Einzug in die Produktion

David H. Patricy, Vice President und General Manager Business von Keithley Instruments Inc., Cleveland, Ohio

Während für Mess- und Testsysteme im Produktionsbereich geringere Anforderungen an Empfindlichkeit und Genauigkeit gelten als im Entwicklungs- und Forschungsbereich, stellt die Produktion hohe Anforderungen an den Durchsatz. Die für den Produktionstest verantwortlichen Ingenieure verlangen vorwiegend anwendungsspezifische Lösungen, die sich besonders auf der Basis PC-gesteuerter Systeme wirtschaftlich realisieren lassen. Zudem müssen sie sich aufgrund der häufigen Produktwechsel schnell auf neue Testanforderungen anpassen lassen. Erschwert wird dies noch durch den steigenden Bedarf an offenen Systemarchitekturen mit Internetfähigkeiten, die einen Datenaustausch im gesamten Unternehmen ermöglichen.

Dies sind die wesentlichsten Anforderungen, die Änderungen der Systemarchitektur bei PC-gesteuerten Testsystemen im Produktionsbereich vorantreiben. Zu den beiden wichtigsten Systemarchitekturen gehören Systeme mit Einsteckkarten, PC-gesteuerte Standard Hardwaremodule und Instrumente. Hier werden sich einige Eigenschaften stärker ändern als andere.

Systeme auf der Basis von Einsteckkarten:

Die größten Änderungen werden vermutlich bei diesen Systemen auftreten. Die treibende Kraft scheint hier die Änderung der Datenbus Technologie durch Intel und anderer Unternehmen zu sein. Um die Größe eines PCs weiter zu reduzieren und dessen Verarbeitungsgeschwindigkeit unabhängig von der Taktrate erhöhen zu können, wurde das Konzept eines steckplatzfreien Rechners erarbeitet. Die Verbindung zur Außenwelt ist noch nicht vollständig definiert, könnte aber über eine Art interne Buserweiterung, den USB Datenbus, eine IEEE-1394 (Firewire) Verbindung, Ethernet oder ein anderes Bussystem mit hoher Bandbreite erfolgen.

Ohne Steckplätze würden PC-Einsteckkarten vom Markt verschwinden oder durch externe Module und Modulrahmen ersetzt werden. Um diese an die neue Buskonfiguration anzupassen und die Vorteile höherer Bandbreite nutzen zu können, müssten die Einsteckkarten und Module geändert werden. Die Softwaregiganten arbeiten bereits an Möglichkeiten, dies durch Dinge wie Virtual Interface Architecture und die Jini Technologie zu minimieren und so Java und ActiveX Controls zu ergänzen. Diese Technologie richtet sich speziell an die Testingenieure, die durch Systemänderung bedingte Produktionsausfälle minimieren müssen.

Der Übergang zu Rechnern ohne Steckplätze in der Produktion wird sich allerdings aus dem selben Grund nur langsam durchsetzen. Untermauert wird dies durch die Tatsache, dass immer noch eine große Nachfrage nach ISA-Steckkarten besteht, obwohl seit mehreren Jahren PCI-Karten verfügbar sind. Die Philosophie „nicht reparieren, solange es nicht kaputt ist“ kann vorherrschen, solange in der Fertigungslinie nur geringe Probleme vorhanden sind.

Ein Systementwickler für Testgeräte, der Einsteckkarten einsetzen möchte, wird auch daran denken müssen, dass die PCs für derartige Karten langsam abgelöst werden. Solche Plattformen werden somit in Zukunft vermutlich schwieriger zu implementieren sein.

PC-gesteuerte Standard Hardwaremodule und Instrumente:

Diese Systeme werden ebenfalls durch PCs und anwendungsspezifische Software gesteuert. Externe Instrumente und entsprechende Hardwaremodule werden dann eingesetzt, wenn eine höhere Empfindlichkeit, Genauigkeit oder andere Eigenschaften benötigt werden, die bei Einsteckkarten für den PC nicht verfügbar sind. Diese Standardbausteine ermöglichen auf wirtschaftliche Weise die Realisierung eines kundenspezifischen Systems, das den spezifischen Anforderungen der Produktion entspricht. Zudem lassen sich die hier normalerweise eingesetzten Digitalmultimeter und Schaltmatrix einfach auch dann weiterverwenden, wenn sich die Testanforderungen geändert haben. Da externe Geräte zum Einsatz kommen, sind auch die Gedanken über fehlende Steckplätze überflüssig.

Die größte in Zukunft zu erwartende Änderung bei Instrumenten und externen Datenerfassungsmodulen wird zweifellos die Verfügbarkeit verschiedener Schnittstellen zur Datenkommunikation wie USB, Firewire und Ethernet darstellen. Zur Zeit werden IEEE-488 und RS-232 als gängige Schnittstellen eingesetzt, die aber beträchtliche Einschränkungen hinsichtlich der Geschwindigkeit aufweisen. Besonders die Testingenieure, die bereits versucht haben Test- und Messgeräte über Ethernet zu vernetzen, werden diese Änderung daher begrüßen. Von Plug & Play ist hier bisher keine Rede, sondern es ist eine kryptische und geheimnisvolle Befehlssprache notwendig und eine korrekte Einstellung der PC Interrupts erforderlich, um Hardwarekonflikte zu vermeiden.

Unter USB und Firewire wird dagegen einiges einfacher sein. Echtes Plug & Play wird auch bei Testinstrumenten zur Realität werden, so wie bei den konventionellen Peripheriegeräten des PCs, beispielsweise bei Druckern. Eine Firewire Schnittstelle in Instrumenten und im PC wird wegen der großen Bandbreite und dem gemeinsamen Kommunikationsbus sehr attraktiv sein. Ein Entwurf des Firewire (IEEE-1394) Datenkommunikationsprotokolls für industrielle Instrumente ist kurz vor der Annahme durch die 1394 Trade Association Industrial Instrumentation Work Group und kann noch in diesem Jahr erfolgen.

Noch dramatischer wird die Verbreitung von Webfähigen Instrumenten sein, die beispielsweise auf der Basis von Embedded Windows CE Plattformen arbeiten können. Sie werden voraussichtlich in den nächsten zwölf Monaten auf den Markt kommen. Die treibende Kraft bei dieser Entwicklung, ist der Wunsch, die Testdaten aus der Produktion in den verschiedenen Abteilungen eines Unternehmens nutzen zu können, um so die Kosten zu senken und die Produktivität zu erhöhen. Die gemeinsame Nutzung derartiger Daten über sichere Intranetverbindungen wird normal werden, sobald in den Testgeräten das TCP/IP Protokoll und Kommunikationsschnittstellen mit hoher Bandbreite implementiert werden.

Derartige Testinstrumente und entsprechende Testsysteme bringen einem Hersteller, der umfangreiche Validierungstests durchführen muss, vielfältige Vorteile. Beispielsweise muss für eine neue Entwicklung im Automotivebereich eine große Zahl von Bauteilen und Modulen überprüft werden, bevor sie für die Produktion freigegeben werden. Um diesen Prozess zu beschleunigen, können viele Bauteile simultan in den Klimakammern verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsabteilungen geprüft werden. Die Vernetzung von Testsystemen und Datenbanken erleichtert dabei die Auswahl kompatibler Bauteile. Autorisierte Personen können jederzeit eine detaillierte Analyse der Daten jeder Kammer durchführen und falls ein Bauteil Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit zeigt, sofort die entsprechenden Aktionen veranlassen. Es muß nicht mehr auf die Auswertung eines Bauteilloses gewartet werden. Genauso können, falls notwendig, die Grenzwerte von Tests einfach über das Netzwerk verändert werden. Die Zeit des Produktentwicklungszyklus und bis zur Markteinführung lässt sich dadurch deutlich verkürzen.

Weitere Informationen A QE 601