanych w transporcie kolejowym: taborze szynowym, urządzeniach sygnalizacyjnych i urządzeniach bezpieczeństwa. Dział testowania produktów tej firmy opracowuje również większość narzędzi testujących do sprawdzania i walidacji wymienionych urządzeń.

Jednym z większych wyzwań stojących przez zespołem zajmującym się budową testerów w takiej branży jest opracowanie elastycznych i skalowalnych urządzeń, które zapewnią wysoką jakość walidacji i jednocześnie niski koszt opracowania oprogramowania testującego. Aby sprostać temu wymaganiu, inżynierowie Alstomu opracowali nową uniwersalną konstrukcję testera o nazwie Neptun. W odróżnieniu od innych rozwiązań, które przypisane były do konkretnych produktów, Neptun jest zdolny obsłużyć szerokie spektrum produkowanych wyrobów, bazując na jednej platformie sprzętowej. Stanowisko testujące Neptun zostało wykorzystane na hali produkcyjnej w zakładzie Alstomu, ale również korzystają z niego klienci firmy po to, aby diagnozować nieprawidłowe działanie urządzeń kolejowych.

System specjalizowany a uniwersalny

Testowany w fabryce produkt to najczęściej modułowa płytka drukowana o wymiarze 6U wyposażona w złącze. Przed zamontowaniem jej w obudowie produkt ten przechodzi przez standardowe testy kontrolne związane z poprawnością montażu i jakością izolacji, a po zamontowaniu prowadzone są dodatkowe testy funkcjonalne, po to aby zyskać pewność że produkt działa zgodnie z założeniami. Tradycyjne dla każdej grupy podobnych produktów w fabryce budowany był osobny zestaw testowy, co było kosztowne i uciążliwe.

Przed podjęciem prac projektowych nad uniwersalnym testerem założyliśmy, że jego wydajność i możliwości funkcjonalne powinny o około 20% przewyższać wymagania, co do badań, jakie mają nasze najbardziej złożone produkty, po to aby zapewnić użyteczność opracowania również w przyszłości. Do jego budowy wykorzystaliśmy dwa chassis typu rack, jedno mieści typowe przyrządy pomiarowe, a drugie zawiera interfejsy pomiędzy badanym urządzeniem a aparaturą pomiarową.

Pierwsze chassis zawiera także przemysłowy komputer PC, który daje możliwość montażu dużej liczby kart PCI. Jest on połączony z 18-slotowym chassis PXI, blokiem kondycjonowania sygnałów występujących w systemach kolejowych o wartościach zawierających się pomiędzy 24 a 110V, dwoma programowalnymi sztucznymi obciążeniami, regulowanym zasilaczem wraz z komputerowym sterownikiem.

W obu chassis PXI zamontowany został kompletny zestaw aparatury, na który składają się: 6,5-cyfrowy multimetr NI PXI-4070, licznik PXI-6602, cztery generatory arbitralne PXI-5412, moduł wyjść analogowych PXI-6713, moduł przekaźnikowy PXI-2569 i cztery moduły PXI-2568, a także 13 matryc przełączających PXI-2529. Architektura sprzętowa testera bazuje na czterech niezależnych wewnętrznych szynach transmisji danych i jest w stanie kontrolować sygnały na 380 liniach wejściowych, co z zapasem spełnia wymagania nawet złożonych produktów zawierających napędy lub wykorzystywanych w systemach bezpieczeństwa.

Platforma i oprogramowanie

System testujący oparto od strony sprzętowej na platformie PXI, ponieważ jest to skalowalna i elastyczna architektura zapewniająca wysoką wydajność w porównaniu do aparatury pomiarowej wykorzystywanej we wcześniejszych naszych testerach. Nie bez znaczenia była też niezawodność sprzętu bazującego na PXI. Od strony programowej tester obsługiwany jest przez środowisko graficzne LabVIEW wspomagane przez narzędzie NI TestStand.

Program LabVIEW i język graficznego programowania jest znany przez wielu inżynierów, chętnie korzystają z niego też osoby, które nie są specjalistami z zakresu oprogramowania. Uwagi te dotyczą też inżynierów Alstoma zajmujących się walidacją produktów w produkcji. Wykorzystanie w nowym testerze takich urządzeń pozwoliło skorzystać z wcześniejszego dorobku i fragmentów napisanego kodu. W przypadku NI TestStand o wyborze zdecydowała otwartość, prostota użycia i wysoka zdolność dopasowania tego narzędzia do pełnionych zadań.

Struktura oprogramowania dla testera bazuje na architekturze modułowej, podzielonej na 3 warstwy. Jej najniższy poziom współpracuje z driverami sprzętowymi, dalej występuje warstwa pośrednia i na końcu warstwa aplikacji związana z NI TestStand. Rolą warstwy pośredniej było połączenie obiektów programu LabVIEW z driverami IVI (Interchangeable Virtual Instrument) po to, aby mieć w programie obiekty takie jak źródło prądowe, generator o charakterze niezależnym od zastosowanego sprzętu.

Podział taki pozwolił zachować czytelną strukturę kodu, w której zmianie w zależności od pełnionego zadania i rodzaju testu ulega jedynie warstwa aplikacji. Interfejs HMI został zrealizowany na bazie programu LabVIEW, a układ menu jest taki sam jak we wcześniejszych naszych testerach po to, aby operatorzy nie musieli się do niego przyzwyczajać. Niemniej oprogramowanie zostało rozbudowane w kierunku wielojęzycznym tak, aby można było się łatwo przełączać pomiędzy poszczególnymi lokalizacjami interfejsu.

Realizacja

Ponieważ czasu na realizację projektu nie było dużo, za to było wiele niewiadomych na temat zgodności i współpracy sprzętu z oprogramowaniem, postawiliśmy na wykorzystanie zunifikowanych rozwiązań dostarczanych przez NI, licząc że wysoka jakość platformy sprzętowej i dobre zgranie jej z oprogramowaniem LabVIEW uwolni nas przynajmniej od problemów z kompatybilnością i zgodnością oraz integracją całości.

W efekcie jedyny kłopot sprawiła nam sekcja kondycjonowania sygnału, która opóźniła nieco uzyskanie certyfikatu CE. Po uruchomieniu pierwszego stanowiska o charakterze prototypowym dla potrzeb zakładu we Francji, plany przewidywały budowę kolejnych 5-6 jednostek dla innych placówek i klientów Alstomu. Dodaliśmy też opis techniczny testera do naszego katalogu produktów, co spotkało się ze sporym zainteresowaniem klientów, którzy głównie chcieli zastąpić szereg różnych testerów jednym uniwersalnym urządzeniem.

Ta seria testerów została uzupełniona o interfejs konfiguracyjny, który pozwala na połączenie obu chassis rackowych ze sterującym pecetem przemysłowym i zapewnia, że przygotowanie zestawu do pracy zajmuje mniej niż 5 minut, a pełna rekonfiguracja systemu wiążąca sie ze zmianą badanego produktu może być wykonana w czasie poniżej 2 godzin.

Planowane modernizacje w nowych wersjach

Nasz nowy system testowy spełnił założenia wstępne, a duża elastyczność konfiguracji oraz zdolność do szybkiej zmiany konfiguracji pozwala uprościć proces testowania, obniżyć koszty i poprawić czas życia produktu. W porównaniu do wcześniejszych rozwiązań zapewnia on możliwość szybkiego przystosowania do pracy. W przyszłości planujemy integrację testera z zakładową bazą danych i systemem informatycznym po to, aby móc prowadzić analizy statystyczne błędów produkcyjnych, oraz aby skrócić czas pomiędzy realizacją poszczególnych etapów tworzenia produktu, a więc projektu, produkcji i testowania.

Francois Charreire, Test Means
Department, Alstom Transport
National Instruments Poland Sp. z o.o.
www.ni.com/poland