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FORD DUNTON POWERTRAIN
TEST & DEVELOPMENT EFFICIENCY
PILOT
L. Bellamy, S. Palmer, P. Beck, B. Ellison
Ford Motor Company, Dunton, Great Britain
W. Graupner, Ph. Williams
AVL List GmbH, Graz, Austria
A. Ney
AVL Europe ITS, Wiesbaden, Germany
R. Osborne
AVL UK ITS, Basildon, Great Britain

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    FORD DUNTON POWERTRAIN FORD DUNTON POWERTRAIN PILOT FORD DUNTON POWERTRAIN FORD DUNTON POWERTRAIN PILOT Document Transcript

    • 16
    • EFFIZIENZ PILOT PROJEKT IN ANTRIEBSSTRANG TEST & ENTWICKLUNG BEI FORD DUNTON FORD DUNTON POWERTRAIN TEST & DEVELOPMENT EFFICIENCY PILOT L. Bellamy, S. Palmer, P. Beck, B. Ellison Ford Motor Company, Dunton, Great Britain W. Graupner, Ph. Williams AVL List GmbH, Graz, Austria A. Ney AVL Europe ITS, Wiesbaden, Germany R. Osborne AVL UK ITS, Basildon, Great Britain 17
    • 1 Abstract Ford Powertrain Test & Development together with AVL imple- mented a 12 month Efficiency Pilot study. Three test rooms were con- verted to high efficiency capability yielding an approximately doub- ling in test productivity. This was achieved through a combination of change in Process, Tools and Attitude / Skills of People. Following problem definition and a needs assessment study three development tasks were selected: (1) Gasoline Calibration mapping. (2) Diesel Emissions calibration. (3) Gasoline Thermodynamic development. A limited infrastructure update was completed to achieve required test room standards and control and automation tools were then installed. Quick change pallet capability was introduced into two rooms together with a palletisation preparation area. The largest opportunity for increased utilization was to harness time when the test room was previously shut down. Increased utilization was achieved by running during unattended periods under auto- mated control. Work that did not directly contribute to test room out- put was removed off-line through the Quick change pallet capability. Pallet exchange capability for engine running-to-running with full parameterization update is consistently within the 20 minutes target and ex- change in under 7 minutes proven. The pilot directly supported Calibration program delivery for two Powertrain applications – a gasoline Boosted Direct injection with VVT unit and a diesel HPCR unit with VNT application. New test automation methods were introduced into the Dunton facility in- cluding real time controller capability with limit reaction for gasoline development and On-line adaptive DoE capability for diesel Calibration development applications. With enablers in place utilization doubled. Data Quality measure of data points First Time through substantially improved with less than 6% repeats required. A new metric measuring amount of data re- quired per task was identified. This paper highlights a cultural change that been has been started within Powertrain testing and development activities to meet current and future Powertrain development program requirements both increasing the speed and flexibility in testing and hence program delivery. Any change in working practices and culture within a large organization is challenging compared to developing new methodolo- gies in isolation. The respective changes introduced with the pilot efficiency study were considerable. 2 Introduction Dunton (UK) is one of two Ford Motor Company global hubs for powertrain development. Within the European region the Dunton engineering & test facility is supported by Merkenich (DEU) and Gebze (TUR) facilities. Dunton’s 100 Dyno test facility is split into Development and Durability test rooms with a number of differing test wings which have been built and modernized progressively over a 40 year time period. Increasing powertrain complexity has placed greater demands on the test facility capability, the processes and interac- tions between the development and test organizations. In addition the increasingly tough business environment has required efficiency actions be taken. This combined has placed stress onto the existing operation and team. A new integrated systems engineering approach 18 1 Kurzfassung Die Ford Antriebsstrangprüfung & Entwicklung hat eine 12 Monate dauernde Effizienz Pilotstudie mit AVL durchgeführt. Drei Prüfstände wurden in Prüfstände hoher Effizienz umgewandelt – dabei wurde die Prüfproduktivität in etwa verdoppelt. Dies wurde durch eine Kombination der Änderung in Verfahren, Werkzeugen und Fähigkei- ten von Leuten erreicht für drei ausgewählte Entwicklungsaufgabe: (1) Benzinmotorkalibrierung. (2) Dieselmotorkalibrierung. (3) Thermodynamik Entwicklung Benzin. Nach Infrastrukturverbesserungen auf einen Prüfstandstandard wur- den Steuerung und Automatisierungswerkzeuge installiert. Schnell- wechselpaletten wurden in zwei Prüfständen zusammen mit einem Test Vorbereitungsprüfstand eingeführt. Die größte Gelegenheit für vermehrte Produktivität war, jene Zeit nutzbar zu machen, in denen die Prüfstände gestoppt waren. Diese Erhöhung wurde durch auto- matisierten unbemannten Betrieb erreicht. Arbeiten, die nicht direkt zum Prüfen beitragen, wurden durch das Schnellwechselsystem aus dem Prüfstand entfernt. Palettentausch, von „Motor aus“ zu „neuer Motor an“ mit voller Parametrisierungsaktualisierung wurde typisch innerhalb von 20 Minuten realisiert – die Minimalzeit betrug weniger als 7 Minuten. Das Pilotprojekt hat direkt zwei laufende Antriebsstrangprojekte unterstützt – einmal Benzin Direkteinspritzung mit VVT Einheit, ande- rerseits eine Diesel HPCR Einheit mit VNT Anwendung. Neue Prü- fungsautomationsmethoden wurden in Dunton verwendet ein- schließlich Echtzeitreglern mit Limitkontrolle in der Benzinentwick- lung und Online-adaptive DoE Leistungsumfang für die Diesel Kali- brierung. Mit diesen Maßnahmen wurde die Prüfstandsauslastung verdoppelt. Die Datenqualität gemessen in „first time through” wurde wesent- lich verbessert mit einem erreichten Wiederholungsgrad von 6%. Die Maßzahl „Daten pro Zeit” wurde als neue Metrik identifiziert. Dieser Bericht beschreibt auch eine Änderung der Arbeitskultur, die initiiert wurde innerhalb Antriebsstrang Prüfung und Entwicklung, mit dem Ziel, gegenwärtige und zukünftige Antriebsstrang Entwicklung Pro- grammanforderungen zu bewältigen. Durch Erhöhung von Ge- schwindigkeit und die Flexibilität bei der Prüfung und in der Ent- wicklung. Jede Änderung in Arbeitspraxis und Kultur innerhalb einer großen Organisation ist wesentlich herausfordernder als das Ent- wickeln von neuer Methodik in Isolation. Die Änderungen, die mit dem Pilotprojekt eingeführt wurden, waren beträchtlich. 2 Einleitung In Dunton, England, besteht eines von zwei Ford-Zentren der globa- len Antriebsstrangentwicklung. Innerhalb Europas wird Dunton durch Merkenich (DEU) und Gebze (TUR) unterstützt. Die 100-Dyno-Prüf- stätte Dunton arbeitet für Entwicklung und Dauerlauf in mehreren Gebäudetrakten. Diese wurden gebaut und modernisiert über einen 40 jährigen Zeitraum. Die Erhöhung der Antriebsstrangkomplexität hat größere Nachfrage an Prüfkapazität generiert, aber auch neue Anforderungen an die Verfahren und die Wechselwirkungen zwi- schen der Entwicklung und den Prüfungsorganisationen. Zusätzlich hat die härter werdende Geschäftsumgebung Effizienz- steigerungsmassnahmen nahegelegt. All dies zusammen hat Spannung im existierenden Betrieb erzeug. Neue Systeme sind ein- gerichtet worden, die in kürzere Zeit ermöglichen sollen, bessere
    • 19 has been established to enable the competing requirements of faster time to market, increasing complexity and greater business effi- ciency targets to be achieved. To fast track from theory into demonstrable proof of concept an efficiency pilot was chosen to be run on site within the Dunton powertrain development laboratory integrated with Ford and AVL personnel on site. The AVL team introduced new tools, knowledge and knowhow on site with the tar- get of migrating this capability into the Ford team as part of a cultural change. To gain better understanding for addressing future requirements the study was applied on live en- gineering development programs which required specific teak delivery and be phased over a 12 month timeframe. Fundamental to the project were the measures and metrics to be applied. The team applied a base target of doubling the test room utilization efficiency from 40 to 80% and also applied an effective- ness measure with focus on the number of test points produced. Also introduced was a data quality measure in terms of percentage data points achieved first time through. This provided the basis for a balanced scorecard for the project to measure task performance by. To support this objective significant increase in test efficiency apply- ing new process and methods was required; essentially more Dyno time was needed to be spent running with guaranteed engine or unit under test safety producing a greater proportion precise, repeatable and reproducible data points to enable greater confidence in the results. To deliver this task a multi-test room upgrade was performed in- cluding significant hardware and software updates to three test rooms together with new processes to maximize test efficiency of the high asset value and running expense Dyno facilities. In addition the knowledge and knowhow of teams operating the test rooms were developed to provide an integrated development & test capability. The tasks chosen included (1) Gasoline air-charge determination mapping tasks applied to powertrain with Direct injection, Boosting with Variable inlet & exhaust cam timing features, (2) Diesel deve- lopment calibration optimization tasks utilizing adaptive on-line DoE techniques and (3) Gasoline engine performance development tasks focused on delivering precise and accurate testing through appli- cation of automated techniques. All three main tasks were applied to high priority engineering development programs and had set delivery requirements supporting program input and direction. Automated testing techniques using both internal Ford tools and external available tools such as Puma Open & CAMEO © are in appli- cation within Dunton Technical Centre. However the major feature of this project was the focus placed on total efficiency and delivery of tasks over time rather than focus on specific tool-set capabilities. Effectively the team was looking to support Engineering by providing the data required quickly, efficiently and accurately in the form the internal customer team required. Produkte auf den Markt zu bringen, während höhere Komplexität und höhere Geschäftswirkungsgrade erreicht werden. Um schnell zu agieren von Theorie in beweisbare Praxis wurde ein Pilotprojektan- satz gewählt im Dunton Antriebsstrangs-Entwicklung-Labors – mit Ford und AVL Personal in einem Team. Die AVL Mannschaft hat neue Werkzeuge, Kenntnisse und Knowhow eingebracht mit dem Ziel die Fähigkeiten in die Ford-Mannschaft als Teil einer kulturellen Ände- rung einzubringen. Um besseres Verständnis für Lö- sungen zukünftiger Anforderun- gen zu generieren, wurde das Pro- jekt angewandt auf laufende Ent- wicklungsprogramme, die sehr spezifische Aufgaben aus dem Prüfbereich anrufen. Zeitdauer des Projektes war 1 Jahr. Grundlage des Projektes waren Produktivi- tätsmetriken wie im Kapitel 6 diskutiert. Die Mannschaft hat ein Grundziel definiert – die Prüf- standsauslastung von 40 auf 80 % zu verdoppeln mit Zusatzfokus auf die Anzahl von Datenpunkten pro Zeit. Weiters wurde eine Daten- qualitätsmetrik eingeführt, als Prozentsatz guter Datenpunkte der ersten Messung („first time through“). Dies hat die Basis ge- schaffen für einen balancierten Plan für das Projekt, abgesichert durch konstante Messung der Performance. Um das Ziel „Zunahme in Prüfungswirkungsgrad“ zu erreichen, wur- den neue Verfahren und Methoden verwendet. Im Wesentlichen wurde die Laufzeit mit garantierten Bedingungen des Motors und der Testumgebung, größtmöglicher Sicherheit für den Prototypen und die Datenqualität massiv erhöht. Der Anteil präziser und wiederholbarer Daten wurde erhöht und größeres Vertrauen in die Ergebnisse eta- bliert. Um diese Dinge zu liefern wurden mehrere Prüfstände umge- staltet, einschließlich Hardware- und Softwareaktualisierungen in drei Prüfständen. Mit dem Prüfungswirkungsgrad wurde auch der Nutzen bestehender Investitionen maximiert. Zusätzlich wurden die Kenntnisse und das Knowhow der Mannschaften weiterentwickeltet, eine integrierte Entwicklungs- & Prüfungsumgebung zu bedienen. Die Aufgaben waren die folgenden drei: (1) Benzin aircharge deter- mination, (2) Dieselkalibrierung mit Online-Adaptive-DoE Verfahren und (3) Benzin Motorentwicklungsaufgaben – in allen Fällen kon- zentriert auf Liefern von präziser und genauer Tests durch Anwen- dung von automatisierten Verfahren. Alle drei Aufgaben hatten hohe Priorität in laufenden Entwicklungsprogrammen. Automatisierte Verfahren benutzten sowohl Ford Werkzeuge als auch kommerziell verfügbare Werkzeuge wie zum Beispiel Puma Open oder CAMEO ©. Das Hauptkennzeichen dieses Projekts war der Fokus auf dem gesamten Wirkungsgrad und Lieferung von Tests für Entwicklungs- aufgaben – nicht auf spezifischen Werkzeugen. Der Prüfbereich ziel- te darauf ab, die Entwicklung mit Daten schnell zu beliefern und diese in Form und Qualität nach (Ford-interner) Kundenanforderung zu liefern. Abbildung 1: Integrierter Ansatz Figure 1: Integrated Approach
    • 20 2.1 Business Overview The One Ford business strategy [1] of One Team, Plan and Goal is designed to lead a product transformation by delivering more vehicles worldwide from fewer core platforms enabling reduced costs by allowing increased usage of common parts and systems. The stra- tegy combined with competitive cost and resource pressure required faster and more efficient means of delivery to market. All Ford pro- grams utilize a common Global product development system (GPDS) to manage by and enable delivery via Key milestone and gateway targets. In addition legislative and competitive market pressure placed in- creased technical demands on the Test & Development Facility, Team and System for application both within Diesel & Gasoline based Programs. The Ford Powertrain dynamometer based development resource is globally spread with a combined test field of approxi- mately 250 Dynos with 100 Dynos located within the Dunton encompassing a diverse range of functional, environmental, and technical capabilities. Significant test facility updates have occurred over this time period, however until this project recent technical automation, experimentation and control capabilities had not been fully leveraged. Ford have worked with AVL for more than twenty five years deve- loping a strong relationship moving from equipment supply through to provision of engineering expertise and services supporting both Development and Test organizations. Following an initial business case review Ford wished to further understand the capabilities offered via new a new partnered appro- ach to solving the product development requirements generated by new and difficult to apply technologies within the existing test field operation. The pilot project in partnership with AVL was developed to demonstrate latest level Powertrain development process, methodology and tools to support benchmark delivery in cost and timing efficiency for specific deve- lopment tasks. The project also intended to develop the interactions and work flow in particular within and bet- ween the Engineering and the Test delivery organizations. The vision being to move from a historic division of labor approach to a team based concurrent set-based engineering approach and thus promotes the need for Cultural change. To increase productivity, organiza- tions historically separated with effectively division of labor bet- ween departments particularly within the West. This now leads to issues with complexity and de- livery within the execution pro- cess due to changing require- ments. As the powertrain testing task grew in complexity, the number and level of interfaces also grew leading to issues with separate 2.1 Überblick zur Geschäftslage In der „One Ford“ Geschäftsstrategie [1], werden Plan und Ziel be- schrieben, eine Produktumgestaltung durch Liefern von mehr Fahr- zeugen zu erreichen, die weltweit gekennzeichnet sind durch weni- ger Kernplattformen. Verringerte Kosten werden erreicht durch den vermehrten Gebrauch von gemeinsamen Teilen und Systemen. Diese Strategie, kombiniert mit Kosten- und Ressourcendruck erfordert schnellere und wirksamere Methoden, neue Produkte auf den Markt zu bringen. Alle Ford Programme verwenden ein gemeinsames Globales Produkt- entwicklungssystem (GPDS). Dieses verwaltet Schlüsselziele und deren Einflussgrößen. Zusätzlicher Druck seitens der Legislative und seitens des Marktes erhöht die Anforderungen an Prüfung & Entwick- lungseinrichtungen, deren Mannschaft sowie Systeme Diesel & auf Benzin basierte Programme schneller umzusetzen. Ford betreibt in der Antriebsstrangentwicklung weltweit etwa 250 Bremsen – davon etwa 100 in Dunton. Bedeutsame Modernisierungen stattgefunden, jedoch bis dato wurden neue Automatisierungslösungen und Testverfahren nicht voll ausgereizt. Ford hat mit AVL in über 25 Jahren eine starke Zusammenarbeit ent- wickelt – von der Gerätelieferung über die Engineering Dienstleis- tung, die sowohl Entwicklung als auch Prüffeld unterstützt. Basierend auf Diskussionen zu Anforderungen des Antriebsstrang Geschäfts- bereichs wollte Ford herausfinden, wie weit das Leistungsvermögen in der Produktentwicklung erhöht werden könne durch Einsatz neuer Technologien und Abläufe innerhalb des existierenden Prüffeld- betriebs. Das Pilotprojekt in Partnerschaft mit AVL wurde entwickelt, um den Beststand der Technik in Antriebsstrang Entwicklung einzusetzen – Methodik und Werkzeuge, wurden evaluiert hinsichtlich Einfluss auf Kosten und Lieferfähigkeit für spe- zifische Entwicklungsaufgaben. Das Projekt hatte auch zum Ziel, die Wechselwirkungen und Ar- beitsabläufe vor allem zwischen Entwicklung und Test zu verbes- sern. Die Perspektive geht von einer historischen Arbeitsteilung über zu einer teamorientierten Ar- beitsweise und erfordert daher auch die Anpassung der Arbeits- kultur. Um die Produktivität zu erhöhen, haben Organisationen historisch mit Arbeitsverteilung zwischen Abteilungen betrieben. Dies führt zu Problemen mit Komplexität und Liefertreue sobald sich Randbedin- gungen stark verändern. Als die Antriebsstrangprüfungs- aufgabe in Komplexität gewach- sen ist, sind die Zahl und die Leis- tungsfähigkeit von Schnittstellen gewachsen. Dies führt zu Prob- lemen mit getrennten Prüfungs- & Entwicklungsorganisationen, die jeweils ihre Bereiche unabhängig optimieren ohne eine globales Optimum zu erreichen. Abbildung 2: Historische Arbeitsteilung Figure 2: Historic Division of Labor Abbildung 3: Arbeitsteilung gegenüber Teamwork Figure 3: Work split vs. Teamwork
    • 21 test & development organizations effectively optimizing respective organizations independently and thus not providing a complete and integrated systems solution. Increasing powertrain delivery requirements has increased powertrain feature content cau- sing increased the powertrain con- trol module [PCM] degrees of freedom as shown in Figure 4. This in turn increases the required test duration using current test methods due to the greater num- ber of control factors. This is likely to be an increasing trend due to further Fuel Economy & Emissions requirements, HEV and EV in due course. Conventional one factor at a time test approach results in an exponential growth in time re- quired for development test pro- gram delivery. Consequently both quicker more efficient methods are required applying automation, efficient test design and use of re- sources, this representing a signifi- cant change approach taken by test and development activities. 3 Conceptual Approach In order to drive efficiency all levers need to be understood and prioritized in order to select the initial key factor to focus on. The project’s objective was to demon- strate the efficiency benefit gained via a new way of delivering Dyno based Powertrain development. The project was split into three key areas – People, including capabi- lity, knowledge and knowhow at all levels, Process, with an objec- tive of minimizing non value add time within the test room and the Tools to enable the capability to be delivered by the team. The project deliverables included need to demonstrate Industry leading quality for test data & calibration deliverables including Right first time, Flexibility & Speed of operation. This key enabler for cost and effective delivery of the Powertrain development process. This required the project to be split into three sections, Automation, Methodology and Palletisation. Without change and adaption the expected year over year Business and delivery efficiency requirements will cause stress within an orga- nization. This shrinking pain concept is shown in Figure 5. As an organization shrinks in size with carry over delivery requirements the capacity to support work and process flow within an organization will diminish. If the task is important it will be supported, if however it is not equally valued then the bonds will be stressed and the task Die Erhöhung der Antriebsstrang- komplexität hat den Gehalt an technischen Lösungen erhöht womit sich die Freiheitsgrade des Powertrain Control Modules [PCM] wie in Abbildung 4 gezeigt, erhöht haben. Dies erhöht wiede- rum die erforderliche Prüfung wenn weiterhin unveränderte Prüfmethoden verwendet werden. Diese Tendenz wird verstärkt durch neue Antriebsstrangtech- nologien wie Hybrid und Elektro- fahrzeugt. Auf Basis konventionel- ler Technik führt das zu einem exponentiellen Wachstum der Testaufwände. Folglich werden wirksamere Methoden, die Ver- wendung von Automatisierung, sowie ein effektiveres Entwerfen von Prüfstrategien benötigt, um den Anstieg im Gebrauch von Ressourcen zu limitieren. Dies erfordert eine Änderung in der Arbeitsweise in Prüfung und Entwicklung. 3 Konzeptioneller Ansatz Um den Wirkungsgrad zu erhöhen müssen zunächst alle Hebel und verstanden werden, um Prioritäten zu setzen und sich auf die Schlüsselfaktoren zu konzentrie- ren. Das Ziel des Projekts war, den Wirkungsgradvorteil zu demon- strieren, der über einen neuen Weg von erreicht wird in der An- triebsstrang Entwicklung am Motorprüfstand. Das Projekt wurde in drei Schlüsselgebiete geteilt – (1) Personen, einschließ- lich Leistungsvermögen, Kenntnis und Knowhow auf allen Ebenen, (2) Verfahren, mit dem Ziel des Minimierens nichtproduktiver Zeit innerhalb der Prüfzelle und (3) Werkzeuge. Abbildung 4: Wachsende Komplexität im Antriebsstrangprüfverfahren, Freiheitsgrade der ECU (Engine Control Unit). Figure 4: Growing complexities in PT testing, Degrees of Freedom of the ECU Abbildung 5: „Shrinking Pain“ als Folge der Organisationsveränderung [3] Figure 5: Shrinking Pain created as organization reduces [3]
    • will not be fully supported unless intervention or “glue” is provided. Examples of a “work around” include the dependence on external to the organization automation specialists to deliver a task. The real need is for the organization to adapt and react to change by under- standing internal and external customer requirements. Then by deve- loping capability and knowledge, this enables new more efficient process to develop thus eliminating the gaps. We become better able to fulfilling the customer requirements in the most efficient way. Thus Test becomes lean AND closes the gap to Engineering and thus overcomes shrinking pain and gap. 4 Identify All Levers When looking at a typical Powertrain development process output or task, an engine calibration may serve as a good example. The con- cept is shown in Figure 6. Following the equation and using the example proposed we need to look at 5 expressions: Results / Time: this is the main result of the equation – it describes a task in the development process being delivered within a specific time. In “our example” an engine calibration in 3 months. The other 4 expressions in the equation contribute to this expression in a mul- tiplicative way – i.e. any relative improvement in each of those 4 expressions can also be seen with the same percentage in the main result. The expression Result / Good data describe the engineering approach chosen – this is not influenced by test operations. In our examples this could be e.g. 1 engine calibration per 9000 data points. This means, test operations need to deliver 9000 good data points to enable engineering to calibrate an engine. If engineering is able to reduce this requirement by 900 data points, test efforts are reduced by 10% and the efficiency is increased by about 11%. The expression of Good data / Total data addresses the quality of the data gathering approach, which is mainly influenced by test operations. This is also referred to as “first time through”, expressing the expectation that all data points are good data points. For our examples here we assume 9000 required good data points vs. 11.000 data points actually taken due to the need of having to repeat 2000 data points. The expression Total data / Runtime refers' to the data gathering rate. It describes all data gathered divided by the runtime required. In this example 11.000 data points gathered in 1100 hours. The Runtime / Time function describes the facility utilization achieved in the test field – this is expressed as the ratio of runtime and available time. The latter being 24 hours a day and equivalent to 144 hours for a 6 day work week. As stated before, in the equation above one contribution is mainly engineering controlled: the amount of good data needed for a particular result. The other three are mainly under the control of test operations if adequate test orders were placed by enginee- ring. In order to give a complete view on the strategy chosen we need to add that Effectiveness is doing the right things: in the equation above this refers to the amount of good data needed and to the good- 22 4 Identifizieren aller Hebel Die Projektziele inkludierten die Demonstration höchster Standards der Industrie in Qualität der Prüfungsdaten, Kalibrierung sowie Flexi- bilität & Geschwindigkeit des Betriebs. Dies sind Schlüsselgrössen für Kosten und effektive Durchführung des Antriebsstrangs Entwicklung Prozesses. Dies erfordert, dass das Projekt in drei Abschnitte, Automation, Methodik und Palettenprozesse gespalten wird. Ohne Anpassung erzeugen die Jahr für Jahr durch Geschäfts- und Lieferungswirkungsgrad-Anforderungen bedingten Verbesserungen Spannung innerhalb einer Organisation verursachen. Diese Spannung wird beschrieben durch den Begriff „Shrinking Pain“ (Schrum- pfungsschmerz) – siehe Abbildung 5. Wenn eine Organisation schrumpft ohne die Lieferungsbedingungen und Verfahrensabläufe innerhalb einer Organisation anzupassen geht die Lieferfähigkeit gegen Null. Wichtige Aufgaben werden weiterhin wahrgenommen, als unwichtig eingeschätzte nicht. Somit zerbrechen die Verbindungen zwischen den Organisationen außer man stellt „Klebstoff“ (Glue) zur Verfügung. Ein Beispiel für solchen Klebstoff ist z.B. die Abhängigkeit von exter- nen Test Experten um eine Aufgabe zu erfüllen während das wirkli- che Bedürfnis ist, die Organisation anzupassen und adäquat zu rea- gieren auf innere und äußere Kundenbedingungen. Durch die Weiterentwicklung von Fähigkeiten und Wissen werden neue wirksa- mere Verfahren geschaffen, die entstehenden Lücken zu beseitigen. Man ist dann besser in der Lage die Kundenanforderungen zu erfül- len. Folglich wird die Organisation schlanker und die Lücken ver- schwinden. Für den Antriebsstrang Entwicklungsprozess kann eine Motorkali- brierung als gutes Beispiel dienen für ein typisches Resultat. Die ent- sprechende Gleichung ist in Abbildung 6 gezeigt. Die Gleichung zeigt, dass man 5 Ausdrücke analysieren muss: Ergebnisse / Zeit: dies ist das Hauptergebnis der Gleichung – es beschreibt eine Aufgabe im Ent- wicklungsverfahren die pro Zeit geliefert wird. Z.B. eine Motorkali- brierung in 3 Monaten. Die ande- ren 4 Ausdrücke in der Gleichung tragen zu diesem Ausdruck in einem multiplikativen Prozess bei – d.h. irgendeine relative Verbes- serung in jedem der 4 Ausdrücke schlägt mit demselben Prozentsatz auf das Gesamtresultat durch. Der Ausdruck „results/good data“ beschreibt den Entwick- lungsansatz – vom Prüfbetrieb nicht beeinflusst. In unserem Beispiel könnte das z.B. 1 Motor pro 9000 Datenpunkte sein. Dies Abbildung 6: Die 4 Hebel aus der Test-Gleichung - * Eine Motorkalibrierung ist ein typisches „Result”. ** „Time“ ist gerechnet in Kalenderzeit, um das Resultat zu liefern. Figure 6: The 4 Levers from the Testing Equation - * An engine calibration would represent a typical Result. ** Time addresses the urgency of delivering the result.
    • 23 data-to-total-data-ratio which one wants to be as close as possible to 1. Efficiency refers to how well the required actions are completed, this means gathering data fast and utilizing the facility with the right level of resource applied. For any performance improvement or optimization project in testing it makes sense to compare the current values of the 4 expressions to the state of the art in order to identify the levers with the best return on invest (ROI) 4.1 Focus on Utilization When improving the product- ivity of a test field, utilization is a key factor as expressed in the equation above (Runtime / Time). Moreover utilization also is an important key per- formance indicator for control- lers as it shows how invest- ment is utilized. Furthermore a functional reporting on utiliza- tion also allows identification of the main measures required to maximize utilization. Figure 7 describes the initial situation. The facility is staffed on a two (day& late) shift basis with an unattended bedeutet, die Prüfstandsbetreiber müssen 9000 gute Datenpunkte liefern, um der Entwicklung zu ermöglichen, einen Motor zu kalibrie- ren. Wenn die Entwicklung die benötigten Datenpunkte um 900 ver- ringern kann, werden die Prüf-aufwände für dasselbe Resultat um 10 % verringert und der Wir-kungsgrad ist um ungefähr 11 % gewachsen. Der Ausdruck von Guten Daten / Gesamte Daten spricht die Qualität der Daten an, die hauptsächlich von den Prüfstandsbetrei- bern beeinflusst wird. Dies wird auch als „first time through“ oder „first time right“ bezeichnet. Die Erwartung ist, dass alle Daten- punkte gute Datenpunkte sind. Für unsere Beispiel hier nehmen wir 9000 erforderliche gute Datenpunkte gegen 11,000 tatsächlich gemessene Datenpunkte an – die Annahme ist, 2000 Datenpunkte mussten aus Qualitätsgründen wiederholt werden. Somit wäre fast 20% Effizienzverbesserung bei „first time right“ = 100% möglich. Der Ausdruck Gesamte Daten / Betriebszeit entspricht der Daten- produktionsrate. Sie wird errechnet durch die gemessen Datenpunkte geteilt durch die erforderliche Betriebszeit. In unserem Beispiel neh- men wir an 11,000 Datenpunkte in 1100 Stunden gemessen zu haben. Die Betriebszeit / Zeit beschreibt die Auslastung der Prüfeinrich- tung – also das Verhältnis der Betriebszeit zu verfügbarer Zeit. Das entspricht 24 Stunden pro Tag und 144 Stunden für eine 6-Tages- Arbeitswoche. Wie vorher erklärt vorher, in der Gleichung ist vor allem ein Beitrag definiert durch die Entwicklung: die Anzahl guter Daten nötig für ein spezielles Ergebnis. Die anderen drei Beiträge sind hauptsächlich unter der Kontrolle der Prüfstandsbetreiber, wenn definierte Prüfauf- träge seitens der Entwicklung erstellt wurden. Um einen vollständigen Blick auf die gewählte Strategie, die wir gewählt haben, zu geben muss gesagt werden, dass Effektivität bedeutet, die richtigen Dinge zu tun – also den Betrag von guten nötigen Daten möglichst gering zu halten und die „good-data-to- total-data-ratio“ möglichst nahe an 1 zu bekommen. Effizienz bedeutet schnell zu messen und die Auslastung der Prüf- einrichtung hoch zu halten. Für die Formulierung der Strategie haben wir die 4 Ausdrücke bei Ford evaluiert und entsprechende Verbes- serungsziele definiert – jene Hebel mit dem besten „Return on Invest“ (ROI). 4.1 Fokus auf Prüfstandsnutzung Beim Verbessern der Produktivität eines Prüffelds, ist die Auslastung ein Schlüsselfaktor – in der Glei- chung oben (Betriebszeit / Zeit). Außerdem ist dieser Faktor ein wichtiger Indikator für die Buch- haltung, der zeigt, wie effizient In- vestitionen eingesetzt werden. Ferner erlauben regelmäßige Aus- lastungsberichte mit entsprechen- den Zeitblöcken (Abbildung 7) die Identifikation der erforderlichen Hauptmaßnahmen, die Verwen- dung zu maximieren. In Abbildung 7 ist dieAusgangssituation be- schrieben. Das Prüffeld läuft auf Zweischichtbasis mit einer unbe- Abbildung 7: Ausgangssituation Figure 7: Initial Situation
    • night shift and limited weekend operation with the facility measured on a 24hr 6 day per week basis there are mainly two areas of impro- vement: Addressing the unavailable time – the biggest block. This can be done by adding shifts (= labor) or by running automated and unattended (“Automation”). Addressing all the smaller blocks where the test cell is not produc- tive. Much of this is related to work on the unit under test in a func- tional test cell – this is removed from the cells by a rapid exchange pallet that allows replacement of a dysfunctional unit under test within a period of time much smaller than a shift, e.g. less than an hour (“Palletisation”). While utilization is limited and can never be greater than 100% of the available time, there are important areas of improvement, com- prising of an unlimited resource which is totally neglected in utiliza- tion reporting: the productivity of the testing during the runtime. This is addressed in our equation above by the expressions on “data points / time” and “good data / total data”. These contributions to productivity must not be neglected even though this does not show within the utilization report.. With increasing complexity test room availability has become a significant constraint within the development process. Engineering generally require more test room time than the test facility is able to supply with this magnified within key specialist test rooms. Hence if means can be found to productively utilize the unavailable time this would provide a benefit to the operation. In addition if means to increase the proportion of Run-time further business efficiency would then be possible. 5 Strategic Elements The existing Utilization division and the overall workflow break down determined the strategic elements required to provide the efficiency and the effectiveness requirements for the project. Ahead of each task a multi-disciplined team was formed from Engineering and Test to pre plan the delivery of tasks and establish critical requirements. This enabled front loading for the preparation and planning elements in order to avoid error states within the task delivery. This provided a means to enable high first time through for data delivery by avoiding error states before they occurred. Within the team Roles and responsibilities were established and clearly communicated against the deliverables. The test room activities were split into value-add activities that is to say activities such as Run-time contributing to the task delivery and non-value-add activities i.e. the items that do not directly contribute to the task delivery. Thus a strategy developed to maximized the value add run-time activity and remove or eliminate the non-value add content from the test room. However certain activities such as the instrumentation set-up and unit under test preparation are requi- red in order to generate test data and thus must be considered essen- tial and these activities placed away from the test room. With the many changes required during development a means of rapidly exchanging the equipment from the test room was required. Thus all within test room instrumentation and signal conditioning other than Fuel, & Emissions measurement hardware were placed onto a single quick exchange pallet together with the Engine or as now defined as the Unit Under Test (UUT). 24 mannten Nachtschicht und begrenztem Betrieb am Wochenende. Die Auslastungwird somit auf einen 24 Stundetag bezogen, 6 Tage pro Woche Basis. Es gibt somit zur Erhöhung der Laufzeit hauptsächlich zwei Gebiete der Verbesserung: Erstens, die nichtverfügbare Zeit – der größte Block. Dies kann durch Zusatzschichten (= Personal) oder durch automatisiertes Testen unbemannt („Automatisierung“) erreicht werden. Zweitens, alle kleineren Blöcke, in denen der Prüfstand nicht produk- tiv ist. Viel davon betrifft Arbeit am Prüfling in einer Prüfzelle – diese wird entfernt aus den Zellen durch eine schnelle Umtauschpalette die es erlaubt immer einen funktionsunfähigen Prüfling bereit zu haben. Entscheidend ist, dass die Zeitspanne für den Wechsel wesentlich- kleiner ist als die Dauer einer Schicht, z.B. weniger als eine Stunde. Während die Laufzeit begrenzt ist und nie größer werden kann als 100 % der verfügbaren Zeit, gibt es wichtige Gebiete der Verbesse- rung die eine unbegrenzte Ressource betreffen, Diese wir beim Berichten der Auslastungswerte z.B. völlig vernachlässigt: die Produktivität des Testens während der Laufzeit. Dies wird in obiger Gleichung sehr wohl adressiert durch die Ausdrücke an „Datenpunk- te / Zeit“ und „gute Daten / gesamte Daten“. Diese Beiträge zu Produktivität dürfen auf keinen Fall vernachlässigt werden – deshalb gehen wir darauf im Weiteren ein. Und zur Klarstellung: diese Bei- träge scheinen in gewöhnlichen Auslastungsreports keineswegs auf. Mit wachsender Komplexität des Antriebsstranges wurde die Prüf- standszeit eine immer begehrtere Ressource und wird teils zum Flaschenhals in der Entwicklung neuer Antriebsstränge. Im All- gemeinen fordert die Entwicklung mehr Prüfstandszeit als verfügbar ist – speziell bei Hochleistungsprüfständen. Deshalb sind Maßnah- men, die es ermöglichen die verfügbare Prüfstandszeit produktiver zu verwenden hochvorteilhaft und natürlich intelligenter als bloße Kapazitätserhöhung. 5 Elemente der Strategie Die existierende Auslastungssituation und der bestehende Gesamt- arbeitsablauf bestimmten die erforderlichen Strategieelemente, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Für jede Aufgabe wurde ein gemisch- tes Team gebildet von Entwicklung und Test, dass die Projektpläne und Schlüsselanforderungen definierte. Dies erlaubte eine sehr um- fangreiche Arbeitsvorbereitung und Planung, die die Fehlerwahr- scheinlichkeit massiv verringerten. Damit wurde im Testen ein sehr hoher „first time through“ Wert erreicht – in Kürze also: effektive Fehlervermeidung / Erhöhung der Lieferqualität. Innerhalb der Mann- schaft wurden Rollen und Verantwortungen klar eingerichtet und die Beiträge zu den Projektzielen deutlich kommuniziert. Die Testauf- gaben wurden gespalten in Wert-schaffende und nicht produktive Tätigkeiten gespalten. Folglich hat die zu entwickelnde Strategie Wert-schaffende Aufgaben maximiert und nichtproduktive Aufgaben aus dem Prüfbereich entfernt. Gewisse Tätigkeiten wie zum Beispiel die Messgerätevorbereitung oder auch Prüflingsvorbereitung sind erforderlich, können und müssen folglich aber nicht in der „teuren“ Testumgebung durchgeführt werden. Mit den vielen Änderungsanforderungen aus der Entwicklung war ein Mittel zur schnellen Re-Konfiguration von Prüfständen erforder- lich. Folglich wurden alle Instrumente im Prüfstand auf eine Schnellwechselpalette montiert – mit Ausnahme Kraftstoff & Emis- sionstechnologie. Diese Palette transportiert auch den Motor, als „unit under test“ (UUT) bezeichnet. Durch die Benutzung der Schnellwechselpaletten können alle die UUT betreffenden Aktualisierungen außerhalb des Prüfstandes durchgeführt werden – in einem getrennten Vorbereitungsbereich.
    • 25 Thus using quick change pallets all significant UUT hardware up- dates could be taken outside of the test room into a separate prepa- ration area and whilst the updates are being made another pre- prepared pallet could be run in its place. This required a unique preparation area to be created for quick change pallets. The room was combined a small workshop for full preparation and an engine run-up facility to enable Pallet and UUT functionality check completion outside from the test room. Thus down-time due to hardware update, re-work and instrumentation set-up were eliminated from the test room. Hardware prototype numbers have reduced and if an un-planned failure occurs significant delay can result. Therefore the UUT runs at all times with limit detection and reaction planning for key para meters. In addition Spark advance, Air-Fuel ratio Lambda and CO Emission real time controllers were developed using a CAMEO RT © Real Time application to enable engine operation at critical boun- dary conditions. The test program was determined through planning meetings into fully defined test plans enabling test runs and sequences to be pre- pared ahead of being required within the test room, this allowed detailed and full preparation to be completed. In order to achieve the utilization levels desired it was determined that the normal course of operation for the room would be running and that running should be under automatic control. Therefore together with the Palletisation update the test room control system was also upgraded to latest level AVL Puma Open (2010) with the introduction of AVL CAMEO © for overall automated planning, con- trol and optimization of the test program. The desired normal state was for the test room to be running there- fore the robustness of key fixed equipment was also questioned. Of key concern was the capability for existing Emission analyzers to cope with the sample especially with diesel application whilst applying boundary search experimentation techniques. Therefore for the diesel application an AVL AMA I60 analyzer incorporating a ceramic pre-filter was introduced. In addition for the gasoline related testing the existing equipment was evaluated and containment actions introduced to avoid un-planned breakdown including purge and service cycle changes by working together with the test facility Maintenance team. 6 Strategy Execution The pilot project was executed over a 12 month period using a phased approach including pilot test room operation. Three test rooms were upgraded plus an additional off-line preparation run-up facility room was built. The first test room update supported a high priority gasoline mapping calibration activity with automated capability to safely run a Direct injection Boosted application. Next to minimize program impact the first advanced West Wing test room was updated with Puma Open and CAMEO © automation tools and an AMA I60 Emissions analyzer to enable the diesel calibration task to be sup- ported. In parallel the preparation room and infrastructure was up- dated to support Quick change pallet operation and prove out in- cluding a server for the Puma Open & CAMEO © system communi- cation. Subsequently West Wing 102 and 104 test rooms were fully updated including Quick change pallet, Puma Open 2010 and CAMEO © tool-set capability. During each element AVL specialists provided the skills required to operate the new systems and impor- tantly started the Knowledge and Knowhow transfer to the Ford Während dieser Aktualisierungen läuft ein Test im Prüfstand mit einer anderen Palette. Dies erforderte, dass ein Vorbereitungsareal für schnelle Änderungspaletten geschaffen wird. Im Bereich wurde eine kleine Werkstätte für die volle Vorbereitung und einen Motorkurztest kombiniert. Somit kann die volle Paletten und UUT Funktionalität kontrolliert werden, außerhalb des Prüfstandes. Somit wurden Aus- fallzeiten auf Grund Hardwareaktualisierung, bezüglich UUT und Messgeräten aus dem Prüfstandsbereich eliminiert. Da die Prototypzahlen verringert wurden, kann ein ungeplanter Aus- fall zu bedeutsamer Verspätung des Programms führen. Daher lief die UUT stets mit Grenzwertüberwachung und geplanter Reaktion für Schlüsselparameter außerhalb der Norm. Zusätzlich zu Messungen von Zündwinkel, Luft-Kraftstoff Verhältnis Lambda und CO wur- den Echtzeitregler zur Steuerung benutzt. Die Anwendung von CAMEO RT © Real Time ermöglicht es, den Motor auch in kritischen Bereichen sicher zu betreiben. Das Prüfungsprogramm wurde durch Planungsversammlungen in völlig definierte Prüfungspläne umgewandelt. Somit standen für die Prüfstände immer 100% vorbereitete Programme zur Verfügung. Um die gewünschten Auslastungsgrade zu erreichen, wurde defi- niert, dass der normale Prüfbetrieb automatisiert erfolgt. Zusammen mit der Einführung eines Schnellwechselpalettensystems wurde auch AVL Puma Open (2010) und AVL CAMEO verwendet zur automati- sierten Kontrolle und Optimierung des Prüfprogramms. Der gewünschte Normalzustand für den Prüfstand war, zu laufen – daher wurden die Bestandteile der Prüfstände auf Standzeiten kri- tisch hinterfragt. Ein Schlüsselthema war die Standzeit der Emis- sionsmessgeräte bei Dieselanwendungen – speziell während des Absteckens der Grenzwerte. Für diese Dieselanwendung wurde ein AVL AMA I60 Analysator mit einem keramischen Vorfilter bestückt, eingeführt. Für die Benzin-Anwendungen wurde die existierende Ausrüstungen evaluiert und Verbesserungsmassnahmen wurden ergriffen: Säuberungs- und Servicezyklen wurden definiert zusammen mit der Wartungsmannschaft. 6 Strategieumsetzung Das Versuchsprojekt wurde über eine 12 monatige Periode betrieben – die Maßnahmen wurden in Phasen Schritt für Schritt eingeführt. Drei Prüfstände und ein zusätzlicher offline Vorbereitungsraum wur- den modernisiert bzw. geschaffen. Der erste Prüfstand hat eine Benzin-Kalibrieraufgabe unterstützt. Für die Dieselaufgabe und für einen weiteren Benzinprüfstand wurde die Palettenumgebung mit Vorbereitungsbereich geschaffen. Während jeder Phase unterstützten AVL Fachleute, die neuen Systeme zu bedienen, und ermöglichten dann die Knowhow Übertra- gung an das Ford Team durch eine Kombination formeller Ausbildung sowie „training on the job“. Die Planung der Prüfstandsmodernisierung in Phasen und mit vielen technischen Elementen war durchaus komplex, liegt aber im für AVL Experten üblichen Rahmen, sodass alle Aktualisierungen und Ver- änderungen mit minimalen Stillstandszeiten verliefen. Jeder Prüf- stand wurde von erfahrenen Ingenieuren überprüft, um die Infra- struktur für die geplanten Wirkungsgrade sicherzustellen.
    • 26 team through a combination of formal training sessions and on the job coaching. To provide a fast track implementation of initially one test room update within three months followed on by two successive updates sequentially during a 9 month period required careful evaluation of the current test room status and requirements. Thus each room was reviewed by experienced engineers and corrective actions taken to enable the infrastructure to support the planned efficiencies. Likewise all installed tools and their interconnectivity was reviewed and updated where required. The tools were then re-installed to the a new robust design including replacing test room wiring and then complete integrity testing completed for the complete system once installed. The commissioning and configuration of the automation systems was implemented and validated. Safety of the team, test room, and unit under test are paramount, requiring all safety limits and shutdown procedures to be fully tested and documented before any productive program was commenced. To support program delivery the plan required testing downtime resulting from the recon- figuration be recovered as a direct result of the efficiency improve- ments generated during the pilot period. AVL provided engineering support during the pilot to schedule the work within the test rooms and to assist with daily running. This pro- vided on the job training for the test room personnel and improved the link with the engineering departments. The workflow included converting test requests from engineering into where beneficial auto- mated test programs. This was initially performed by AVL then for future sustainability knowledge and knowhow transfer to Ford test & development teams was also implemented. New operating modes including separating the engine and pallet preparation, setting fail-safes, automation of complex tasks all require new consistent processes to ensure data quality and effi- ciency and thus a step by step approach was chosen thus removing the obstacles to progress and flow one step at a time. These processes were developed within the Ford operational environment and NOT in a ’off site’ test field. Furthermore the tools and methods were intended to replace repetitive and staff-depen- dent manual tasks with an automated approach utilizing interactive and model based automation. A major part of gaining efficiency within the test field is managing the customer requirements. Hence the Test team needed to interact and engage with Development how to gather the required data most efficiently and agree a way to proceed. The efficiency pilot approach was used, developed and applied as standard template for appli- cation within the gasoline mapping test facilities within Dunton. The project highlighted the need to front load the system with a focused planning and preparation stage ahead of test program being started within the test room. A key step within the Mapping Air char- ge determination task included a full team review and validation of the Engine, PCM, Dress-kit and Instrumentation hardware ahead of agreeing to install into the test room. This section will now discuss the generic approach with relevant examples focusing on the three main factors influencing test room efficiency within the test facility namely Increased Run Time, Waste Removal from test Room, and how to best productivity use the increased Run Time. 6.1 Extend Run Time A key project goal was to double utilization from 40 to 80% on a 24hr 6 day per week measure and gain incremental run time. From Ebenso wurden alle installierten Werkzeuge und ihre Kompatibilität überprüft und gegebenenfalls aktualisiert, wo erforderlich. Da die Modernisierungen auch die Verdrahtung von Systemen betraf, gab es nach den Veränderungen eine volle Abnahmeprüfung – für das vollständige System. Die neue Konfiguration der Automationssys- teme wurden definiert, ausgeführt und bestätigt. Die Sicherheit der Mannschaft, des Prüfstandes und der UUT erforderten, dass alle Sicherheitsgrenzen und Systemänderungen völlig geprüft und doku- mentiert wurden, bevor irgendein Prüf-Programm begonnen wurde. Um die Entwicklungsprogramme zu unterstützen, wurde die erfor- derliche geplante Ausfallzeit durch die Neukonfiguration wieder ein- gebracht durch die erzielten Wirkungsgradverbesserungen. AVL hat während der Anfangsphase des Pilotprojekte die Arbeit in den Prüfständen geplant und durchgeführt. Diese Vorgangsweise hat das Prüfstandspersonal von Beginn weg geschult und die Zusam- menarbeit mit den Entwicklungsabteilungen verbessert. Der Arbeitsablauf bestand in der Konversion von Prüfaufgaben in automatisierte Testläufe wo sinnvoll. Dies wurde anfänglich von AVL durchgeführt, sodann wurde das Knowhow an Ford Test- & Entwick- lungsmannschaften übertragen. Neue Bedienungsmodi einschließlich Trennen der UUT und Palettenvorbereitung, Setzen der Limits für den ausfallsicheren Betrieb,Automatisierung von komplizierten Aufgaben erfordern alle, dass neue gleichmäßige Verfahren die Datenqualität und den um Hindernisse eines nach dem anderen zu entfernen. Diese Verfahren wurden innerhalb der Ford Umgebung entwickelt und nicht von einem externen Testfeld übernommen. Ferner wurden die Werkzeuge und Methoden eingesetzt, sich wiederholende Tätig- keiten zu ersetzen und personalabhängige manuelle Aufgaben durch eine automatisierte Methodik, interaktiv und Modell-basiert, abzulö- sen. Ein Hauptteil des Wirkungsgrades innerhalb des Prüfungsfelds be- steht im aktiven Umsetzen der Kundenanforderungen. Deshalb ging das Test Team auf die Entwicklung zu, um zu definieren wie die erfor- derlichen Daten am wirksamsten produziert werden konnten. Das Projekt hat klargemacht dass eine fokussierte Planung und Vor- bereitungsphase vor der Prüflaufdurchführung nötig ist und sich rechnet. Ein Schlüsselschritt innerhalb des Benzinprojekts war z.B. eine kompletter Überprüfung aller Systemparameter mit der volle Mannschaft: UUT, PCM, Verkabelung, Messgeräte etc. Die folgenden Abschnitte beschreiben die drei Hauptfaktoren, die den Prüffeldwir- kungsgrad beeinflussen. Die Erhöhung der Laufzeit, Eliminieren Nicht-produktiver Zeit am Prüfstand und die Produktivität innerhalb der nunmehr erhöhten Laufzeit. 6.1 Ausweiten der Laufzeit Ein Schlüsselprojektziel war, die Auslastung von 40 auf 80 % zu stei- gern – in einer 144 Stunden Woche.Aus der Voranalyse war klar, dass
    • 27 the utilization analysis the grea- test opportunity was to reduce the unavailable category primarily through night shift running and during other unattended time peri- ods. With available manning and operational constraints this re- quired Automatic unattended operation to be implemented and this was agreed with the team as standard means of operation. The pilot test rooms and facility infrastructure were already con- figured and risk assessed to sup- port automatic and unattended operation including reaction plans for shut-down, isolation and alarm systems in case of an unplanned event or failure. To support the goal of unattended operation the Engineering team required con- firmation Engine or unit under test UUT safety would not be placed at risk. For example as applied to the gasoline mapping task where the UUT the first prototype built in the phase. Within the planning stage the engine operation safety limits were established as well as range of operation including speed, load, boost and knock limits. Twenty limits were applied within Puma Open and CAMEO © control and if exceeded a reaction plan imple- mented. The reaction strategy focused on keeping the unit under test safe. For gasoline applications key parameters including Spark advance, Exhaust gas temperature, Air-Fuel ratio and CO concentration required real time control including reaction control during engine scavenging operation. This was enabled via integration of CAMEO RT © interface with the Cylinder pressure indication, the Engine Controller interface and the Puma Open test room control as shown in Figure 9. Spark advance real time control included measurement and reaction plan control for both MFB50% (Mass Fraction Burnt) and for Knock. If the knock level exceeded the first threshold Spark advance would be retarded. If the second threshold was exceeded the retard rate was increased. If the final threshold was exceeded the system could depending on con- ditions skip the test point or series of points or implement a shut- down routine. This routine inclu- ded setting to a known safe part load condition including cam set- tings control. The Unit under test was then run at a cool down con- dition and then shut down. This avoided placing undue stress on critical components, for example the turbocharger. Zero hardware failures occurred during the pilot due to control issue or limit violation. This was a significant change from the prior mode of operation. The teams objective was to avoid the need for shut-downs during die größte Gelegenheit darin be- steht, die nicht verfügbare Kate- gorie – hauptsächlich nichtbesetz- te Nachtschichten – zu verringern. Mit dem verfügbaren Personal bedeutete dies den automatischen unbemannten Betrieb als norma- len Betriebsstatus. Die Prüfung der Infrastruktur für den sicheren, automatischen und unbemannten Betrieb einschließ- lich Reaktionspläne bei Systemab- schaltung war ein wesentlicher Vorbereitungsschritt – Alarmsyste- me und Abschaltung für den Fall eines ungeplanten Ereignisses sind kritisch. Um das Ziel des unbe- mannten Betriebs zu unterstützen musste der Entwicklung versichert werden, dass die Sicherheit der Prototypen gewährleistet ist. Zum Beispiel für die Benzinkalibrier- aufgabe war die UUT der erste Prototyp in dieser Bauphase. Innerhalb der Planungsphase wurden die Motorbetriebssicherheits-- grenzen sowie der sichere Bereich des Betriebs einschließlich Ge- schwindigkeit, Last, Boost und Klopfgrenzen eingerichtet. Zwanzig Grenzwerte wurden innerhalb Puma Open / CAMEO kontrolliert. Für jede Überschreitung wurde ein Reaktionsplan definiert. Die Reak- tionsstrategie hat sich an der Sicherheit der UUT orientiert. Für die Benzinanwendung waren Schlüsselparameter einschließlich Spark Advance, Austrittsgastemperatur, Luft-Kraftstoffverhältnis und CO Konzentration – diese erforderten Echtzeitregelung während des scavening Modus. Dies wurde über Integration der CAMEO RT © Schnittstelle mit der Zylinder Druckanzeige, der Maschinensteuer- gerätschnittstelle ermöglicht und der Puma Open Automatisierung – siehe Abbildung 9. Echtzeit-Steuerung und Reaktionen auf MFB50% und Klopf wurden implementiert. Wenn die Klopfhöhe die erste Schwelle überschritten hat, wurde Spark Advance verlangsamt. Wenn die zweite Schwelle überschritten wurde, wurde die Verzögerungsrate erhöht. Wenn die endgültige Schwelle überschritten wurde übergeht das System den Datenpunkt oder eine ganze Serie von Punkten oder führt eine Systemabschaltroutine aus. Diese Routine führt zu einer bekannten sicheren Teillastbedingung ein- schließlich Nockenwelleneinstel- lungen. Die UUT wurde dann unter kühlenden Bedingungen betrieben und dann gestoppt. Dies vermei- det übermäßige Spannung auf kri- tische Teile, zum Beispiel den Tur- bolader. Null Hardwareausfälle wurden während des Pilotprojek- tes verzeichnet – eine wesentliche Änderung gegenüber früher. Das Mannschaftsziel war, den Be- darf an Systemabschaltungen während des unbemannten Be- triebs zu vermeiden, da Zeit verlo- ren geht bis zum Eintreffen der nächsten Schicht. Die Strategie Abbildung 8: Vergleich des Prüfstand Nutzungsgrades Figure 8: Utilization Comparison Abbildung 9: Elemente des sicheren Betriebs Figure 9: Elements of Failsafe Running
    • 28 unattended operation as time would then be lost if a shut-down occurred until the next manned shift. The strategy was to use the manned period with test room operator and engineer to determine which conditions or zones requiring manned support typically the harsher more difficult test operating conditions and then use the unmanned period to run easier conditions or known successfully ope- rated settings. This introduced new means of operation whereby automated test run was pre-programmed off-line within CAMEO ©. The operator then executed a test run or series of runs and monitored the testing. This enabled the operator to concentrate on ensuring the data quality of the task in terms of ensuring all channels present and reviewing the daily check data performance against known control limits and take corrective action where required. 6.2 Remove Waste With increased available run-time and application of automated methods the throughput of operation greatly increased the possi- bility of delay due to data evaluation and next step determination within both Engineering & Test. The team’s countermeasure was to use the Pallet system to enable two programs to be simultaneously run within one test room. Effectively when the first Pallet A program was complete pallet A was exchanged to Pallet B enabling testing to resume and avoid the test facility efficiency being compromised. Matched pair programs with similar requirements and fuel type were selected for this purpose. This also supported multiple plan do check act cycles [4] experienced during critical phases of development. To enable a two program within one test room operation all non- value-add activity to producing test data needed to be removed from the room to minimize down- time, as any delay would impact on two development programs. For the pilot two quick change pallets were obtained per test room. The pallets were designed to take the complete Unit under test mounted on standard vehicle mounts together with design intent induction and exhaust systems. In addition instrumentation and front end module signal conditioning were mounted on the pal- let and all hydraulic systems were routed through a series of quick connect couplings mounted on two match plates, one on the Pallet and the other on a Receiver mounted onto a Bed plate. The Pallet docking process included automatic Match plate engagement and clamping of the Pallet to Bed plate through a pneumatic control system. The pallet exchange process thus required limited technician inter- vention during exchange. The only manual steps required including decoupling the prop-shaft, exhaust system & sample points via a quick connect and two instrumentation connections plus stabilized electrical power supply connection removal to enable removal of the pallet from the test room. In addition to the physical hardware exchange the Unit Under Test, Pallet and Test Room parameterization files are also loaded from the server during the exchange process. This enables full instrumentation set-up outside from the test room including coolant, oil and boost or other media PID controller settings. war somit, während der besetzten Schichten jene Zonen zu bestim- men bzw. zu vermessen die eine schwierigere Prüfung erfordern. Mit diesem Know how war es einfach, die unbemannten Schichten für leichtere Bedingungen automatisiert zu nutzen für bekannt er-folg- reiche Einstellungen. Dieser eingeführte neue Betriebsmodus war vorprogrammiert innerhalb CAMEO ©. Der Bediener hat dann einen Prüflauf durchgeführt oder eine Serie von Läufen und hat die Prüfung überwacht. Dies hat dem Bediener ermöglicht, sich auf das Sichern der Datenqualität der Aufgabe zu konzentrieren, darauf alle Kanäle zu sichern und auf die tägliche Kontrollen mit korrigierenden Hand- lungen wo erforderlich. 6.2 Eliminieren unproduktiver Zeit Mit vermehrt verfügbarer und genutzter Laufzeit unter Anwendung von automatisierten Methoden erhöht sich der Durchsatz des Betriebs – damit steigen die Möglichkeiten der Verspätung auf Grund von nötigen Datenevaluierungen und Entscheidungen über nächste Schritte, sowohl in Entwicklung als auch Test. Die Gegenmaßnahme der Mannschaft war, das Palettensystem zu benutzen, zwei Pro- gramme gleichzeitig zu ermöglichen, innerhalb eines Prüfstandes. De facto wurde das Programm auf Palette A abgefahren und sobald Entscheidungen anstanden wurde Palette B eingebracht um zu ver- hindern der der Wirkungsgrad ver- ringert wurde durch Analyse / Ent- scheidungsprozesse. Angepasste Paare von Paletten mit ähnlichen Bedingungen und Kraftstofftyp wurden für diesen Zweck ausge- wählt. Dieses unterstützt bekannte „plan do check act“ Zyklen [4], die während kritischer Phasen der Entwicklung angewandt werden. Um zwei Programme innerhalb eines Prüfstandes zu ermöglichen wurden alle unproduktiven Tätig- keiten aus dem Prüfstand ver- bannt. Für das Pilotprogramm wurden zwei Schnellwechselpaletten pro Prüfstand installiert. Die Paletten wurden so entworfen, dass sie die vollständige UUT aufneh- men, die auf normalen Fahrzeuguntersätzen zusammen mit Einlass und Abgassystemen montiert wird. Zusätzlich werden Messgeräte und FEMs auf die Palette aufgebracht und alle hydraulischen Systeme wurden durch eine Serie von Schnellkupplungen verbunden, die auf zwei Gegenstückplatten montiert sind. Die Palette dockt automatisch an das Gegenstück an und wird durch ein pneumatisches Steuer- system fixiert. Das Palettenwechselverfahren benötigt manuelle Unterstützung durch Techniker. Die einzigen manuellen Schritte betreffen Welle, Abgassystem, zwei Messgeräteverbindungen und die Verbindung eines stabilisierten elektrischen Netzteils. Zuzüglich zum physischen Wechsel der UUT und der Palette werden die UUT, Prüflauf- und Prüfstandsdaten vom server geladen während des Wechsels. Dies ermöglicht die volle Messgerätekonfiguration ein- schließlich Kühlmittel, Öl und andere Medien (PID) und Steuergerät Einstellungen außerhalb des Prüfstandes. Mit dem Standardprozess entwickelt in diesem Projekt wurde die 20 Minuten Ziel Zeit für den Wechsel regelmäßig erreicht. Es ist auch Abbildung 10: „Plan-Do-Check-Act” Deming Zyklus [4] Figure 10: Plan-Do-Check-Act Deming Cycle [4]
    • 29 With process development using the initial pallet and receiver design pallet exchange timing from engine running to engine running of under the 20min target time has been regularly achieved. It is also possible for a single tech- nician to complete the exchange. A record 6min 58 second ex- change was achieved in front of the Ford senior leadership by a team of three who run the two quick change pallet test rooms and the preparation facility. Hardware updates are planned to further reduce operator depen- dency and error proof the ex- change process. Running two programs including On-line Adaptive DoE capability supporting EURO V Emissions Certification test room 102 achieved 85% utilization during pilot phase and Full year utilization in 2010 of 73% with 58% run time achieved. The new system has required standardization in channel definition, test approach and required organization with a Factory approach mindset. The non-value-add tasks not directly contributing to test room utilization were removed from the high value test room. These tasks include the engine hardware up-dates, instrumentation changes and calibration, diagnostic and functionality checks. However these tasks are vital and necessary, thus they need to be completed. Hence these actions were moved into an off-line pallet preparation area. This area was configured to enable non loaded engine running by provision of a Pallet receiver unit and sufficient Puma Open capability to enable engine run-up. To support the complete pallet exchange process, off-line prepa- ration and automated un attended running Health & Safety facility risk assessments were reviewed and updated with incremental pro- cedures and controls introduced to ensure a safety first mind-set. 6.3 Productivity: how to use the available Run Time Application of automated data collec- tion for Gasoline Air charge determi- nation including overnight unattended running for an early phase D.I. Boosted application using Bosch BGLWM stra- tegy enabled an approximate 3x improvement in data collected per week compared to existing methods. Following raising of the peak knocking pressure shut down limit the target 1000 data points per week rate was exceeded with a maximum of 2544 data points collected per week with a Run time average of 82 hrs. per week. Further work supporting PCM Mapping calibration enabled develop- ment of 11 standard Mapping test routines. möglich mit einem einzelnen Techniker den Umtausch zu vollen- den. Ein Rekord mit 6 Minuten 58 Sekunden wurde erreicht bei einer Demonstration für ein Manage- mentteam. HardwareaktualisiE- rungensind weiter geplant um die Bedienerabhängigkeit zu verrin- gern. Durch das Bedienen zweier Pro- gramme mit Online-Anpassung für DoE-basierte Aufgaben im Prüf- stand 102 wurde 85 % Auslastung während der Pilotenphase er- reicht. Über das Jahr 2010 lag die- ser Wert bei 73 % mit einem 58 % Laufzeit Anteil. Das neue System erforderte Normierung in Kanal- definition, Prüfansatz und der er- forderlichen Organisation mit ei- ner Fabrik-ähnlichen Einstellung. Unproduktive Aufgaben wurden aus dem Prüfstand entfernt. Diese Aufgaben schließen die UUT-Hard-wareaktualisierungen, Messgerä- teänderungen und Kalibrierung, sowie Funktionalitätskontrollen ein. Diese Aufgaben sind wichtig und notwendig. Deshalb wurden sie in ein „offline“ Palettenvorbereitungsareal verlegt. Dieser Bereich wur- de so gestaltet, dass der Motor lastfrei betrieben werden konnte auf einer Palette unter Puma Open. Um das vollständige Palettentausch- verfahren und die offline Vorbereitung abzusichern wurden komplet- te Gesundheit- & Sicherheitseinrichtungsrisikoanalysen durchgeführt und Begleitmassnahmen eingeführt, um eine „Sicherheit zuerst“ Einstellung sicherzustellen. 6.3 Produktivität: beste Nutzung der verfügbaren Zeit Die Anwendung der automatisierten Datenerfassung für die Benzin- Auf- gabe einschließlich unbemannten Laufens über Nacht für eine Kalibrier- aufgabe nach der Bosch BGLWM Strategie hat einen etwa dreifache Erhöhung der Datenerfassungsrate pro Woche verglichen zu existierenden Methoden ermöglicht. Nach der Anpassung des maximalen klopfenden Drucks wurde das Ziel von 1000 Datenpunkten pro Woche über- erreicht mit einem Maximalwert bis zu 2544 Datenpunkten, die pro Woche mit einem Laufzeit Durchschnitt von 82 Stunden pro gemessen wurden. Die weitere Arbeit zur Unterstützung der PCM Kalibrierung hat die Entwicklung Abbildung 11: Palletenwechsel in unter 20 Minuten Figure 11: Pallet Exchange made possible in under 20mins Abbildung 12: Datenwachstumskurve Figure 12: Data Growth Curve
    • However for the data to be useful all required channels need to be accurate- ly recorded and the hardware must be functioning as intended with no error states present such as for example air leakage during air-charge determina- tion work. Therefore ahead of each day’s work the test room operator carefully inspected the engine, leak checked where necessary and ran a five point data quality check which was reviewed in CONCERTO ©. using standard statistical checks to identify out of control conditions. With care applied it was possible to achieve a 96% First Time Through for the Bosch BGLWM data review. The Air-Charge delivery task high- ighted the benefits and opportunities possible by migrating previously manually controlled tasks and automating with by nature increased capability to run unattended with the right first time set-up. In addi- tion the whole process could be run quicker with greater precision and accuracy for set-point control all with the added feature of run- ning with defined fail-safe limits which if exceeded invoked set reac- tion plans including where necessary safe and controlled shut-down. Thus both within the Gasoline Calibration and the Engine Per- formance development teams further automated test procedures were quickly developed in line with the tasks required within the development plan. All work was associated with a development need on the basis of applying lean pull based flow. The developed automated range of tasks includes; Daily check, Full load, Part load mini map, Air charge determination, Ignition loops, Start of injection loops, Fuel path, Camshaft variation, Boost sweeps, Mass air-flow MAF transfer function and Calibration verification test matrix. The test routines were configured to run under both set parameter control and PCM auto control where required with real time con- trollers applied as required. Differing control modes were also sup- ported such as Speed / X where X is a variable such as throttle angle, BMEP, Boost pressure or set to a parameter as required. The produc- tivity gains were possible due to expertly written automated test procedures. For this we initially relied upon the resident AVL experts within the duration of the pilot. The experts were then able to trans- fer required knowledge to the direct operational and engineering support teams through a combination of formal and informal on the job training. This enabled transition of common tasks direct to the operational team and reduced the demand on the resident experts. Test Room 102 focused on diesel task delivery and also introduced the concept of two programs running within one test room with all program demands met or exceeded. The diesel development task comprised of two parts for On-cycle and Off cycle Air path set point calibration using automated on-line adaptive DoE data collection to achieve Emissions drive cycle optimization. This was enabled through provision of tools, process and capability of the team supporting. In addition to the quick change pallet process the test room was equipped with an AVL AMA I60 with ceramic pre filter which enabled long periods of extended emissions measurement to be possible including running to boundary limits for emissions HC, CO & NOx. The test room was equipped with fully capable fluid temperature and pressure conditioning systems with combustion air temperature control. The Pilot team provided detailed system and application knowledge to the wider Ford test team including on the job and 30 von 11 Standard Testroutinen ergeben. Um nützliche Daten zu erhalten war erforderlich alle definierten korrekt aufzuzeichnen.Weiters musste die kor- rekte Funktion der Hardware sicherge- stellt werden ohne Fehler wie zum Beispiel ein Luftleck während der air- charge Bestimmung. Daher wurde der Prüfstand und die UUT zu Beginn jedes Arbeitstages geprüft mit einer Fünf- punkt Datenqualitätskontrolle in CON- CERTO © unter Verwendung üblicher statistischer Kontrollverfahren um Datenpunkte oder Zustände „außer Kontrolle“ zu identifizieren. Mit dieser Sorgfalt war es möglich, eine 96 % „first time through“ Rate für die Bosch BGLWM Daten zu erreichen. Die aircharge Aufgabe hat die Vorteile hervorgehoben und die Verbesserun- gen, die möglich sind durch Migrieren von vorher manuell ausge- führten Aufgaben, die nun kontrolliert und automatisiert mit erhöh- tem Leistungs-vermögen, unbemannt mit hoher „first time through“ Rate laufen. Zusätzlich wurde der Vorgang schneller und mit höherer Genauigkeit der Sollwertsteuerung unter definierten sicheren Grenzen durchgeführt. Bei Grenzwertüberschreitungen gab es klar definierte Reaktionspläne, einschließlich der notwendigen und kon- trollierten Systemabschaltung. Somit wurden für die Benzinmotor Kalibrierung und die Motor Ent- wicklung weitere Prüfverfahren entwickelt, die alle erforderlichen Aufgaben innerhalb des Entwicklungsplans automatisierten. Alle Verfahren wurde abgestimmt auf die Entwickleranforderungen in einem schlanken „pull“-basierten Prozess erarbeitet. Die entwickel- ten automatisierten Aufgaben umfassten:Tägliche Daten und System Kontrolle, Voll-Last-Läufe, Teillastbetrieb, Minimaps, aircharge Läufe, Zündläufe, Einspritzläufe, Kraftstoffspfad, Nockenwellenverände- rung, Boost Sweeps, Luftstrom MAF Übertragungsfunktion und Validierungs Prüf Matrix für die Kalibrierung. Die Prüfläufe wurden so gestaltet, dass sowohl feste Parameter als auch PCM Steuerung mit Echtzeitreglern möglich war. Unterschied- liche Steuermodi wurden unterstützt ab wie zum Beispiel Drehzahl / X, wo X eine Variable ist wie zum Beispiel Drosselklappenwinkel, BMEP, Förderdruck oder ein anderer fix gesetzter Parameter so erfor- derlich. Die Produktivitätsgewinne waren möglich auf Grund fach- männisch geschriebener automatisierter Prüfungsverfahren. Diese wurden anfänglich von den AVL Experten im Pilotprojekt erstellt. Dieses Wissen wurde an die Ford Teams durch eine Kombination von formellen und informellen Trainings weitergegeben. Dies hat zur Übernahme der Aufgaben geführt und den Bedarf an Expertenunter- stützung verringert. Prüfstand 102, auf Dieselaufgaben konzentriert, hat zwei Program- men parallel laufend unterstützt und alle Programmanforderungen übertroffen. Die Dieselentwicklungsaufgabe bestand aus zwei Teilen für on-cycle und off-cycle Luft Kalibrierung, mit Online-adaptive DoE zur Emissionsoptimierung. Dies wurde durch bereitstehende Pro- zesse,Werkzeuge, und Fähigkeiten ermöglicht. Zuzüglich zur Schnell- wechselpalette wurde der Prüfstand mit einer AVL AMA i60 ausge- stattet mit keramischem Vorfilter, der lange Perioden von ausge- dehnten Emissions Messzyklen erlaubte, einschließlich Läufen zu Grenzbereichbestimmung HC, CO & NOx. Der Prüfstand wurde kom- plett ausgestattet zur Messung und Konditionierung aller Betriebs- flüssigkeiten und Temperaturkontrolle der Verbrennungsluftzufuhr. Abbildung 13: Vergleich der Datenerfassungsrate in einem “Box Plot” Figure 13: Data Logging Rate Box Plot Comparison
    • 31 classroom based training. The team also developed working practices to enable successful automated high efficiency running with the test and engineering teams. The main target deliverable for the pilot study was to improve test productivity, this required new process application within a high capability test environment applying highly automated, feature by feature calibration processes. This lead to a suite of diesel auto- mated test procedures being developed enabling unmanned opera- tion being introduced for; Off-cycle combustion set points, 13 mode emissions optimization, Turbine inlet pressure P3 modeling, Torque matching, MCC (Mixing controlled combustion) data collection, Smoke limitation mapping, Transient drive cycle simulation and DoE. This enabled the team to deliver 80% + Test Room Utilization during the Pilot study and full year 2010 73% utilization with 58% Run time achieved measured over a 24hr /6 Days per week period. Rapid Pallet Exchange has demonstrated ability to run two program engines back to back. Test room stabilization has delivered a large quantity of quality test data. AVL/Ford has delivered 7 testing methodology/ calibration processes of which 3 have been integrated into Ford offli- ne calibration work flow (Smart DeskTop). The initial pilot task provided measured data to support model build, optimization and calibration generation in CAMEO ©. The calibra- tions covered pre-defined speed and brake torque zones of specified injection configuration. The test plans were executed using the CAMEO © on-line Adaptive DoE Procedure. Test designs were created to support 3rd order polynomial models with second order interactions. The test plans included approxi- mately 2400 data points in total. Limits were set for Smoke, pressu- re difference across the EGR valve and control deviations of mass air flow and boost pressure. During testing the Automation responded to limits (boundaries) and then adapted by adding points to the design to provide a completed experiment to D-Optimal criteria. This test program was completed over a period of 5 weeks. Average data acquisition rate was three minutes per data point, including setting, stabilization and measurement. The Unit under test ran unattended for long periods, including over-night. Automation tasks included: (a) Model Based Charge Control Engine mapping routine. The engine runs through a set of fuel-loops and records all relevant data for model based EGR controller. This was also applied to torque-mapping calibration. (b) Pre-turbine pressure, P3 mapping routine. The engine performs VGT vane swings, at specified and load operating condition within the emissions region and records all relevant data necessary to build the P3 model. (c) Combustion and air path set points for drive cycle emissions. The results from the above automation routines for torque and P3 mapping were post-processed within the existing Ford CAE Development team process to deliver a calibration. The emissions task was split in to four engine temperature regions (cold, warm, hot slow and hot fast). The pilot project modeling and optimization pro- vided Ford calibration for two of the above regions, namely, warm and hot-slow. Calibration for hot-fast was also offered however it was chosen not implement this into the prior generated calibration. The overall results from this work combined with the existing Ford calibration in the cold and hot fast regions enabled stage V emission program targets to be achieved. Das Pilot Team wurde detailliert in System und Anwendungskenntnis unterwiesen in formalen Schulungen sowie durch training on the job. Die Mannschaft hat auch Arbeitsabläufe entwickelt, die notwendig sind, um erfolgreiche einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen mit automatisiertem Betrieb. Das Hauptziel der Pilotstudie war, die Prüfproduktivität zu verbessern, basierend auf diesen neu eingeführ- ten Verfahren. Dies führte zu einem Satz von Dieselprüfverfahren im automatisierten unbemannten Betrieb. Off-cycle Verbrennungs- arbeitspunkte, 13 Emissions Optimierungspunkte, Turbolader Ein- gangs Druck Modellierung P3, Drehmomentanpassung, MCC („mixing controlled combustion“) Datenerfassung, Rauchbegren- zung, Transiente Fahrzyklus-Simulation und DoE. Dies ermöglicht, 80 % und mehr Prüfstandsauslastung zu erreichen während der Pilotstudie – über das Jahr 2010 wurden 73 % Aus- lastung gemessen mit 58 % Laufzeit, gemessen in einer 24 Stunden / 6 Tage Woche. Die Verwendung von Schnellwechselpaletten demon- strierte die Möglichkeit, zwei Programme zu bedienen. Die stabile Ausrichtung des Prüfstands hat eine hohe Menge Prüf- daten exzellenter Qualität geliefert auf Basis von 7 neuen Prüfver- fahren - 3 davon wurden von Ford in den offline Kalibrierungsablauf (Smart Desktop) eingegliedert. Anfangs wurden im Pilotprojekt Daten generiert, die auf Modellen basiert, Optimierung und Kalibrierung in CAMEO © ermöglichen. Die durchgeführten Kalibrierungen wurden in definierten Bereichen von Drehzahl und Bremsendrehmomenten bei angegebenen Einspritz konfiguration durchgeführt. Die Prüfpläne wurden in CAMEO © generiert und im Online-Adaptive DoE Modus gemessen. Polynome 3. Ordnung wurden für die Modelle verwendet mit Interaktionen 2. Ordnung. Die Testpläne umfassten ungefähr 2400 Datenpunkte in Summe. Grenzwerte wurden für Rauch, Druck-unterschied über das EGR Ventil und Abweichungen des Massenluftablaufs und Förde- rungsdrucks gesetzt. Während des Prüfens wurde automatisch auf Grenzwerte reagiert und Punkte wurden wo nötig hinzugefügt, um am Ende ein D- Optimum Kriterium zu erfüllen. Dieses Prüfprogramm wurde über eine Periode von 5 Wochen vollendet. Die durchschnittliche Datener- fassungsrate war drei Minuten pro Datenpunkt, einschließlich Setzen, Stabilisierung und Messung. Die UUT ist unbemannt für lange Perioden, einschließlich über Nacht gelaufen. Automationsaufgaben umfassten: (a) Modellbasiertes „charge control engine mapping“. Die UUT läuft durch einen Satz von Kraftstoff-Schleifen und zeichnet alle rele- vanten Daten für das modellbasierte EGR Steuergerät auf. Dies wurde auch für torque-mapping angewandt. (b) Vorturbinendruck, P3 Mapping Routine. Die UUT fährt VGT Durch- läufe an angegebenen Lastpunkten – alle relevanten Emissions- daten werden gemessen, um das P3 Modell zu generieren. (c) Verbrennung und Luftpfadpunkte für Emissions-Fahrzyklen. Die Ergebnisse der genannten Automatisierungsroutinen für Dreh- moment und P3 mapping waren bearbeitet innerhalb der existieren- den Ford CAE Entwicklungsmannschaft um eine Kalibrierung zu lie- fern. Die Emissionsaufgabe wurde in vier UUT-Temperaturgebiete (kalt, warm, heiß langsam und heiß schnell) geteilt. Das Projekt lie- ferte Ford Kalibrierung für zwei der genannten Gebiete, nämlich warm und heiß-langsam. Die Kalibrierung für heiß-schnell wurde auch geliefert, aber es wurde beschlossen, diese aus früheren Daten zu erzeugen. Die Gesamtergebnisse dieser Arbeit, zusammen mit der existierenden Ford Kalibrierung in der kalten Region und dem heiß schnellen Gebiet erlaubten die Stage V Emissionsziele zu erreichen.
    • 32 Following the initial pilot, work has been undertaken to transfer the modeling and optimization methodology know-how and develop the future process. The testing and development tasks directly impacted program delivery for supporting emissions and air-path controls for a specific program. AVL and Ford are working together to change working practices to maximize the value delivered by a modern testing environment. 7 Discussion This Section is reserved to critically discuss the assumptions made in the project we report on and the lessons learned out of this common venture. The report focuses on business and technical drivers for this project and the technical solutions and improvements together with figures as measure of success that suggest that this has mainly been a technology endeavor. In reality the change management project project learnt a lot and this learning is described here. 1. The conceptual approach and the identification of all levers turned out to be a very solid base to steer the project and to measure suc- cess (see Figures 9, 12 and 13). A key enabler was the communi- cation process to all parties involved across the test rooms we ope- rated in. This was critical to meet program delivery. We also chan- ged and adapted the method of delivery during this program. So people had to buy into changing the way they worked while deli- vering important tasks of Powertrain development – this was a “live-demo” with immediate visibility and impact – for better or worse. 2. Rightfully so, it proved to be comparatively easy to increase utilization once the right interfaces between engineering and test were created that guaranteed a filled test-pipeline (see Figure 5). However, to get the teams to work together to define tests with sufficient detail in time and then also work on fast resolution of unexpected topics to keep a high level of safe automated running does need practice. Getting a team to play seamlessly does not come by itself – a coach is needed that understands the whole game and also knows how to motivate the single players and show them the benefit of the team play. And once the team plays together in that manner the necessary information and hardware flow is easy to organize for a seamless and efficient operation of where it all comes together: Powertrain testing. 3. For the pallet exercise it is absolutely essential to mention that the hardware shown in Figure 11 is a necessary enabler for the fast engine exchange – however as with all other elements of this project, the overall process is key. That means that the tools, such as the Snap In FEMs need to support this process but they derive their sole justification from the process requirement of fast change and prepared I/O. Essential elements of this process, barely mentioned here, are the complete configuration manage- ment for the test – hardware, software, mentioned the right labor available when manual interventions were needed. All this sounds like a lot of effort but the main difference is the ability to deliver the right parts at the right time. Also in a less process driven en- vironment these elements are delivered – but not in time and in quality. This means terrible waste of precious human and hard- ware resources that are mainly waiting because some elements are missing for delivery. 4. The methodology of using a pilot team that drives change and by success establishes credibility, derives satisfaction and works as multiplier and coaches for other parts of the organization is the ideal way of changing an existing organization. Putting the Weitere Arbeit umfasste das detaillierte Entwerfen der Optimierungs- methodik als Teil eines neuen Prozesses. Die Resultat aus den Tests haben direkt zum Emissions Entwicklungsprogramm beigetragen. AVL und Ford arbeiten weiterhin zusammen, um die gängige Praxis zu ändern, den Wertbeitrag des Testens zu maximieren, der von einer modernen Prüfumgebung geliefert werden kann. 7 Diskussion Dieser Abschnitt ist einer kritischen Diskussion vorbehalten, um die Annahmen zu diskutieren, die im Projekt gemacht wurden, und das gemeinsame Lernen zu dokumentieren. Die Fokus dieses Berichts waren geschäftliche und technische Anforderungen und die techni- schen Lösungen – dies suggeriert, dass dies hauptsächlich ein Tech- nologieprojekt war. In der Realität hat die Projektmannschaft viel gelernt zum Thema „Änderungsmanagment“ - dieses Lernen ist hier beschrieben. 1. Die Gesamtkonzeption mit der Identifikation aller Hebel hat sich als eine sehr stabile Basis erwiesen, das Projekt zu steuern, und Erfolg zu messen, (Siehe Abbildungen 9, 12 und 13). Ein Schlüsselerfolgsfaktor war die Kommunikation zu allen beteiligten Gruppen, da Prüfstände verändert wurden, die kritisch waren in der Lieferung von Entwicklungsprogrammen – denn wir haben die Methode der Lieferung während eines laufenden Programmes geändert. So mussten Leute beim Ändern des Wegs unterstützen und ihre Arbeitspraxis ändern beim Abliefern wichtiger Aufgaben der Antriebsstrangs Entwicklung – dies war eine Echtzeit Demon- stration mit hoher Sichtbarkeit. 2. Folglich war es vergleichsweise leicht, die Auslastung zu erhöhen sobald einmal die richtigen Schnittstellen zwischen Entwicklung und Test geschaffen wurden, um eine gefüllte „Pipeline“ mit UUTs auf Paletten sicherzustellen (Siehe Abbildung 5). Aber um die Mannschaften dazu zu bringen, so zusammenzuarbeiten, Prüfläufe mit genügend Detail rechtzeitig vorzubereiten und dann auch schneller auf unerwartete Themen mit gemeinsamen Entschei- dungen zu reagieren, eine hohe Ebene der Sicherheit zu behalten bei Automatik Läufen bedingt Praxis in eingespielter Zusammen- arbeit. Die Spielpraxis allein reicht hier auch nicht für nahtloses Zusammenspiel – ein Trainer wird gebraucht, der das Spiel versteht und auch weiß, wie die einzelnen Spieler zu motivieren sind, am besten dadurch, ihnen den Vorteil des Mannschaftsspiels zu zei- gen. Sobald die Mannschaft zusammen die notwendigen Infor- mationen und Hardwareabläufe beherrscht, ist es leicht, einen nahtlosen und wirksamen Betrieb zu organisieren in dem Bereich, wo alles zusammenkommt: in der Antriebsstrangprüfung. 3. Für die Paletteneinführung ist es unbedingt wesentlich zu erwäh- nen, dass die Hardware, die in Abbildung 11 gezeigt wird, ein not- wendiges Kriterium für den schnellen UUT Tausch ist – aber wie mit allen anderen Elementen dieses Projekts, ist der Gesamtpro- zess der Schlüssel. Der bedeutet, dass die Werkzeuge, wie zum Beispiel Schnellwechsel FEMs, dieses Verfahren unterstützen, aber sie leiten ihre Daseinsberechtigung vom Gesamtprozess des schnellen Wechsels und der vorbereiteten Ein/Ausgabekanäle. We- sentliche Elemente dieses Prozesses sind die vollständige Kon- figuration für die Prüfung – Hardware, Software, die richtigen Parameter, die richtigen Personen verfügbar wo manuelle Beiträge nötig sind. Alle das klingt nach viel Aufwand, doch der ist imme da – die Herausforderung ist die richtigen Elemente zur richtigen Zeit verfügbar zu haben.Auch in einem wenig produktiven Prüffeld werden diese Elemente geliefert – aber nicht rechtzeitig und in
    • 33 concept to the test in a real life pilot also allows for fast learning and avoiding costly mistakes that happen when rollout occurs based on untested concepts. Having multipliers and coaches available who have “seen it work” helps to gain momentum in the organizational change that needs to accompany such a project. 5. While the project addresses key areas, others were intentionally not addressed in order not to dilute the efforts. Clear next steps for the team would include data quality improvements. The first time through value would be consistently monitored, targets be set and corrective actions implemented where necessary. It has to be the goal to measure quality at the point of delivery within the test room by the test room operator using defined system and tools. 6. The team was committed to celebrate the successes on the way, be it significant increases of the data gathering rate or utilization or be it the recog- nition of the program by Allan Mulally, the CEO of Ford as shown in Figure 14. Furthermore the program received the 2010 Test Facility of the Year runner-up award from ATTI (Automotive Testing Technology International). 8 Conclusions This project has demonstrated significant improvement can be reached in live test rooms on actual program delivery tasks based on a pilot approach that is based on improving the overall Test & Development process by focusing on target deliverables for the customer. The improvements were based on process improvement supported by tool provision and by a skills initiative to allow for the best wor- king environment with changed roles and improved skills – keywords are failsafe automated unattended running, faster data gathering, model based calibration and online adaptive DOE processes as well as a quality gate at the entry of the unit under test to the test field. Based on all-levers-identified, we were able to define three main strategic areas of action: “automation”, “palletisation” and “methodology”. The achieved improvement exceeded effort reduction by 50% in the pilot test rooms, corresponding to more than 100% efficiency impro- vement in testing. Numbers supporting this are an approximate doubling of utilization, reduction of time per data point by about 50%. These achievements in testing require a different way of collabo- ration with engineering – among those are a thorough definition of tests that allows for automated running and a tight collaboration on schlechter Qualität. Dies bedeutet schreckliche Verschwendung von kostbaren menschlichen und Hardwareressourcen, die haupt- sächlich warten, weil einige Elemente Ihren Lieferzeitpunkt ver- passen. 4. Die Methodik eines Piloten-Teams treibt Änderung durch Erfolg voran, etabliert Glaubwürdigkeit für den Ansatzeinrichtet und erzeugt Befriedigung über Erreichtes – weiters generiert sie menschliche Multiplikatoren und Trainer für andere Teile der Or- ganisation. Ein idealer Weg, existierende Organisationen zu verän- dern. Das Konzept in einem Piloten zu überprüfen erlaubt auch schnelles Lernen und vermeidet teure Fehler, die geschehen, wenn ein Rollout basiert auf un- erprobten Konzepten. Multipli- katoren und Trainer, „haben ge- sehen, dass es“ funktioniert – sie stellen den Schwung zur Ver- fügung den organisatorische Änderung benötigen. 5. Während das Projekt Schlüssel- gebiete adressierte, wurden an- dere absichtlich nicht berührt, um nicht die Bemühungen ohne Erfolge im Sand verlaufen zu lassen. Die nächsten Schritte liegen in einer breit angelegten Datenqualitätsverbesserung. Der „first time through“ Wert muss überwacht werden und Korrekturmassnahmen definiert werden wo notwendig. Es muss das Ziel sein, Qualität am Punkt der Lieferung innerhalb des Prüfstandes durch den Prüfstandsbe- diener zu messen – mit definierten Systemen und Werkzeugen. 6. Die Mannschaft war auch bereit, die Erfolge auf dem Weg zu feiern, seien es massive Zunahmen der Datenakquisitionsrate oder sei es die Anerkennung des Programms durch Allan Mulally, der CEO von Fords wie in Abbildung 14. Ferner hat das Programm den zweiten Platz zur „Prüfeinrichtung des Jahres“ erreicht – eine Aus- zeichnung der ATTI (Automotive Testing Technology International). 8 Schlussfolgerungen Im Projekt wurde gezeigt: eine signifikante Verbesserung kann in Prüfständen erreicht werden, die eng in Entwicklungsprogramme eingebunden sind, auf Basis einer Pilotprojekt-Methodik, die auf dem Verbessern von Prüfabläufen basiert ist unter Beteiligung aller ver- bundenen Prozesse. Die Verbesserungen wurden durch Prozessver- besserung erreicht, unterstützt durch Werkzeuge und Training, offen für eine Optimierung der Rollen, Verantwortungen und Fähigkeiten – Stichwörter sind der ausfallsichere, automatisierte und unbemanntes Betrieb, höhere Datenerfassungsraten, Modell-basierte Kalibrierung und online-adaptive-DOE Verfahren sowie Qualitäts-Meilensteine in der Motor und Prüftstandsvorbereitung. Basierend auf allen Hebeln konnten wir drei Hauptstrategien definieren: „Automatisierung“, „Pallettisierung“ und „Methodik“. Die erreichte Verbesserung lag bei Aufwandsreduktionen von über 50 % in den Prüfständen, entspre- chend einer Wirkungsgradverbesserung im Test von mehr als 100%. Zahlen, die dies unterstützen, sind das in etwa Verdoppeln der Aus- lastung und die Reduktion der Zeit pro Datenpunkt um ungefähr 50 %. Diese Leistungen im Test entstehen durch eine andere Art der Zusammenarbeit mit der Entwicklung – darunter versteht man eine eingehende Definition der Testanforderungen, die automatisierten Betrieb unter Setzen von angemessenen Grenzwerten zum Ziel hat. Somit erreicht man ausfallsicheres Laufen unter maximaler Sicherheit und maximaler Datenaquisitionsrate. Abbildung 14: Interne und externe Anerkennung –Ford Rocks! & ATTI Figure 14: Internal and External Recognition –Ford Rocks! & ATTI
    • 34 setting adequate limits for failsafe running protecting the unit under test while maximizing data gathe- ring rate. The One-Ford [1] principles of working together with one plan and goal by fostering technical excellence, working together through application of model values and thus delivering results, ensured excellent alignment of all parties involved while making the benefit and contribution clear to all participants in the process. This was demanded as the changes took place in live test rooms based on delivery of critical data to Powertrain programs. 10 Acknowledgements The Authors of this paper would like to recognize the following individuals which through their commitment, expertise and the quality of their work contributed substantially to the success of the Ford/AVL Efficiency Pilot and literally made it possible. These are (alphabetically): AVL: Andrea Balcombe, Michael Blickle, Martin Büchel, Danny Burchill, Antonio Ciriello, Andy Fitt, Andy Laudat, Patrick Manzl, Harry Pearson, Phil Willmore Ford: Paul Abbott, David Ainsworth, Adrian Armitage, Jett Black, Kevin Bloy, Garry Bryant, Stewart Cook, Sajid Chaudry, Tony Dale, Peter Day, Ian Elcock, Andrew Emtage, Pascal Fargeot, Matt Fasulo, John Furlong, Steve Furnell, Tom Gibson, Graham Harper, John Harris, Alan Hill, Graham Hoare, Keith Huckett, Richard Kemp, David King, Steve Lamb, Kevin Layden, Keith Lane, Steve Leslie, Lionel Marshall, Steve Marris, David McPherson, Paritrata Misir, John Mordey, Peter Morris, Dave Northfield, Danny Panchal, Roger Saunders,Tony Sims, David Skipp, Graham Smith, Jeff Smith, Steve Thatcher, Craig Tisbury, Khizer Tufail, Alan Waterfield, Tim Winstanley Die „One Ford“ [1] Strategie ver- wendet als Prinzipien, einen klaren Plan für ein definiertes Ziel durch Förderung technischer Exzellenz und Zusammenarbeit. Durch die das Leben von Werten entstehen Ergebnisse auf ausgezeichnetem Niveau durch Involvierung aller beteiligten Personen. Dieser An- satz wurde angewandt bei der Ver- besserung des Prüfstandsbetriebs zur Lieferung kritischer Daten in Antriebsstrang Programmen ver- langt. 10 Danksagung Die Autoren dieses Berichtes möchten folgenden Personen danken, die durch ihre Förderung, Fachkenntnis und die Qualität ihrer Arbeit wesentlich zum Erfolg des Ford/AVL Projektes beigetragen haben – dieses teils sogar erst ermöglichten. In alphabetischer Reihenfolge sind dies: AVL: Andrea Balcombe, Michael Blickle, Martin Büchel, Danny Burchill, Antonio Ciriello, Andy Fitt, Andy Laudat, Patrick Manzl, Harry Pearson, Phil Willmore Ford: Paul Abbott, David Ainsworth, Adrian Armitage, Jett Black, Kevin Bloy, Garry Bryant, Stewart Cook, Sajid Chaudry, Tony Dale, Peter Day, Ian Elcock, Andrew Emtage, Pascal Fargeot, Matt Fasulo, John Furlong, Steve Furnell, Tom Gibson, Graham Harper, John Harris, Alan Hill, Graham Hoare, Keith Huckett, Richard Kemp, David King, Steve Lamb, Kevin Layden, Keith Lane, Steve Leslie, Lionel Marshall, Steve Marris, David McPherson, Paritrata Misir, John Mordey, Peter Morris, Dave Northfield, Danny Panchal, Roger Saunders, Tony Sims, David Skipp, Graham Smith, Jeff Smith, Steve Thatcher, Craig Tisbury, Khizer Tufail, Alan Waterfield, Tim Winstanley 9 Literatur / References [1] The Ford Motor Company, One Ford Mission and Vision. December 2008 http://corporate.ford.com/dynamic/metatags/article- detail/one-ford [2] James P. Lewis Working Together: 12 Principles for Achieving Excellence in Managing Projects, Teams, and Organizations. McGraw-Hill Washington D.C. ISBN-10: 0071379517 [3] Graham Hoare Executive Director, Powertrain Engineering, Ford Motor Company The Need for efficient Program Delivery Workshop Dunton Technical Centre, Nov. 2010 [4] W. Edwards Deming Out of the Crisis. Massachusetts Institute of Technology MIT Center for Advanced Educational Services 2000, ISBN-10: 0911379010 Abbildung 15: Das Ford AVL Projekt Team Figure 15: The Ford AVL Joint Pilot Efficiency Team
    • 35