Entwicklungszeiten senken dank automatisiert ausgewerteter Daten

| Autor / Redakteur: Martin Winkler * / Hendrik Härter

Kein unötiger Stress während der Entwicklung. Dank automatisch ausgewerteter Daten sind aussagekräftige Ergebnisse schneller verfügbar.
Kein unötiger Stress während der Entwicklung. Dank automatisch ausgewerteter Daten sind aussagekräftige Ergebnisse schneller verfügbar. (Bild: gemeinfrei / CC0)

Eine sinnvoll automatisierte Auswertung von Versuchsdaten führt schneller zu aussagekräftigen Ergebnissen. Unser Beitrag zeigt, wo das sinnvoll ist und was man dabei beachten sollte.

Immer kürzere Zeiten für die Produktentwicklung erfordern es, effiziente Methoden und Werkzeuge einzusetzen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen in den F&E-Abteilungen und insbesondere in den Testcentern. Dort sind die Prüfstände vielfach bereits automatisiert. Ganz anders sieht es bei der Auswertung der gewonnenen Testdaten aus. Hier wird das Potenzial automatisierter Abläufe noch längst nicht ausgeschöpft. Ein Grund: Tests im Kontext von Forschung und Entwicklung sind sehr individuell und die zu untersuchenden Aspekte ändern sich sehr schnell.

Hinzu kommt, dass manche Versuche nicht oder zumindest nicht oft wiederholt werden. Es bedeutet immer Aufwand, ein Automatisierungskonzept zu entwickeln und umzusetzen, was sich nicht bei jedem Test und jeder Analyseaufgabe rechnet. Jedoch sollte man immer genau hinschauen und prüfen, welchen Nutzen man daraus ziehen würde, wenn die Messdatenauswertung oder zumindest Teile davon automatisiert ablaufen.

Für die Automatisierung prädestiniert sind häufig wiederkehrende, standardisierte Versuche sowie die daran anknüpfenden Berechnungs- und Auswerteprozesse. Welcher Versuchsingenieur würde sich nicht freuen, wenn die Daten solcher Tests unmittelbar nach Versuchsende ohne weiteres Zutun automatisch weiterverarbeitet werden? Routinearbeit entfällt und Entwickler können sich auf die Kernaufgaben konzentrieren. Diese Erfahrung haben die Entwickler bei measX gemacht: Schon durch die Automatisierung nur bestimmter Teile der Auswertung lässt sich ein sehr hoher Mehrwert erzielen. Damit steigern sich die Produktivität, die Mitarbeiterzufriedenheit und schließlich die Ergebnisqualität.

Daten automatisiert aufbereiten spart Zeit

In jedem Fall ist eine automatisierte Prüfung und Aufbereitung der Daten bei deren Import sinnvoll. Dazu gehört die Konvertierung von Datenformaten und Einheiten, zum Beispiel anhand eines Einheitenkataloges. Heutige Auswertesysteme unterstützen die automatische Umrechnung auf Zieleinheiten sowie die Zusammenführung der Datensätze in Form von Verkettung und Synchronisation. Auch die erforderliche Anreicherung der Tests mit relevanten Metadaten kann automatisiert erfolgen. Je mehr sinnvolle Metainformationen vorliegen, desto vielseitiger können die Messdaten ausgewertet und aussagekräftige Informationen aus ihnen gezogen werden.

Wo hat die Prüfung stattgefunden, wie waren die Umgebungsbedingungen, welche Kalibrierstände hatten die verwendeten Messgeräte, welcher Testingenieur war zuständig? Diese und viele weitere Angaben können später als Such-, Sortier- oder Auswertekriterium relevant sein, müssen den Daten aber erst einmal mitgegeben werden, insofern sie nicht schon bei der Testbeauftragung vorlagen. Dieser Prozess kann sehr gut automatisiert werden. Er startet unmittelbar nach dem Datenimport und setzt sich bis in den Auswerteprozess fort.

Dazu ein konkretes Beispiel: In der Felderprobung bei einem großen deutschen Lkw-Hersteller werden im Drei-Schicht-Betrieb rund um die Uhr Daten einer größeren Flotte von Lkw eingefahren. Dazu gehören Steuergerätedaten, Bild- und Tondaten sowie weitere Daten externer Sensorik. Mit einem mobilen Datenlogger aufgezeichnet werden diese Daten automatisch per drahtloser Übertragung auf einen zentralen Datenspeicher gespielt. Einmal abgelegt setzt ohne manuelles Zutun der vollautomatisierte Prozess der Datenaufbereitung ein. Die Datensätze werden überprüft, ob alle erforderlichen Kanäle enthalten sind und korrekt benannt wurden, ob die Fahrzeugzuordnung stimmt und GPS-Daten nicht nur vorhanden, sondern auch gültig sind. Bei Auffälligkeiten stoppt der Importprozess für dieses Fahrzeug, so dass weitere Datensätze gesperrt sind, bis das Problem identifiziert ist. Nur einwandfreie Datensätze werden übernommen und umfangreich weiterverarbeitet: Es werden Hunderte skalare Kennwerte, Klassierungen und Formeln zu den gemessenen Signalen berechnet und in einer Datenbank abgelegt. Zusätzlich werden sämtliche Metainformationen in die Datenbank übertragen. Sie bildet die Grundlage für die späteren Analysen; auf die Massendaten muss dadurch nur noch im Ausnahmefall zurückgegriffen werden.

Durch automatisch vorgenommene Vorberechnungen entlastet man den Ingenieur und generiert wertvolle Statistiken und Kennwerte, die die Kontrolle und Überwachung des Versuchs deutlich erleichtern. Außerdem können häufig verwendete Formeln schon an zentraler Stelle berechnet werden, was auch die spätere interaktive Auswertung erleichtert und beschleunigt.

Von der interaktiven zur automatischen Reporterstellung

Nicht nur bei der Validierung, Anreicherung und Vorberechnung der Messdaten profitieren Testabteilungen von automatisierten Prozessen, sondern auch bei der Datenanalyse und Berichterstellung. Selbst bei scheinbar kleinen Zeitgewinnen von wenigen Minuten pro Testauswertung können sich diese bei mehreren Hundert gleichartigen Tests pro Tag, was keine Seltenheit ist, zu erheblichen zeitlichen Einsparungen aufsummieren. Diese Entlastung kommt der eigentlichen Bewertung der Tests durch die Ingenieure zugute.

Eine Vielzahl wiederkehrender Messdatenauswertungen kann sehr gut automatisiert durchgeführt werden. Ein klassischer Fall bei Herstellern von Verbrennungsmotoren sind die Abgasnormtests, die die Verbrauchswerte und Emissionsdaten liefern. Die Tests unterscheiden sich je nach Fahrzeugtyp und späterem Einsatzzweck, laufen aber immer nach einem vorgegebenen Schema ab. Auch viele Dauerlauf- und Funktionstests eignen sich für die Automatisierung sowie – um im Automobilbereich zu bleiben – natürlich die Crashtests, die nach festgelegten Normen und Gesetzesvorschriften ausgewertet werden. Eine entscheidende Frage bei Automatisierungsprojekten ist die nach dem Weg von der manuellen oder vielleicht bereits halbautomatisierten Auswertung zum vollautomatisch ablaufenden Prozess. Welche Fallstricke lauern hier?

Sehr ungünstig ist es, wenn das automatisierte System gänzlich unabhängig von bestehenden Analysemethoden entwickelt und betrieben wird. Es sollte vielmehr möglich sein, manuell oder interaktiv entwickelte Formeln und Diagramme ohne spezielle Überarbeitung direkt in das vollautomatische System zu übernehmen. In einem Projekt bei einem deutschen Motorenhersteller wird gerade diese Schwelle überschritten. Seit Jahren wird dort unsere Software zur interaktiven Auswertung eingesetzt und der Automatisierungsgrad ist schon relativ hoch.

Bei der Durchführung des Versuchs wird an den Datensatz die Testart wie Abgastest, Leistungstest oder Kennfeldtest und die Testvariante wie Offroad, Onroad oder landwirtschaftlicher Einsatz als Attribut angehängt. Genau solche Kriterien dienen später dazu, diesem Datensatz die richtige Auswertung zuzuordnen. Auch im interaktiven Betrieb wird die passende Auswertung anhand bestimmter Attribute (Metadaten) festgelegt und für die Auswertung vorgeschlagen, und genau dieser Ansatz erlaubt es, die Auswertungen auf einem zentralen Serversystem vollautomatisiert ablaufen zu lassen. Die fertigen Analysen und Berichte stehen den Ingenieuren dann unmittelbar nach dem Test zur Verfügung.

Automatisierte Analysen und Dokumentation

Vor allem bei automatisierten Analysen ist die nachvollziehbare Dokumentation berechneter Werte von enormer Bedeutung. Beispielsweise haben Kalibrierkoeffizienten oder Gaslaufzeitkorrekturen starke Auswirkungen auf die späteren Auswertungen. Insofern muss umfassend dokumentiert werden, wann welche Parameter verwendet wurden, um die Ergebnisqualität und damit mögliche Fehler beurteilen zu können. Im Rahmen der Entwicklung und Anpassung einer Kundenlösung muss jedes Mal individuell festgelegt werden, in welchem Umfang die Nachvollziehbarkeit gewährleistet werden muss. Im Extremfall werden bei den Berechnungen sämtliche Versionsstände der genutzten Formeln abgelegt.

Die technische Umsetzung vollautomatischer Auswerteprozesse erfolgt unterschiedlich und autark laufende Serverdienste sind ein Teil davon. National Instruments hat hierfür den NI-Analysis-Server entwickelt. Bestehende, mit NI DIAdem realisierte Skripte können auf dem Server weiter genutzt werden. Dabei muss das Zusammenspiel mit dem Server ausführlich getestet werden. So kann es in einer interaktiven Auswertung sinnvoll sein, während der Auswertung bestimmte Parameter beim Benutzer abzufragen. Für die servergestützten Auswertung ist das natürlich nicht möglich. Bei der Migration bestehender Auswertungen hin zum Serverdienst muss die eingesetzte Auswertesoftware daher so weit an den Server adaptiert werden, dass bereits erstellte Auswertungen ohne weitere Interaktion für automatische Auswerteprozesse nutzbar sind.

Bei measX wurde auf Basis der Standardlösungen von National Instruments das Framework „X-Frame“ für individuelle Auswertesysteme entwickelt. Es wird im Rahmen der Kundenanwendung zusammengesteckt und ist darauf ausgelegt, sowohl für interaktive, manuelle Prozesse als auch für automatisierte Prozesse eingesetzt zu werden. Moderne Datenmanagement- und Auswertesysteme sind offen für die Big-Data-Welt. Automatisierte Prozesse werden zunehmen, doch der Mensch wird der entscheidende Faktor beim Test bleiben, um das Informationspotenzial von Versuchsdaten optimal auszuschöpfen.

* Martin Winkler ist Leiter der Abteilung Testdatenmanagement bei measX in Aachen.

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