TESTEN + PRÜFEN Integrated Testing als Softwarekonzept für komplexe Prüfstandsszenarien Von heterogenen Insellösungen zum modularen Applikationsbaukasten PAtools-TX-Bedienoberfläche Immer kürzere Entwicklungszeiten, steigende Variantenvielfalt und neue Herausforderungen durch emissionsarme Antriebskonzepte: Die Komplexität an den Prüfständen in der Automobilindustrie nimmt kontinuierlich zu. Was bedeutet dies für die eingesetzten Softwarelösungen? Anwendungen für die Automatisierung von Testabläufen, das Prüffeldmanagement und die Testdatenverwaltung müssen heute nahtlos integriert sein und sich schnell an veränderte Bedingungen anpassen lassen. Die Autoren: Detlef Naundorf, Executive Director Test Systems, und Richard Ziegler, Head of Software Engineering, Kratzer Automation, Unterschleißheim Die Anforderungen an die in Prüffeldern eingesetzte Software sind in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Prüffelder für Elektround Hybridfahrzeuge vereinen beispielsweise eine Vielzahl unterschiedlicher Anlagen – von Testsystemen für Batterien oder Brennstoffzellen über Prüfstände für Elektromotoren und Antriebsstränge bis zu hin zu Werkstätten, Lagern, Befundungsplätzen und Laboren. Mit isolierten Softwarelösungen lassen sich diese Prüffelder nicht effizient betreiben. Daher setzten mittlerweile zahlreiche Unternehmen auf das Konzept Integrated Testing – eine durchgängige Lösungsarchitektur, die Prüfstandsautomatisierung, Prüffeldmanage ment und Testdatenmanagement zusammenführt. Ziel dieses Ansatzes ist es, das Datenmanagement zu standardisieren und ein Automatisierungssystem einzuführen, das für alle Prüfstandstypen geeignet ist. Die Software für Integrated Testing muss möglichst einfach konfigurierbar sein, um die spezifischen Anforderungen einzelner Prüfsysteme abdecken zu können. Grundlage dafür ist ein Datenmodell, das auf Modulen und Schnittstellen basiert. Gekapselte Funktionalitäten helfen dem Anwender, die wachsende Komplexität in den Griff zu bekommen und unterschiedliche Subsysteme flexibel zu integrieren. Das Prüfstandsautomatisierungssystem PAtools TX von Kratzer Automation löst diese Herausforderung durch die Trennung eines Kernsystems von individualisierbaren Applikationsmodulen. Anwender der Lösung können heute aus einem Applikationsbaukasten mit etwa 100 sofort einsetzbaren Modulen auswählen und so die Basisfunktionalität des Kernsystems sehr schnell an ihre Anforderungen anpassen. Das Angebot reicht dabei von Treibermodulen, mit denen externe Geräte angesteuert werden (z. B. Messanlagen, Fahr roboter oder Klimakammern), bis hin zu funktionalen Modulen, die eine in sich geschlossene Software-Funktion abbilden – wie etwa ein BDE-Modul zur Betriebsdatenerfassung. Bild: Kratzer Automation Hohe Flexibilität trotz Standardisierung Durch anwenderspezifisch konfigurierbare Teile der Module ist es möglich, individuelle Ergänzungen oder Funktionalität in ein Modul einzubringen. Anwender können dabei nicht nur vorgegebene Parameter anpassen und Ablaufsequenzen bearbeiten, sondern die Bausteine komplett modifizieren und neu kombinieren und somit die Lösung völlig neu auslegen. Für die Anpassung der Module stehen beispielsweise in PAtools TX leistungsfähige Methoden und Werkzeuge zur Verfügung. Dazu gehören ein Konfigurator zur datenbankgestützten Modellierung und Verwaltung von Testaufgaben, eine grafische Programmierlösung für die Erstellung von Zustandsautomaten und ein grafischer Designer zur freien Gestaltung der Benutzeroberflächen. Die Vorteile der objektorientierten Softwareentwicklung werden durch diesen anwenderorientierten, modularen Ansatz auch für Nicht-Informatiker auf komfortable Weise nutzbar. Moderne Softwarearchitekturen im Prüffeld 56 AutomobilKonstruktion 4/2016
zeichnen sich darüber hinaus durch hohe Anwendungs-Performance und einfache Skalierbarkeit bei wachsenden Anforderungen aus. Idealerweise läuft die Automatisierungssoftware auf einem Echtzeitbetriebssystem, das schnelle Reaktionszeiten bis in den Nanosekundenbereich bietet, um die hohen Anforderungen an Signalverarbeitung, Regelung und Simulation zu erfüllen. Neue Technologien wie die PAtools Realtime Multi Slot Technology erschließen zudem die Leistungsfähigkeit moderner Multicore-Prozessoren auch unter Echtzeitbedingungen. In sich gekapselte Komponenten wie Treiber, Modelle oder ganze Tests werden dabei an vom Echtzeitsystem bereitgestellte Slots gekoppelt und parallel verarbeitet. Auf diese Weise lassen sich mehrere Prüfaufgaben gleichzeitig auf einem Echtzeitrechner ausführen. Ein typisches Anwendungsszenario dafür ist beispielsweise der Test mehrerer Batteriezellen in einer gemeinsamen Klimakammer. Jede dieser Zellen wird mit einem sogenannten Cycler einem definierten Lade- und Entlade - zyklus unterzogen. Die Multi Slot Technology ermöglicht es nun, die Testzyklen der einzelnen Zellen unabhängig voneinander auf demselben Echtzeitrechner auszuführen. In anderen Szenarien ist es ebenso möglich, die Verarbeitung sehr komplexer Prüfaufgaben auf mehrere Hardware-Systeme zu verteilen. Bei der Nutzung der Software am Prüfstand ist in den letzten Jahren das Thema Usability viel stärker in den Fokus gerückt. Anwender erwarten heute von ihrer Software eine Bedienbarkeit, die mit dem Komfort moderner Mobilgeräte vergleichbar ist. Aktuelle Prüfstandslösungen zeichnen sich daher durch einfache Menüführung, intuitive Steuerung und vielfältige Visualisierungsmöglichkeiten aus. Adaptive Benutzeroberflächen passen sich zudem automatisch an unterschiedliche Hardware-Plattformen an. Ganz gleich, ob der Anwender mit dem Notebook oder Tablet arbeitet oder eine Arbeitsstation mit einem 4K-Bildschirm nutzt: Er sieht in jeder Situation eine Benutzeroberfläche, die für sein Endgerät optimiert ist. Integrated Testing setzt jedoch nicht nur leistungsfähige Software für die Prüfstandsautomatisierung voraus, sondern erfordert auch Werkzeuge für ein effizientes Prüffeld- und Testdatenmanagement. Lösungen wie die TestXplorer-Suite von Kratzer Automation helfen den Betreibern des Prüffelds, die vorhandenen Prüfsysteme optimal auszulasten und die Vielzahl an gewonnenen Daten möglichst einfach und sicher zugänglich zu machen. Am Beispiel eines Prüffelds für Elektrobatterien wird der Nutzen derartiger Lösungen deutlich. Da hier typischerweise eine sehr große Anzahl von Prüflingen gleichzeitig getestet werden, spielt die enge Verzahnung von Prüffeldmanagement und Automatisierung eine zentrale Rolle. Nicht selten werden in einem Batterieprüffeld mehr als 100 Zellen und mehrere Batteriemodule und -packs gleichzeitig getestet. Damit kommt insbesondere der Planung und Steuerung der Arbeitsabläufe sowie der Rückverfolgbarkeit eine große Bedeutung zu. Alle Daten, die im Prüffeldmanagement zu einer bestimmten Batterie gespeichert sind – wie z. B. Leistungsparameter und Nominalwerte – sollten auch sofort im Automatisierungssystem zur Verfügung stehen. Auf diese Weise können doppelte Eingaben und aufwendige Datenexporte vermieden werden. Mehr Effizienz und Transparenz im Prüffeld Ziel von Integrated Testing ist, durchgängige, transparente Prozesse vom Wareneingang über den Prüfauftrag bis zur Freigabe der Prüfergebnisse zu schaffen. Dadurch erhalten Anwender einen vollständigen Überblick über den aktuellen Zustand der Prüfstände und Prüfabläufe im Prüffeld. Auf Basis dieser Informationen lassen sich Prüfaufträge effizienter planen und verwalten und die Nutzung der Ressourcen in einem Prüffeld optimieren. Eine weitere Schlüsselanforderung ist die sichere Ablage der wertvollen Testergebnisse. Die TestXplorer-Suite von Kratzer Automation indiziert beispielsweise Testergebnisdaten vollautomatisch und legt sie als eindeutige Meta-Daten im zentralen Testdaten-Managementsystem ab. Über ein Web-basiertes Portal Einzelzelltester können diese Informationen unternehmensweit mit einheitlichen Suchkriterien recherchiert, abgerufen und an weiterverarbeitende Systeme übergeben werden. Dies vereinfacht nicht nur die Auswertung der Testergebnisse, sondern stellt auch eine lückenlose Rückverfolgbarkeit sicher. Insbesondere für Produktzertifizierung und Produkthaftung muss jederzeit nachvollziehbar sein, unter welchen Bedingungen bestimmte Testergebnisse zustande gekommen sind. Auch bei Softwarelösungen für das Testdatenund Prüffeldmanagement sind heute Modularität und Flexibilität gefragt. Anwender müssen in der Lage sein, die spezifischen Bedingungen und Abläufe im Prüffeld möglichst ohne Programmieraufwand abzubilden. Zu den wichtigsten Anforderungen gehört dabei ein integriertes Rollen- und Rechtekonzept, das auf die jeweils vorhandenen Benutzergruppen (wie z. B. Prüffeldtechniker, Disponenten, Testdesigner) zugeschnitten ist. In diesem Konzept wird regelbasiert festgelegt, welche Werkzeuge ein Anwender benutzen darf und auf welche Daten er Zugriff erhält. Nach der Anmeldung am System sollten ihm nur die Funktionen angezeigt werden, die er für seine Aufgaben im Prozess tatsächlich benötigt. Aus diesem Grund ist es bei jedem Softwareprojekt unerlässlich, die Workflows von Anfang an aus der Anwenderperspektive zu betrachten und in Workshops mit den verschiedenen Benutzergruppen die jeweils spezifischen Anforderungen zu erfassen. Nur so lassen sich Lösungen für Integrated Testing erfolgreich in komplexen Prüffeldern umsetzen. Kratzer Automation AG, Tel.: +49 89 32152-0, info@kratzer-automation.com, www.kratzer-automation.com Bild: Kratzer Automation 4/2016 AutomobilKonstruktion 57
