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Rechner helfen Turbolader entwickeln und testen

20.07.1979

Die Holset Engineering Company Ltd. in Huddersfield/England ist Zulieferant der Automobilindustrie. Typische Produkte sind Turbolader, Stoßdämpfer und flüssigkeitsgesteuerte Lüfteraggregate. Holset ist der größte europäische Lieferant von Turboladern und verfügt über eine Fertigungskapazität von über 160 000 Einheiten pro Jahr allein für diesen Produktionszweig. Dennoch beschäftigt das Unternehmen insgesamt nur etwa 1800 Mitarbeiter, viele entwurfs- und analysetechnische Aufgaben hilft der Computer lösen.

Der steigende Bedarf an Computerkapazität für technische und kommerzielle Aufgaben veranlaßte zu der Untersuchung, wie man den Ingenieuren die Arbeit durch den Einsatz von Rechnern erleichtern und gleichzeitig die Entwicklungs- und Produktionskosten senken könne .

Allgemeüin gehaltene technische Programme erfordern lange Laufzeiten, um exakte Ergebnisse zu erzielen. Um die Zeit eines Ingenieurs effizient auszunutzen, muß er direkten Zugriff zum Rechner haben und jederzeit daran arbeiten können, die Ausführungszeiten müssen so schnell sein, daß er am Terminal auf das Ergebnis warten kann.

Ein typisches Beispiel dafür ist Holset's Analyse-Programm für Kompressoren und Turbinenräder. Die Praxis zeigte allerdings, daß auf der alten Anlage etwa 50 Batch-Jobs gefahren werden mußten was in der Regel etwa vier Wochen dauerte. Währenddessen mußte der Ingenieur warten. Eine Programmlaufzeit von etwa drei Minuten vorausgesetzt kann die gesamte Arbeit an einem solchen Problem aber in einer Woche abgeschlossen werden.

Der größte Nutzen kann mittels eines Time-Sharing-Systems erzielt werden. Aber auch die Programme solcher Systeme unterliegen Änderungen und Ergänzungen. Schnelle Zugriffsmöglichkeiten sind erforderlich, um die Rechenzeiten so weit wie möglich herabzusetzen. Beim alten Batch-System dauerte es noch sechs Wochen, um ein Programm zu modifizieren - eine Arbeit, die mit einem interaktiven Terminal leicht in einem Drittel der Zeit zu bewältigen ist.

Parallel zu der Studie liefen Untersuchungen, um die Vor- und Nachteile der Installation von Meßwertaufnehmern in den Testzellen zu ermitteln. Bald war man sich einig, daß schon nach Monaten solche Rationalisierungsmethoden zu höheren Produktionszahlen, besseren Produkten und schnelleren Reaktionszelten führen müßten.

Die Methode des Mitschreibens von Testergebnissen war bisher so gehandhabt worden, daß der Tester analog und digital angezeigte Werte von den Instrumenten ablas und sie per Hand auf einem vorbereiteten Protokollbogen niederschrieb. Anschließend wurden die Ergebnisse auf einem programmierbaren Tischrechner analysiert, an den ein Plotter angeschlossen war. Dies dauerte in der Regel etwa eine Stunde.

Bei Dauerversuchen war es notwendig daß der Tester die gesamte Testperiode über anwesend war, er konnte dann kaum effizient sein. Es mußten also Aufzeichnungsmethoden gefunden werden die folgenden Bedingungen genügten:

a) Online-Analyse der Testergebnisse,

b) Echtzeit-Datenverarbeitung und -suche,

c) Anzeige von gefundenen Fehlern während des Tests über Monitore.

Der jetzt installierte Modcomp-Rechner hat eine Wortlänge von 16 Bit und verfügt über eine Hauptspeicherkapazität von 320 KB. Unterstützt wird das System von einem 50 MB Plattenlaufwerk, einer Lochstreifen-Einheit, einem Kartenleser, einem elektrostatischen Drucker/Plotter sowie fünf interaktiven Datensichtgeräten in den verschiedenen Abteilungen des Unternehmens. Ein weiterer Batch-Task wird über eine angeschlossene Teletype-Konsole realisiert. Darüber hinaus ist dieser Rechner mit einem 3D-Kontrollsystem verbunden.

Alle Programme sind in Fortran geschrieben. Etwa 30 Ingenieure arbeiten mehr oder weniger ständig mit der Anlage. Zu ihrer Unterstützung wurden besondere Routinen geschrieben, um ihnen die interaktive Arbeit am System soweit wie möglich zu vereinfachen.

Zur Verfügung stehen insgesamt

a) eine universelle Objekt-Code-Bibliothek getesteter Programme,

b) eine Quellprogramm-Bibliothek, die gleichzeitig die Datensätze für jedes einzelne Datensichtgerät enthält (und für alle anderen Arbeitsstationen),

c) eine Quellprogramm-Bibliothek für jeden einzelnen Benutzer, der diese Programme an jedem beliebigen Terminal fahren kann.

Darüber hinaus gibt es weitere Bibliotheken, beispielsweise zur Unterstützung bei der Programmentwicklung.

Die Programme entstammen alle ingenieurtechnischen Bereichen, zum Beispiel der Aerodynamik, der Behandlung finiter Elemente, dem Verhalten von Lagern, Vorgabe von Zuverlässigkeitsanforderungen, Schwingungstechnik etc.

Interaktive Grafiken erleichtern die Einsicht in die aerodynamisch festgestellten Profile. Sie sind auf Platte abgespeichert und können vom Entwickler jederzeit leicht geändert werden. Viele Arbeiten konnten so von anderthalb Manntagen auf wenige Mannstunden reduziert werden.

Insgesamt erbrachte die Anlage einen Leistungsanstieg um durchschnittlich 25 bis 30 Prozent.

Datenaufzeichnung

Der für die Meßwertaufzeichnung eingesetzte Modcomp-Rechner verfügt über 128 KB Hauptspeicher (16 Bit), ein fünf MB Doppelplattensystem, eine Teletypekonsole, ein analoges Eingabe-Subsystem sowie ein generelles digitales Kommunikationssystem, welches auch analoge Daten verarbeiten kann.

Beim Test eines Turboladers fallen etwa 35 Parameter an, die gemessen werden müssen. Jeder Wert wird über entsprechende Meßwertaufnehmer festgestellt. Über das analoge Eingabesystem gelangen die Daten in den Rechner, wobei sie durch ein vorgeschaltetes Subsystem digital aufbereitet werden. Die Software erlaubt die Initialisierung, Verarbeitung und Darstellung von Daten, die dann auf dem Plattensystem abgespeichert werden können. Die wesentlichen Teile der im Rechner benutzten und erstellten Daten werden automatisch auf Platte gesichert. Inzwischen sind in nahezu allen Testkammern entsprechende Meßwertaufnehmer installiert.

Der Prüfer kann über Bildschirm den Test verfolgen und seine jeweiligen Entscheidungen durch direkten Eingriff in den Prozeß treffen. Zum Schluß entscheidet er, welche Daten zur umfangreicheren Analyse an den Hauptcomputer (Modcomp IV) übermittelt werden. Über einen elektrostatischen Printer/Plotter ist er in der Lage, sich alle erforderlichen Darstellungen direkt ausgeben zu lassen. In die Programme eingebaute Bedingungen führen den Test auf rationelle Art und Weise zum gewünschten Ziel. Abweichungen von vorgegebenen Werten meldet das System akustisch und über Bildschirm, so daß der Ingenieur sofort eingreifen kann.

Automatische Signalüberwachung macht die hier anfallenden Arbeiten noch effizienter, der Prüfingenieur kann bei Bedarf die Anlage entsprechend umschalten, ohne daß etwas passieren kann, da das System dann automatisch reagiert und gegebenenfalls abschaltet. Bei Rückkehr ist der Prüfer in der Lage, seinen Test an dieser Stelle wieder aufzunehmen, beziehungsweise die erforderlichen Bedingungen herzustellen.

Zukunftsaussichten

Die inzwischen gewonnenen Erfahrungen haben bei Holset dazu geführt daß man weitere Prozesse durch komplette CAD-Systeme (Computer Aided Design) automatisieren will. Zur Zeit wird überlegt, wie dies am besten zu losen sein wird. Sie sollen darüber hinaus direkt an numerisch-gesteuerte Werkzeugmaschinen gekoppelt werden um den Fertigungsprozeß noch weiter zu rationalisieren. Dazu gehört auch, die gesamte technische Informationsvielfalt des Unternehmens auf eine einheitliche Datenbasis zu bringen.

Weiterhin will man die Systeme in den Testkammern noch verfeinern und durch jeweils eigenständige spezifische Mikrocomputersteuerungen ersetzen. Diese Mikrocomputer liefern dann ihre Ergebnisse dem angeschlossenen Meßrechner (Modcomp II), der dadurch als eine Art Konzentrator dient.

Die Installation bei Holset ist ein gutes Beispiel dafür, wie ein Unternehmen das zunächst über nur geringe datentechnische Möglichkeiten und Kenntnisse verfügte, durch den Einsatz von Prozeß-Rechnern den gesamten Betriebsablauf in hohem Maße verbesserte und die Kosten herabsetzte.