丰田​汽车​借助​NI​测试​数据​分析​与​管理​解决​方案,​既​减少​了​工时,​又​实现​了​数据​的​重复​利用

Keimei Fujita,丰田​汽车​公司

“比如,​一个​部门​耗费​在​分析​作业​上​的​工时​减少​了​约​50%。​另外,​由于​可以​复​用​测试​数据,​团队​可以​减少​不必要​的​测试,​同时​提高​基于​模型​开发​的​精度。”

-​Keimei Fujita, 丰田​汽车​公司

挑战:

丰田​的​客户​遍布​不同​国家​与​地区,​具有​广泛​而​多样​的​需求,​因此​丰田​公司​必须​提供​多种​产品​和​设备​版本。​这​需要​在​开发​过程​中​进行​极​大量​的​测试,​也​意味​着​要​花费​更多​时间​用于​数据​分析。​此外,​该​团队​必须​另外​花费​时间​采集​准确​的​信息,​才​可​将​数据​重复​运用​在​其他​测试​与​模型​开发​中。

解决​方案:

该​公司​引入​DIAdem​作为​标准​工具,​创建​了​供​各​部门​共享​的​分析​环境。​各个​部门​都可以​快速​自​定义​和​开发​所需​功能。​此外,​他们​还​使用​DataFinder​服务​器​版本​创建​了​一个​可供​各​部门​人员​使用​的​数据​管理​系统。

作者:

Keimei Fujita-丰田​汽车​公司
​Shinji Hattori-丰田​汽车​公司

 

2016​年,​丰田​汽车​整合​了​从​开发​到​生产​的​所有​过程,​并​转移​至​全新​系统,​实施​名为“制造​更好​的​汽车”(Creating a Better Car)​的​指导​计划。​这项​新​指导​计划​最​显著​的​特性​在于​采用​以​产品​为​核心​的​内部​负责​制。​丰田​公司​在​其​包括​动力​总​成​公司​在内​的​七​家子​公司​中​率先​实施“制造​更好​的​汽车”计划。​动力​总​成​的​作用​是​产生​让​汽车​运转​所需​的​动力,​并​负责​管理​对​轮胎​的​动力​传递。​在​发动​机/​马达​产生​动力​时,​变速箱​会​切换​该​动力,​而​分​速​器​则会​将​动力​分散​至​其他​主要​元件​上。

 

为了​适应​公司​的​这项​新​制度,​该​团队​在​动力​总​成​公司​内​设立​了​开发、​生产​技术​与​制造​部门。​从​规划​到​生产​等​各个​阶段​都​始终​如​一​地​实施​该​制度,​但是​每​个​阶段​仍​需​执行​各种​类型​的​测试,​包括​功能​评估、​合​规​性​与​可靠性​评估。

 

功能​评估​是​通过​测量​各​发动​机​的​不同​物理​量​来​判断​是否​需要​进行​改进。​合​规​性​则​通过​测试​找出​各​发动​机​所需​的​性能,​并​针对​控制​方法​的​细节,​得出​最​理想​的​解决​方案。​而​可靠性​评估​则​是​通过​测试​来​确定​设计​的​适用​性​与​合​规​性。

 

在​决定​所需​的​测试​类型​与​数量​时,​其中​一项​主要​的​考量​因素​是​全球​各​国家​与​地区​的​法规。​例如,​在​2010​年,​只有​4​个​国家​制定​了​燃料​成本​的​相关​法规。​而​2015​年​增加到​13​个​国家,​预计​到​2020​年​时​会​增加到​23​个​国家。​每年​都有​更多​国家​实施​新​法规,​而且​法规​要求​的​数值​也​愈​发​严格。​这​使得​产品​更​为​复杂​与​先进,​而且​随着​硬件​零件​数量​增加,​也​必须​使用​更​高级​的​控制​方式。​丰田​公司​在​开发​单​个​发动​机​的​过程​中​需要​进行​超过​1,500​项​测试。

 

丰田​目前​在​28​个​国家/​地区​设立​了​53​个​制造​工厂;​而​在​2015​年,​丰田​的​境外​汽车​销售​量​是​本土​销售​量的​5​倍​以上。​为了​继续​拓展​全球​业务,​丰田​必须​满足​不同​国家​与​地区​的​需求,​包括​外观、​排放、​性能​与​驱动​系统。​这​意味​着,​测试​的​总​次数​以​单​个​发动​机​所需​的​测试​次数​乘​以​不同​法规​的​数量​所得​的​结果​递增。

 

传统​数据​管理​的​障碍

在​所需​测试​次数​飙​升​之际,​丰田​发现​了​一个​主要​(且​严峻)​的​问题。​他们​需要​更多​时间​来​分析​所得​数据,​而​这​已经​占用​了​极​高​比例​的​工时。​分析​时间​增加​意味​着​专注​于​新​任务​的​时间​减少。​因此,​缩减​并​优​化​分析​时间​变得​格外​重要。

 

分析​团队​采用​传统​的​分析​方式。​他们​将​各​测试​所得​的​数据​暂时​传送​至​文件​服务​器​储存。​然后​将​文件​服务​器​的​数据​下载​至​计算​机,​对​数据​进行​分类​并​绘制​图表。​最后,​由于​不同​人员​使用​不同​的​分析​工具,​团队​需要​对​不同​的​数据​分别​进行​管理。

 

与此同时,​团队​也​正​试图​减少​分析​时间。​各​部门​使用​各自​的​工具​对​数据​进行​分类​并​绘制​图表,​但​该​做法​无法​广泛​应用。​这​表示,​其他​需要​数据​分析​的​部门​就​必须​手​动​执行​分析,​导致​工时​量​居高不下。

 

此外,​前述​做法​因为​各​部门​使用​多种​不同​的​工具​而​无法​横​向​发展,​导致​各​部门​又要​费​时​费力​地​提高​各自​的​效率。​这些​分析​工具​包括​Microsoft Excel、​The MathWorks、​Inc.MATLAB®​软件​和​内部​开发​的​工具​(部门​之间​各不相同)​等。​这​导致​每​个​部门​都不​愿意​转换​使用​其他​工具。

 

就​测试​数据​本身​而言,​丰田​还​面临​另一​问题。​由于​他们​没有​以​一种​可以​重新​利用​的​方式​管理​这些​数据,​因此​团队​在​执行​功能​评估​时​无法​参考​诸如​温度​或​压力​等​合​规​性​测试​的​数据。​而​在​进行​可靠性​分析​时,​团队​也​可能​需要​使用​合​规​性​测试​的​数据​来​确定​未来​测试​的​条件。​另外,​在​为​下​一​阶段​的​开发​做​准备​时,​团队​可能​需要​使用​合​规​性​测试​的​数据​来​确定​基于​模型​开发​中​使用​的​模型​并​确保​精度。​为了​实现​数据​复​用​的​目标,​团队​必须​以​易​于​搜索​的​方式​来​储存​测试​数据。

 

重复​使用​测试​数据​必须​满足​一项​条件,​即​符合​每​个​数据​与​每​个​数据​集​所需​的​规格。​简而言之,​如果​丰田​公司​无法​添加​测试​时间、​人员​与​目的​等​信息,​就​无法​重复​使用​测试​数据。​以​汽缸​压力​为​例,​在​其​测试​数据​中,​型号、​排放量、​汽缸​数量​与​燃料​等​规格​信息​必须​以​数据​集​的​方式​存储。

 

丰田​的​传统​做法​是​分别​管理​各​测试​的​数据,​因此,​如果​其他​部门​的​人员​想​重复​使用​数据,​就​需要​靠​别人​口述​来​查找​所需​信息。​如此​一​来,​即使​该​人员​找到​了​所需​数据,​如果​规格​信息​内容​不甚​明确,​就​需要​进一步​询问。​如果​该​人员​无法​找到​所需​数据,​最糟糕​的​情况​是​必须​重新​执行​测试。​该​团队​有​时候​会​因为​浪费​过多​时间、​难以​找出​数据​或是​数据​的​规格​信息​不​明确,​而​很​难​复​用​数据。

 

借助​NI​产品,​充分利用​数据

丰田​公司​采用DIAdemDataFinder​服务​器​版本(现在​称为​SystemLink TDM DataFinder​模​块)​后,​解决​了​上述​问题。​DIAdem​软件​工具​的​主要​功能​是​搜索​和​分析​测试​与​仿真​数据,​并​显示​生成​的​报表。​DataFinder​服务​器​版本​数据​管理​系统​则​侧重​于​服务​器​端的​数据​管理。​该​系统​可​从​服务​器​中​搜索​多个​使用​DIAdem​的​客户​端​(My DataFinder)​的​数据。

 

 


​图​1​所​示​的是​丰田​公司​基于​这​两​个​产品​构​建​的​系统。​该​系统​专​为​合​规​性​测试​环境​而​设计。​提高​分析​效率​的​关键​目标​之一​为​引入​标准​分析​工具,​让​每个人​都​能够​在​相同​环境​中​进行​工作,​而​丰田​公司​选择​了​DIAdem​来​实现​此​目标。

 

另外,​该​公司​也​需要​对​数据​管理​增加​两​项​操作:​添加​规格​信息​和​让​每个人​都可以​搜索​数据。​与​传统​做法​一样,​数据​储存​在​文件​服务​器​中,​但是​新​系统​会​在​测试​完成​时​自动​创建​文件​夹,​然后​将​测试​数据​储存​在​该​文件​夹​中。​该​团队​还​建立​了​一项​机制​来​自动​为​文件​服务​器​中的​每​部分​数据​添加​相关​的​规格​信息。​更​重要​的是​他们​使用​DataFinder​服务​器​版本​为​规格​信息​数据​建立​索引,​以便​从​安装​有​DIAdem​的​客户​端​中​搜索​数据。​负责​分析​的​人员​可​搜索​所需​数据,​并​在​获得​数据​后​立即​使用​DIAdem​进行​分析。​丰田​公司​选择​了​NI​产品,​因此​有​机会​使用​自动​化​及​测量​系统​标准​化​组织​-​开​源​数据​(ASAM ODS),​以​满足​未来​扩展​之需。

 

Keimei Fujita​表示:“随着​测试​的​数量​与​类型​增加,​分析​需求​也​逐渐​增多,​这​代表​我们​需要​可​高度​自​定义​的​分析​工具。​就此​目标​而言,​我们​认为​DIAdem​是​一个​理想​选择。​DIAdem​所​提供​的​灵活​性​是​其他​产品​无法​比拟​的。​我们​也可以​使用​现有​文件​服务​器​来​管理​数据,​这​对​采用​DataFinder​服务​器​版本​几乎​没有​影响。”

 

促进​广泛​应用

如​前​所述,​该​团队​可​通过​基于​NI​产品​创建​的​机制​来​解决​传统​问题,​不过​这​仍有​不足​之​处。​丰田​公司​最初​引入​该​系统​的​部门​曾​耗费​时间​准备​了​不同​类型​的​系统,​并​将​其​与​开发​部门​分享。​然而​开发​部门​并​未​使用​这些​新​系统。​工作站​点​的​工程​师​不​愿意​改变​他们​的​一贯​做法,​他们​认为​学习​新​工具​会​很有​负担,​所以​这些​系统​未曾​大规模​普及。

 

丰田​了解​这​一点​后,​推出​了​新​计划​来​促进​新​系统​的​广泛​使用。​第​一个​计划​称为“渗透”(Penetration),​目标​是​找出​开发​部门​的​需求。​他们​与​开发​部门​的​特别​小组​建立​密切​合作​关系,​制定​了​三部曲​计划​-​了解​现况、​发现​问题、​采取​措施。

 

这项​计划​确定​的​后​续​需求​反应​在​分析​工具​的​开发​上。​他们​需要​一个​能够​快速​查找​数据、​迅速​整理​数据​并​以​常见​格式​展示​数据​的​函数。​但是​他们​的​思路​并非是​针对​特定​分析​工作​开发​专用​函数,​因为​这种​方法​难以​支持​大量​不同​类型​的​分析。​所以​他们​选择​了​名为“将​函数​集成​至​元件”(Integrating the Function Into Components)​的​方法。

 

该​方法​是​指​事先​编写​多个​基于​元件​的​函数,​然后​加以​组合​来​获得​所需​的​分析​函数。​这样​就​可以​快速​创建​每位​分析​员​都​愿意​使用​的​分析​函数。​实际​上,​他们​编写​了​分​层​函数​组。​分​层​函数​包括​适用​于​多个​领域​的​通用​函数、​适用​于​特定​领域​(例如​发动​机​等)​的​专用​函数,​以及​适用​于​特定​工作​的​独立​函数。​每​个​函数​都是​根据​DIAdem​所​创建​的​丰田​公司​专属​菜单​进行​编写,​可以​自由​组合。

 

丰田​公司​在​推动​该​计划​的​普及​时,​也​进行​了​内部​训练。​他们​每​个​月​举办​一次​小组​培训。​培训​的​内容​包括​DIAdem​的​基本​使用、​实际​操作​方法​以及​案例​演示,​以期​促进​新​系统​的​普及。

 

 

 

 

取得​显著​成效

在​将​所有​因素​纳入​考量​后,​该​团队​使用​上述​计划,​成功​缩短​问题​分析​所需​的​时间。​Fujita​表示:“比如,​其中​一个​部门​耗费​在​分析​作业​上​的​工时​减少​了​约​50%。​另外,​由于​可以​重复​使用​测试​数据,​团队​可以​减少​不必要​的​测试,​同时​提高​基于​模型​开发​的​精度。”此外,​该​团队​可在​短时间​内​从​不同​角度​进行​分析,​因此​他们​也能​受益​于​通过​更多​会议​讨论​分析​结果,​使​讨论​内容​更加​丰富​多样。

 

助力​未来​开发

如​前​所述,​丰田​需要​进行​各种​各样​的​测试。​他们​并​未​对​所有​测试​采取​应对​措施,​因此​希望​未来​能​拓展​新​系统​的​应用​范围。​例如,​他们​计划​采用CompactDAQ硬件​平台​来​采集​数据,​引入​LabVIEW​系统​设计​软件​来​进行​功能​评估​测试。​如此​一​来,​测试​站​点​的​团队​就​可以​使用​CompactDAQ​进行​各种​测量​任务​和​采集​数据,​并​使用​LabVIEW​开发​的​程序​来​组织​和​分析​典型​数据,​自动​添加​规格​信息。​另外,​团队​可​将​处理​过的​数据​储存​于​文件​服务​器​内,​并​结合​DataFinder​服务​器​版本​和​DIAdem,​开发​类似​于​合​规​性​测试​的​函数。

 

由于​NI​可​提供​各种​以​软件​为​中心​的​开放​式​平台​产品,​因此​丰田​公司​对​此​计划​的​未来​发展​也​胸有成竹。​NI​产品​与​其他​公司​的​产品​和​技术​具有​高度​的​连接​性​和​互​操作性。​他们​相信​可以​借此​创建​涵​盖​更​广泛​领域​的​解决​方案。

 

作者​信息:

Keimei Fujita
丰田​汽车​公司
​日本

图​1. ​ ​丰田​公司​基于​DIAdem​和​DataFinder​服务​器​版本​开发​的​系统 ​
图​2. ​ ​DIAdem​提供​了​所需​的​工具​来​帮助​用户​快速​查找​和​分析​测量​数据,​并​生成​相应​的​报表 ​
图​3. ​ ​DataFinder​服务​器​让​您​通过​网络​索引​测量​数据,​以便​一次​性​快速​搜索​并​访问​多个​客户​端的​数据 ​
图​4. ​ ​由于​测试​系统​的​复杂​性​和​要求​不断​提高,​高效​数据​管理​系统​的​重要性​日益​凸显 ​