首页>产业与经济>产业动态>正文

软件测试下的工程机械

2020-11-13 弗劳恩霍夫

用于商用车或建筑机械的新一代产品的开发是复杂的。德国弗劳恩霍夫研究所的研究人员使用“硬件在环”技术,可以通过软件仿真来复制机器并进行虚拟测试。这使得新机器的生产更快,更便宜。该技术还可以用于测试事件和关键的边界情况,而不会危及人员或机器。

弗劳恩霍夫工业数学研究所ITWMHiL模拟器(硬件在环)为基础,提供了一种特殊的试验台。原则上,任何机器及其控制都可以通过软件仿真进行虚拟测试。在汽车行业,开发新车型时HiL已经成为标准配置,但尚未用于商用车。但是,弗劳恩霍夫研究人员早在几年前就认识到,由于创新周期越来越短,模块化设计和控制技术的数字化程度越来越高,商用车行业也有非常相似的需求,并且相应地转移了测试概念。“使用HiL模拟器,我们可以测试各种建筑机械,例如,不同类型的起重机或混凝土泵。“这就是我们帮助优化原型的方式,”项目经理博士解释说Christian Salzig,不再需要真实的测试环境。

模拟器中工程机械的数字孪生

第一步,将要测试的机器重新创建为包含所有技术规范的软件模型。这包括尺寸,电动机的性能数据,支撑结构的强度,重量分布,动臂移动时的角度,其长度等等。同时,力学,液压和电子学的物理定律(例如力,压力或控制信号)在软件中以数学方程式实现。这就是创建数字孪生的方式。

下一步,将带有数字孪生的模拟器连接到电子控制单元,该电子控制单元在运行期间监视和控制建筑机械。专家操作众多的控制器和操纵杆,然后将其连接到控制单元。动画3D图形在显示屏上显示机器的所有运动。

HiL仿真器测试首先显示了控制单元和机器之间的交互精度,以及操纵杆等控制元件的敏感程度。现代建筑机械配备了大量传感器。它们记录诸如动臂的扭矩和加速度,压力,电缆上的重量或机器下方地板的倾斜度等值。在此,模拟也显示了基于传感器数据的机器和控制单元之间的通讯是否精确且没有延迟。也可以模拟技术故障-例如,如果电缆在接头处断裂或提升元件的液压系统失去压力会发生什么。

在操作商用车和工程机械时,安全性至关重要。Christian Salzig说:“制造商想知道他们的机器在极限区域内做什么,什么时候变得很关键。” 例如,模拟器测试当负载开始摆动或液体在运输容器中来回晃动时发生的情况。工程机械所站立的不稳定或倾斜的表面也是测试过程的一部分。例如,伸缩平台必须将其支撑物放置在狭窄的地方。通过硬件在环测试,产品开发人员可以看到数字孪晶在哪个倾斜角度变得不稳定甚至翻倒。在具有真实机器的真实环境中,这样的测试将是昂贵且有风险的。

工程机械的快速原型

使用Fraunhofer ITWM的测试台,制造商可以在开发的早期阶段检查,改进和优化其机器的实用性和性能。所有功能和压力测试都可以在概念阶段进行,而不仅是在第一个原型准备就绪时。该过程也称为快速原型制作。因此,商用车制造商能够以较低的开发成本更快地将新一代产品推向市场。

Salzig指出了另一个优势:“当然,对于每一种新一代产品,制造商都希望节省材料,减少能耗,集成新功能并使机器更小,更易移动,可以循环。”在模拟中,专家们发现是否可以用更少的材料支出来实现某些所需的特性或承重能力,或者用较小的机器是否可以实现相同的性能和功能。然后,特别紧凑的移动式起重机可能会在例如对于先前型号而言过于狭窄的位置上运行。它仍将举起相同的负载并达到相同的高度。

在复杂的测试过程中,弗劳恩霍夫的专家与制造商保持联系。“这不像我们收到订单,然后单独测试并在几个月后写测试报告。相反,我们在整个测试系列中紧密合作,并一起讨论下一步。该研究所目前正在计划下一次扩展:5G无线电技术的集成。在接下来的几年中,这将在工业机器和设备的无线控制中扮演越来越重要的角色。Fraunhofer ITWM当前正在开发一个接口,该接口将HiL模拟器与5G发射器和接收器模块相连。


关键词: 工程机械   软件测试   弗劳恩霍夫