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EFFIZIENZ PILOT PROJEKT IN ANTRIEBSSTRANG TEST & ENTWICKLUNG

BEI FORD DUNTON

FORD DUNTON POWERTRAIN TEST & DEVELOPMENT EFFICIENCY

PILOT

L. Bellamy, S. Palmer, P. Beck, B. EllisonFord Motor Company, Dunton, Great Britain

W. Graupner, Ph. WilliamsAVL List GmbH, Graz, Austria

A. NeyAVL Europe ITS, Wiesbaden, Germany

R. OsborneAVL UK ITS, Basildon, Great Britain

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1 AbstractFord 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 ofchange in Process, Tools and Attitude / Skills of People.

Following problem definition and a needs assessment study threedevelopment tasks were selected:

(1) Gasoline Calibration mapping.

(2) Diesel Emissions calibration.

(3) Gasoline Thermodynamic development.

A limited infrastructure update was completed to achieve requiredtest room standards and control and automation tools were theninstalled. Quick change pallet capability was introduced into tworooms together with a palletisation preparation area.

The largest opportunity for increased utilization was to harness timewhen the test room was previously shut down. Increased utilizationwas 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 fullparameterization update is consistently within the 20 minutes targetand ex- change in under 7 minutes proven.

The pilot directly supported Calibration program delivery for twoPowertrain applications – a gasoline Boosted Direct injection withVVT unit and a diesel HPCR unit with VNT application. New testautomation methods were introduced into the Dunton facility in-cluding real time controller capability with limit reaction for gasolinedevelopment and On-line adaptive DoE capability for dieselCalibration development applications.

With enablers in place utilization doubled. Data Quality measure ofdata points First Time through substantially improved with less than6% 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 startedwithin Powertrain testing and development activities to meet currentand future Powertrain development program requirements bothincreasing the speed and flexibility in testing and hence programdelivery. Any change in working practices and culture within a largeorganization is challenging compared to developing new methodolo-gies in isolation. The respective changes introduced with the pilotefficiency study were considerable.

2 IntroductionDunton (UK) is one of two Ford Motor Company global hubs forpowertrain development. Within the European region the Duntonengineering & test facility is supported by Merkenich (DEU) andGebze (TUR) facilities.

Dunton’s 100 Dyno test facility is split into Development andDurability test rooms with a number of differing test wings whichhave been built and modernized progressively over a 40 year timeperiod. Increasing powertrain complexity has placed greaterdemands on the test facility capability, the processes and interac-tions between the development and test organizations. In additionthe increasingly tough business environment has required efficiencyactions be taken. This combined has placed stress onto the existingoperation and team. A new integrated systems engineering approach

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1 KurzfassungDie Ford Antriebsstrangprüfung & Entwicklung hat eine 12 Monatedauernde Effizienz Pilotstudie mit AVL durchgeführt. Drei Prüfständewurden in Prüfstände hoher Effizienz umgewandelt – dabei wurdedie Prüfproduktivität in etwa verdoppelt. Dies wurde durch eineKombination 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 einemTest Vorbereitungsprüfstand eingeführt. Die größte Gelegenheit fürvermehrte Produktivität war, jene Zeit nutzbar zu machen, in denendie Prüfstände gestoppt waren. Diese Erhöhung wurde durch auto-matisierten unbemannten Betrieb erreicht. Arbeiten, die nicht direktzum Prüfen beitragen, wurden durch das Schnellwechselsystem ausdem Prüfstand entfernt. Palettentausch, von „Motor aus“ zu „neuerMotor an“ mit voller Parametrisierungsaktualisierung wurde typischinnerhalb von 20 Minuten realisiert – die Minimalzeit betrug wenigerals 7 Minuten.

Das Pilotprojekt hat direkt zwei laufende Antriebsstrangprojekteunterstützt – 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%. DieMaßzahl „Daten pro Zeit” wurde als neue Metrik identifiziert. DieserBericht beschreibt auch eine Änderung der Arbeitskultur, die initiiertwurde innerhalb Antriebsstrang Prüfung und Entwicklung, mit demZiel, 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 einergroßen Organisation ist wesentlich herausfordernder als das Ent-wickeln von neuer Methodik in Isolation. Die Änderungen, die mitdem Pilotprojekt eingeführt wurden, waren beträchtlich.

2 EinleitungIn Dunton, England, besteht eines von zwei Ford-Zentren der globa-len Antriebsstrangentwicklung. Innerhalb Europas wird Dunton durchMerkenich (DEU) und Gebze (TUR) unterstützt. Die 100-Dyno-Prüf-stätte Dunton arbeitet für Entwicklung und Dauerlauf in mehrerenGebäudetrakten. Diese wurden gebaut und modernisiert über einen40 jährigen Zeitraum. Die Erhöhung der Antriebsstrangkomplexitäthat größere Nachfrage an Prüfkapazität generiert, aber auch neueAnforderungen 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 hatSpannung im existierenden Betrieb erzeug. Neue Systeme sind ein-gerichtet worden, die in kürzere Zeit ermöglichen sollen, bessere

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has been established to enable the competing requirements of fastertime 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 Duntonpowertrain development laboratory integrated with Ford and AVLpersonnel on site. The AVL team introduced new tools, knowledge

and knowhow on site with the tar-get of migrating this capability intothe Ford team as part of a culturalchange.

To gain better understanding foraddressing future requirementsthe study was applied on live en-gineering development programswhich required specific teakdelivery and be phased over a 12month timeframe.

Fundamental to the project werethe measures and metrics to beapplied. The team applied a basetarget of doubling the test roomutilization efficiency from 40 to80% and also applied an effective-ness measure with focus on thenumber of test points produced.

Also introduced was a data quality measure in terms of percentagedata points achieved first time through. This provided the basis for abalanced 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 Dynotime was needed to be spent running with guaranteed engine or unitunder test safety producing a greater proportion precise, repeatableand reproducible data points to enable greater confidence in theresults.

To deliver this task a multi-test room upgrade was performed in-cluding significant hardware and software updates to three testrooms together with new processes to maximize test efficiency of thehigh asset value and running expense Dyno facilities. In addition theknowledge and knowhow of teams operating the test rooms weredeveloped to provide an integrated development & test capability.

The tasks chosen included (1) Gasoline air-charge determinationmapping tasks applied to powertrain with Direct injection, Boostingwith Variable inlet & exhaust cam timing features, (2) Diesel deve-lopment calibration optimization tasks utilizing adaptive on-line DoEtechniques and (3) Gasoline engine performance development tasksfocused on delivering precise and accurate testing through appli-cation of automated techniques. All three main tasks were appliedto high priority engineering development programs and had setdelivery requirements supporting program input and direction.

Automated testing techniques using both internal Ford tools andexternal available tools such as Puma Open & CAMEO © are in appli-cation within Dunton Technical Centre. However the major feature ofthis project was the focus placed on total efficiency and delivery oftasks over time rather than focus on specific tool-set capabilities.Effectively the team was looking to support Engineering by providingthe data required quickly, efficiently and accurately in the form theinternal customer team required.

Produkte auf den Markt zu bringen, während höhere Komplexitätund höhere Geschäftswirkungsgrade erreicht werden. Um schnell zuagieren von Theorie in beweisbare Praxis wurde ein Pilotprojektan-satz gewählt im Dunton Antriebsstrangs-Entwicklung-Labors – mitFord und AVL Personal in einem Team. Die AVL Mannschaft hat neueWerkzeuge, Kenntnisse und Knowhow eingebracht mit dem Ziel dieFähigkeiten 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 sehrspezifische Aufgaben aus demPrüfbereich anrufen. Zeitdauer desProjektes war 1 Jahr. Grundlagedes Projektes waren Produktivi-tätsmetriken wie im Kapitel 6diskutiert. Die Mannschaft hat einGrundziel definiert – die Prüf-standsauslastung von 40 auf 80 %zu verdoppeln mit Zusatzfokus aufdie Anzahl von Datenpunkten proZeit. Weiters wurde eine Daten-qualitätsmetrik eingeführt, alsProzentsatz guter Datenpunkteder ersten Messung („first timethrough“). Dies hat die Basis ge-schaffen für einen balancierten Plan für das Projekt, abgesichertdurch konstante Messung der Performance.

Um das Ziel „Zunahme in Prüfungswirkungsgrad“ zu erreichen, wur-den neue Verfahren und Methoden verwendet. Im Wesentlichenwurde die Laufzeit mit garantierten Bedingungen des Motors und derTestumgebung, größtmöglicher Sicherheit für den Prototypen und dieDatenqualität massiv erhöht. Der Anteil präziser und wiederholbarerDaten wurde erhöht und größeres Vertrauen in die Ergebnisse eta-bliert. Um diese Dinge zu liefern wurden mehrere Prüfstände umge-staltet, einschließlich Hardware- und Softwareaktualisierungen indrei Prüfständen. Mit dem Prüfungswirkungsgrad wurde auch derNutzen bestehender Investitionen maximiert. Zusätzlich wurden dieKenntnisse 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 Verfahrenund (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 hohePriorität in laufenden Entwicklungsprogrammen. AutomatisierteVerfahren benutzten sowohl Ford Werkzeuge als auch kommerziellverfügbare Werkzeuge wie zum Beispiel Puma Open oder CAMEO ©.Das Hauptkennzeichen dieses Projekts war der Fokus auf demgesamten 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 unddiese in Form und Qualität nach (Ford-interner) Kundenanforderungzu liefern.

Abbildung 1:Integrierter Ansatz

Figure 1:Integrated Approach

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2.1 Business Overview

The One Ford business strategy [1] of One Team, Plan and Goal isdesigned to lead a product transformation by delivering morevehicles worldwide from fewer core platforms enabling reduced costsby allowing increased usage of common parts and systems. The stra-tegy combined with competitive cost and resource pressure requiredfaster 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 gatewaytargets.

In addition legislative and competitive market pressure placed in-creased technical demands on the Test & Development Facility, Teamand System for application both within Diesel & Gasoline basedPrograms. The Ford Powertrain dynamometer based developmentresource is globally spread with a combined test field of approxi-mately 250 Dynos with 100 Dynos located within the Duntonencompassing a diverse range of functional, environmental, andtechnical capabilities. Significant test facility updates have occurredover this time period, however until this project recent technicalautomation, experimentation and control capabilities had not beenfully leveraged.

Ford have worked with AVL for more than twenty five years deve-loping a strong relationship moving from equipment supply throughto provision of engineering expertise and services supporting bothDevelopment and Test organizations.

Following an initial business case review Ford wished to furtherunderstand the capabilities offered via new a new partnered appro-ach to solving the product development requirements generated bynew and difficult to apply technologies within the existing test fieldoperation. The pilot project in partnership with AVL was developed

to demonstrate latest levelPowertrain development process,methodology and tools to supportbenchmark delivery in cost andtiming efficiency for specific deve-lopment tasks.

The project also intended to develop the interactions and workflow in particular within and bet-ween the Engineering and the Testdelivery organizations. The visionbeing to move from a historicdivision of labor approach to ateam based concurrent set-basedengineering approach and thuspromotes the need for Culturalchange.

To increase productivity, organiza-tions historically separated witheffectively division of labor bet-ween departments particularlywithin the West. This now leads toissues with complexity and de-livery within the execution pro-cess due to changing require-ments.

As the powertrain testing taskgrew in complexity, the numberand level of interfaces also grewleading 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 denvermehrten Gebrauch von gemeinsamen Teilen und Systemen. DieseStrategie, kombiniert mit Kosten- und Ressourcendruck erfordertschnellere und wirksamere Methoden, neue Produkte auf den Marktzu bringen.

Alle Ford Programme verwenden ein gemeinsames Globales Produkt-entwicklungssystem (GPDS). Dieses verwaltet Schlüsselziele undderen Einflussgrößen. Zusätzlicher Druck seitens der Legislative undseitens des Marktes erhöht die Anforderungen an Prüfung & Entwick-lungseinrichtungen, deren Mannschaft sowie Systeme Diesel & aufBenzin basierte Programme schneller umzusetzen. Ford betreibt inder Antriebsstrangentwicklung weltweit etwa 250 Bremsen – davonetwa 100 in Dunton. Bedeutsame Modernisierungen stattgefunden,jedoch bis dato wurden neue Automatisierungslösungen undTestverfahren 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. Basierendauf Diskussionen zu Anforderungen des Antriebsstrang Geschäfts-bereichs wollte Ford herausfinden, wie weit das Leistungsvermögenin der Produktentwicklung erhöht werden könne durch Einsatz neuerTechnologien und Abläufe innerhalb des existierenden Prüffeld-betriebs.

Das Pilotprojekt in Partnerschaft mit AVL wurde entwickelt, um denBeststand der Technik in Antriebsstrang Entwicklung einzusetzen –Methodik und Werkzeuge, wurden evaluiert hinsichtlich Einfluss aufKosten und Lieferfähigkeit für spe-zifische Entwicklungsaufgaben.Das Projekt hatte auch zum Ziel,die Wechselwirkungen und Ar-beitsabläufe vor allem zwischenEntwicklung und Test zu verbes-sern. Die Perspektive geht voneiner historischen Arbeitsteilungüber zu einer teamorientierten Ar-beitsweise und erfordert daherauch die Anpassung der Arbeits-kultur.

Um die Produktivität zu erhöhen,haben Organisationen historischmit Arbeitsverteilung zwischenAbteilungen betrieben. Dies führtzu Problemen mit Komplexität undLiefertreue sobald sich Randbedin-gungen stark verändern.

Als die Antriebsstrangprüfungs-aufgabe in Komplexität gewach-sen ist, sind die Zahl und die Leis-tungsfähigkeit von Schnittstellengewachsen. Dies führt zu Prob-lemen mit getrennten Prüfungs- &Entwicklungsorganisationen, diejeweils ihre Bereiche unabhängigoptimieren ohne eine globalesOptimum zu erreichen.

Abbildung 2:Historische Arbeitsteilung

Figure 2:Historic Division of Labor

Abbildung 3:Arbeitsteilung gegenüber Teamwork

Figure 3:Work split vs. Teamwork

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test & development organizationseffectively optimizing respectiveorganizations independently andthus not providing a complete andintegrated systems solution.

Increasing powertrain delivery requirements has increasedpowertrain feature content cau-sing increased the powertrain con-trol module [PCM] degrees offreedom as shown in Figure 4. Thisin turn increases the required testduration using current testmethods due to the greater num-ber of control factors. This is likelyto be an increasing trend due tofurther Fuel Economy & Emissionsrequirements, HEV and EV in duecourse. Conventional one factor ata time test approach results in anexponential growth in time re-quired for development test pro-gram delivery. Consequently bothquicker more efficient methods arerequired applying automation,efficient test design and use of re-sources, this representing a signifi-cant change approach taken bytest and development activities.

3 Conceptual Approach

In order to drive efficiency all levers need to be understood andprioritized in order to select theinitial key factor to focus on. Theproject’s objective was to demon-strate the efficiency benefit gainedvia a new way of delivering Dynobased Powertrain development.The project was split into three keyareas – People, including capabi-lity, knowledge and knowhow atall levels, Process, with an objec-tive of minimizing non value addtime within the test room and theTools to enable the capability tobe delivered by the team.

The project deliverables included need to demonstrate Industryleading quality for test data & calibration deliverables including Rightfirst time, Flexibility & Speed of operation. This key enabler for costand effective delivery of the Powertrain development process. Thisrequired the project to be split into three sections, Automation,Methodology and Palletisation.

Without change and adaption the expected year over year Businessand delivery efficiency requirements will cause stress within an orga-nization. This shrinking pain concept is shown in Figure 5. As anorganization shrinks in size with carry over delivery requirements thecapacity to support work and process flow within an organizationwill diminish. If the task is important it will be supported, if howeverit is not equally valued then the bonds will be stressed and the task

Die Erhöhung der Antriebsstrang-komplexität hat den Gehalt antechnischen Lösungen erhöhtwomit sich die Freiheitsgrade desPowertrain Control Modules[PCM] wie in Abbildung 4 gezeigt,erhöht haben. Dies erhöht wiede-rum die erforderliche Prüfungwenn weiterhin unverändertePrüfmethoden verwendet werden.

Diese Tendenz wird verstärkt durch neue Antriebsstrangtech-nologien wie Hybrid und Elektro-fahrzeugt. Auf Basis konventionel-ler Technik führt das zu einemexponentiellen Wachstum derTestaufwände. Folglich werdenwirksamere Methoden, die Ver-wendung von Automatisierung,sowie ein effektiveres Entwerfenvon Prüfstrategien benötigt, umden Anstieg im Gebrauch vonRessourcen zu limitieren. Dieserfordert eine Änderung in derArbeitsweise in Prüfung undEntwicklung.

3 Konzeptioneller Ansatz

Um den Wirkungsgrad zu erhöhen müssen zunächst alle Hebel undverstanden werden, um Prioritätenzu setzen und sich auf dieSchlüsselfaktoren zu konzentrie-ren. Das Ziel des Projekts war, denWirkungsgradvorteil zu demon-strieren, der über einen neuenWeg von erreicht wird in der An-triebsstrang Entwicklung amMotorprüfstand. Das Projektwurde in drei Schlüsselgebietegeteilt – (1) Personen, einschließ-lich Leistungsvermögen, Kenntnisund Knowhow auf allen Ebenen,(2) Verfahren, mit dem Ziel desMinimierens nichtproduktiver Zeitinnerhalb 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 tothe organization automation specialists to deliver a task. The realneed 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 efficientprocess to develop thus eliminating the gaps. We become better ableto fulfilling the customer requirements in the most efficient way.Thus Test becomes lean AND closes the gap to Engineering and thusovercomes shrinking pain and gap.

4 Identify All LeversWhen looking at a typical Powertrain development process output ortask, an engine calibration may serve as a good example. The con-cept is shown in Figure 6. Following the equation and using theexample proposed we need to look at 5 expressions:

Results / Time: this is the main result of the equation – it describesa task in the development process being delivered within a specifictime. In “our example” an engine calibration in 3 months. The other4 expressions in the equation contribute to this expression in a mul-tiplicative way – i.e. any relative improvement in each of those 4expressions can also be seen with the same percentage in the mainresult.

The expression Result / Good data describe the engineering approach chosen – this is not influenced by test operations. In ourexamples this could be e.g. 1 engine calibration per 9000 datapoints. This means, test operations need to deliver 9000 good datapoints to enable engineering to calibrate an engine. If engineering isable to reduce this requirement by 900 data points, test efforts arereduced by 10% and the efficiency is increased by about 11%.

The expression of Good data / Total data addresses the quality ofthe data gathering approach, which is mainly influenced by testoperations. This is also referred to as “first time through”, expressingthe expectation that all data points are good data points. For ourexamples here we assume 9000 required good data points vs. 11.000data points actually taken due to the need of having to repeat 2000data points.

The expression Total data / Runtime refers' to the data gatheringrate. 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 runtimeand 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 equationabove one contribution is mainlyengineering controlled: theamount of good data needed for aparticular result. The other threeare mainly under the control oftest operations if adequate testorders were placed by enginee-ring.

In order to give a complete viewon the strategy chosen we need toadd that Effectiveness is doing theright things: in the equation abovethis refers to the amount of gooddata needed and to the good-

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4 Identifizieren aller HebelDie Projektziele inkludierten die Demonstration höchster Standardsder Industrie in Qualität der Prüfungsdaten, Kalibrierung sowie Flexi-bilität & Geschwindigkeit des Betriebs. Dies sind Schlüsselgrössen fürKosten und effektive Durchführung des Antriebsstrangs EntwicklungProzesses. Dies erfordert, dass das Projekt in drei Abschnitte,Automation, Methodik und Palettenprozesse gespalten wird.

Ohne Anpassung erzeugen die Jahr für Jahr durch Geschäfts- undLieferungswirkungsgrad-Anforderungen bedingten VerbesserungenSpannung innerhalb einer Organisation verursachen. Diese Spannungwird beschrieben durch den Begriff „Shrinking Pain“ (Schrum-pfungsschmerz) – siehe Abbildung 5.

Wenn eine Organisation schrumpft ohne die Lieferungsbedingungenund Verfahrensabläufe innerhalb einer Organisation anzupassen gehtdie Lieferfähigkeit gegen Null. Wichtige Aufgaben werden weiterhinwahrgenommen, als unwichtig eingeschätzte nicht. Somit zerbrechendie 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 dieWeiterentwicklung 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 Gleichungzeigt, dass man 5 Ausdrücke analysieren muss:

Ergebnisse / Zeit: dies ist das Hauptergebnis der Gleichung – esbeschreibt eine Aufgabe im Ent-wicklungsverfahren die pro Zeitgeliefert wird. Z.B. eine Motorkali-brierung in 3 Monaten. Die ande-ren 4 Ausdrücke in der Gleichungtragen zu diesem Ausdruck ineinem multiplikativen Prozess bei– d.h. irgendeine relative Verbes-serung in jedem der 4 Ausdrückeschlägt mit demselben Prozentsatzauf das Gesamtresultat durch.

Der Ausdruck „results/good data“ beschreibt den Entwick-lungsansatz – vom Prüfbetriebnicht beeinflusst. In unseremBeispiel könnte das z.B. 1 Motorpro 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.

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data-to-total-data-ratio which one wants to be as close as possibleto 1.

Efficiency refers to how well the required actions are completed, thismeans gathering data fast and utilizing the facility with the rightlevel of resource applied.

For any performance improvement or optimization project in testingit makes sense to compare the current values of the 4 expressions tothe state of the art in order to identify the levers with the best returnon invest (ROI)

4.1 Focus on Utilization

When improving the product-ivity of a test field, utilizationis a key factor as expressed inthe equation above (Runtime /Time). Moreover utilizationalso is an important key per-formance indicator for control-lers as it shows how invest-ment is utilized. Furthermore afunctional reporting on utiliza-tion also allows identificationof the main measures requiredto maximize utilization.

Figure 7 describes the initialsituation. The facility is staffedon a two (day& late) shiftbasis with an unattended

bedeutet, die Prüfstandsbetreiber müssen 9000 gute Datenpunkteliefern, 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 um10 % verringert und der Wir-kungsgrad ist um ungefähr 11 %gewachsen.

Der Ausdruck von Guten Daten / Gesamte Daten spricht dieQualität 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 wir9000 erforderliche gute Datenpunkte gegen 11,000 tatsächlichgemessene Datenpunkte an – die Annahme ist, 2000 Datenpunktemussten aus Qualitätsgründen wiederholt werden. Somit wäre fast20% Effizienzverbesserung bei „first time right“ = 100% möglich.

Der Ausdruck Gesamte Daten / Betriebszeit entspricht der Daten-produktionsrate. Sie wird errechnet durch die gemessen Datenpunktegeteilt durch die erforderliche Betriebszeit. In unserem Beispiel neh-men wir an 11,000 Datenpunkte in 1100 Stunden gemessen zuhaben.

Die Betriebszeit / Zeit beschreibt die Auslastung der Prüfeinrich-tung – also das Verhältnis der Betriebszeit zu verfügbarer Zeit. Dasentspricht 24 Stunden pro Tag und 144 Stunden für eine 6-Tages-Arbeitswoche.

Wie vorher erklärt vorher, in der Gleichung ist vor allem ein Beitragdefiniert durch die Entwicklung: die Anzahl guter Daten nötig für einspezielles Ergebnis. Die anderen drei Beiträge sind hauptsächlichunter der Kontrolle der Prüfstandsbetreiber, wenn definierte Prüfauf-träge seitens der Entwicklung erstellt wurden.

Um einen vollständigen Blick auf die gewählte Strategie, die wirgewählt haben, zu geben muss gesagt werden, dass Effektivitätbedeutet, die richtigen Dinge zu tun – also den Betrag von gutennötigen 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 habenwir die 4 Ausdrücke bei Ford evaluiert und entsprechende Verbes-serungsziele definiert – jene Hebel mit dem besten „Return onInvest“ (ROI).

4.1 Fokus auf Prüfstandsnutzung

Beim Verbessern der Produktivität eines Prüffelds, ist die Auslastungein Schlüsselfaktor – in der Glei-chung oben (Betriebszeit / Zeit).Außerdem ist dieser Faktor einwichtiger Indikator für die Buch-haltung, der zeigt, wie effizient In-vestitionen eingesetzt werden.Ferner erlauben regelmäßige Aus-lastungsberichte mit entsprechen-den Zeitblöcken (Abbildung 7) dieIdentifikation der erforderlichenHauptmaßnahmen, die Verwen-dung zu maximieren. In Abbildung7 ist dieAusgangssituation be-schrieben. Das Prüffeld läuft aufZweischichtbasis mit einer unbe-

Abbildung 7:Ausgangssituation

Figure 7:Initial Situation

night shift and limited weekend operation with the facility measuredon a 24hr 6 day per week basis there are mainly two areas of impro-vement:

Addressing the unavailable time – the biggest block. This can bedone by adding shifts (= labor) or by running automated andunattended (“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 exchangepallet that allows replacement of a dysfunctional unit under testwithin a period of time much smaller than a shift, e.g. less than anhour (“Palletisation”).

While utilization is limited and can never be greater than 100% ofthe 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. Thisis addressed in our equation above by the expressions on “datapoints / time” and “good data / total data”. These contributions toproductivity must not be neglected even though this does not showwithin the utilization report..

With increasing complexity test room availability has become a significant constraint within the development process. Engineeringgenerally require more test room time than the test facility is able tosupply with this magnified within key specialist test rooms. Hence ifmeans can be found to productively utilize the unavailable time thiswould provide a benefit to the operation. In addition if means toincrease the proportion of Run-time further business efficiency wouldthen be possible.

5 Strategic ElementsThe existing Utilization division and the overall workflow break downdetermined the strategic elements required to provide the efficiencyand the effectiveness requirements for the project. Ahead of eachtask a multi-disciplined team was formed from Engineering and Testto pre plan the delivery of tasks and establish critical requirements.This enabled front loading for the preparation and planning elementsin order to avoid error states within the task delivery. This provideda means to enable high first time through for data delivery byavoiding error states before they occurred. Within the team Rolesand responsibilities were established and clearly communicatedagainst the deliverables.

The test room activities were split into value-add activities that is tosay activities such as Run-time contributing to the task delivery andnon-value-add activities i.e. the items that do not directly contributeto the task delivery. Thus a strategy developed to maximized thevalue add run-time activity and remove or eliminate the non-valueadd content from the test room. However certain activities such asthe 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 ofrapidly exchanging the equipment from the test room was required.Thus all within test room instrumentation and signal conditioningother than Fuel, & Emissions measurement hardware were placedonto a single quick exchange pallet together with the Engine or asnow defined as the Unit Under Test (UUT).

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mannten Nachtschicht und begrenztem Betrieb am Wochenende. DieAuslastungwird somit auf einen 24 Stundetag bezogen, 6 Tage proWoche Basis. Es gibt somit zur Erhöhung der Laufzeit hauptsächlichzwei Gebiete der Verbesserung:

Erstens, die nichtverfügbare Zeit – der größte Block. Dies kann durchZusatzschichten (= Personal) oder durch automatisiertes Testenunbemannt („Automatisierung“) erreicht werden.

Zweitens, alle kleineren Blöcke, in denen der Prüfstand nicht produk-tiv ist. Viel davon betrifft Arbeit am Prüfling in einer Prüfzelle – diesewird entfernt aus den Zellen durch eine schnelle Umtauschpalette diees 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 als100 % der verfügbaren Zeit, gibt es wichtige Gebiete der Verbesse-rung die eine unbegrenzte Ressource betreffen, Diese wir beimBerichten der Auslastungswerte z.B. völlig vernachlässigt: dieProduktivität des Testens während der Laufzeit. Dies wird in obigerGleichung sehr wohl adressiert durch die Ausdrücke an „Datenpunk-te / Zeit“ und „gute Daten / gesamte Daten“. Diese Beiträge zuProduktivität dürfen auf keinen Fall vernachlässigt werden – deshalbgehen 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 zumFlaschenhals in der Entwicklung neuer Antriebsstränge. Im All-gemeinen fordert die Entwicklung mehr Prüfstandszeit als verfügbarist – speziell bei Hochleistungsprüfständen. Deshalb sind Maßnah-men, die es ermöglichen die verfügbare Prüfstandszeit produktiver zuverwenden hochvorteilhaft und natürlich intelligenter als bloßeKapazitätserhöhung.

5 Elemente der StrategieDie existierende Auslastungssituation und der bestehende Gesamt-arbeitsablauf bestimmten die erforderlichen Strategieelemente, umden Wirkungsgrad zu erhöhen. Für jede Aufgabe wurde ein gemisch-tes Team gebildet von Entwicklung und Test, dass die Projektpläneund Schlüsselanforderungen definierte. Dies erlaubte eine sehr um-fangreiche Arbeitsvorbereitung und Planung, die die Fehlerwahr-scheinlichkeit massiv verringerten. Damit wurde im Testen ein sehrhoher „first time through“ Wert erreicht – in Kürze also: effektiveFehlervermeidung / Erhöhung der Lieferqualität. Innerhalb der Mann-schaft wurden Rollen und Verantwortungen klar eingerichtet und dieBeiträge zu den Projektzielen deutlich kommuniziert. Die Testauf-gaben wurden gespalten in Wert-schaffende und nicht produktiveTätigkeiten gespalten. Folglich hat die zu entwickelnde StrategieWert-schaffende Aufgaben maximiert und nichtproduktive Aufgabenaus dem Prüfbereich entfernt. Gewisse Tätigkeiten wie zum Beispieldie Messgerätevorbereitung oder auch Prüflingsvorbereitung sinderforderlich, können und müssen folglich aber nicht in der „teuren“Testumgebung durchgeführt werden.

Mit den vielen Änderungsanforderungen aus der Entwicklung warein Mittel zur schnellen Re-Konfiguration von Prüfständen erforder-lich. Folglich wurden alle Instrumente im Prüfstand auf eineSchnellwechselpalette 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 dieUUT betreffenden Aktualisierungen außerhalb des Prüfstandesdurchgeführt werden – in einem getrennten Vorbereitungsbereich.

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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 fullpreparation and an engine run-up facility to enable Pallet and UUTfunctionality check completion outside from the test room. Thusdown-time due to hardware update, re-work and instrumentationset-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 atall times with limit detection and reaction planning for key parameters. In addition Spark advance, Air-Fuel ratio Lambda and COEmission 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 alloweddetailed and full preparation to be completed.

In order to achieve the utilization levels desired it was determinedthat the normal course of operation for the room would be runningand that running should be under automatic control. Thereforetogether with the Palletisation update the test room control systemwas also upgraded to latest level AVL Puma Open (2010) with theintroduction 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. Ofkey concern was the capability for existing Emission analyzersto cope with the sample especially with diesel application whilstapplying boundary search experimentation techniques. Therefore forthe diesel application an AVL AMA I60 analyzer incorporating aceramic pre-filter was introduced. In addition for the gasoline relatedtesting the existing equipment was evaluated and containmentactions introduced to avoid un-planned breakdown including purgeand service cycle changes by working together with the test facilityMaintenance team.

6 Strategy ExecutionThe pilot project was executed over a 12 month period using a phased approach including pilot test room operation. Three testrooms were upgraded plus an additional off-line preparation run-upfacility room was built.

The first test room update supported a high priority gasoline mapping calibration activity with automated capability to safely runa Direct injection Boosted application. Next to minimize programimpact the first advanced West Wing test room was updated withPuma Open and CAMEO © automation tools and an AMA I60Emissions 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 fullyupdated including Quick change pallet, Puma Open 2010 andCAMEO © tool-set capability. During each element AVL specialistsprovided 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 eineranderen Palette. Dies erforderte, dass ein Vorbereitungsareal fürschnelle Änderungspaletten geschaffen wird. Im Bereich wurde einekleine Werkstätte für die volle Vorbereitung und einen Motorkurztestkombiniert. Somit kann die volle Paletten und UUT Funktionalitätkontrolliert werden, außerhalb des Prüfstandes. Somit wurden Aus-fallzeiten auf Grund Hardwareaktualisierung, bezüglich UUT undMessgeräten aus dem Prüfstandsbereich eliminiert.

Da die Prototypzahlen verringert wurden, kann ein ungeplanter Aus-fall zu bedeutsamer Verspätung des Programms führen. Daher lief dieUUT stets mit Grenzwertüberwachung und geplanter Reaktion fürSchlüsselparameter außerhalb der Norm. Zusätzlich zu Messungenvon Zündwinkel, Luft-Kraftstoff Verhältnis Lambda und CO wur-den Echtzeitregler zur Steuerung benutzt. Die Anwendung vonCAMEO RT © Real Time ermöglicht es, den Motor auch in kritischenBereichen sicher zu betreiben.

Das Prüfungsprogramm wurde durch Planungsversammlungen invöllig definierte Prüfungspläne umgewandelt. Somit standen für diePrüfstände immer 100% vorbereitete Programme zur Verfügung.

Um die gewünschten Auslastungsgrade zu erreichen, wurde defi-niert, dass der normale Prüfbetrieb automatisiert erfolgt. Zusammenmit der Einführung eines Schnellwechselpalettensystems wurde auchAVL 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 desAbsteckens der Grenzwerte. Für diese Dieselanwendung wurde einAVL AMA I60 Analysator mit einem keramischen Vorfilter bestückt,eingeführt. Für die Benzin-Anwendungen wurde die existierendeAusrüstungen evaluiert und Verbesserungsmassnahmen wurdenergriffen: Säuberungs- und Servicezyklen wurden definiert zusammenmit der Wartungsmannschaft.

6 StrategieumsetzungDas 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 eineBenzin-Kalibrieraufgabe unterstützt. Für die Dieselaufgabe und füreinen weiteren Benzinprüfstand wurde die Palettenumgebung mitVorbereitungsbereich geschaffen.

Während jeder Phase unterstützten AVL Fachleute, die neuenSysteme zu bedienen, und ermöglichten dann die Knowhow Übertra-gung an das Ford Team durch eine Kombination formeller Ausbildungsowie „training on the job“.

Die Planung der Prüfstandsmodernisierung in Phasen und mit vielentechnischen Elementen war durchaus komplex, liegt aber im für AVLExperten 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.

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team through a combination of formal training sessions and on thejob coaching.

To provide a fast track implementation of initially one test roomupdate within three months followed on by two successive updatessequentially during a 9 month period required careful evaluation ofthe current test room status and requirements. Thus each room wasreviewed by experienced engineers and corrective actions taken toenable the infrastructure to support the planned efficiencies.Likewise all installed tools and their interconnectivity was reviewedand updated where required. The tools were then re-installed to thea new robust design including replacing test room wiring and thencomplete integrity testing completed for the complete system onceinstalled. The commissioning and configuration of the automationsystems was implemented and validated. Safety of the team, testroom, and unit under test are paramount, requiring all safety limitsand shutdown procedures to be fully tested and documented beforeany productive program was commenced. To support programdelivery 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 thework within the test rooms and to assist with daily running. This pro-vided on the job training for the test room personnel and improvedthe link with the engineering departments. The workflow includedconverting test requests from engineering into where beneficial auto-mated test programs. This was initially performed by AVL then forfuture sustainability knowledge and knowhow transfer to Ford test &development teams was also implemented.

New operating modes including separating the engine and palletpreparation, setting fail-safes, automation of complex tasks allrequire new consistent processes to ensure data quality and effi-ciency and thus a step by step approach was chosen thus removingthe 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 toolsand methods were intended to replace repetitive and staff-depen-dent manual tasks with an automated approach utilizing interactiveand model based automation.

A major part of gaining efficiency within the test field is managingthe customer requirements. Hence the Test team needed to interactand engage with Development how to gather the required data mostefficiently and agree a way to proceed. The efficiency pilot approachwas 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 afocused planning and preparation stage ahead of test program beingstarted within the test room. A key step within the Mapping Air char-ge determination task included a full team review and validation ofthe Engine, PCM, Dress-kit and Instrumentation hardware ahead ofagreeing to install into the test room.

This section will now discuss the generic approach with relevantexamples focusing on the three main factors influencing test roomefficiency within the test facility namely Increased Run Time, WasteRemoval from test Room, and how to best productivity use theincreased Run Time.

6.1 Extend Run Time

A key project goal was to double utilization from 40 to 80% on a24hr 6 day per week measure and gain incremental run time. From

Ebenso wurden alle installierten Werkzeuge und ihre Kompatibilitätüberprüft und gegebenenfalls aktualisiert, wo erforderlich.

Da die Modernisierungen auch die Verdrahtung von Systemen betraf,gab es nach den Veränderungen eine volle Abnahmeprüfung – fürdas vollständige System. Die neue Konfiguration der Automationssys-teme wurden definiert, ausgeführt und bestätigt. Die Sicherheit derMannschaft, des Prüfstandes und der UUT erforderten, dass alleSicherheitsgrenzen 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 inden Prüfständen geplant und durchgeführt. Diese Vorgangsweise hatdas Prüfstandspersonal von Beginn weg geschult und die Zusam-menarbeit mit den Entwicklungsabteilungen verbessert.

Der Arbeitsablauf bestand in der Konversion von Prüfaufgaben inautomatisierte Testläufe wo sinnvoll. Dies wurde anfänglich von AVLdurchgeführt, sodann wurde das Knowhow an Ford Test- & Entwick-lungsmannschaften übertragen. Neue Bedienungsmodi einschließlichTrennen der UUT und Palettenvorbereitung, Setzen der Limits für denausfallsicheren Betrieb, Automatisierung von komplizierten Aufgabenerfordern alle, dass neue gleichmäßige Verfahren die Datenqualitätund den um Hindernisse eines nach dem anderen zu entfernen.

Diese Verfahren wurden innerhalb der Ford Umgebung entwickeltund nicht von einem externen Testfeld übernommen. Ferner wurdendie Werkzeuge und Methoden eingesetzt, sich wiederholende Tätig-keiten zu ersetzen und personalabhängige manuelle Aufgaben durcheine automatisierte Methodik, interaktiv und Modell-basiert, abzulö-sen.

Ein Hauptteil des Wirkungsgrades innerhalb des Prüfungsfelds be-steht im aktiven Umsetzen der Kundenanforderungen. Deshalb gingdas 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 sichrechnet. Ein Schlüsselschritt innerhalb des Benzinprojekts war z.B.eine kompletter Überprüfung aller Systemparameter mit der volleMannschaft: UUT, PCM, Verkabelung, Messgeräte etc. Die folgendenAbschnitte beschreiben die drei Hauptfaktoren, die den Prüffeldwir-kungsgrad beeinflussen. Die Erhöhung der Laufzeit, EliminierenNicht-produktiver Zeit am Prüfstand und die Produktivität innerhalbder 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

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the utilization analysis the grea-test opportunity was to reduce theunavailable category primarilythrough night shift running andduring other unattended time peri-ods. With available manning andoperational constraints this re-quired Automatic unattendedoperation to be implemented andthis was agreed with the team asstandard means of operation.

The pilot test rooms and facilityinfrastructure were already con-figured and risk assessed to sup-port automatic and unattendedoperation including reaction plansfor shut-down, isolation and alarmsystems in case of an unplannedevent or failure. To support thegoal of unattended operation theEngineering team required con-firmation Engine or unit under testUUT safety would not be placed atrisk. For example as applied to the

gasoline mapping task where the UUT the first prototype built in thephase.

Within the planning stage the engine operation safety limits wereestablished as well as range of operation including speed, load,boost and knock limits. Twenty limits were applied within PumaOpen and CAMEO © control and if exceeded a reaction plan imple-mented. The reaction strategy focused on keeping the unit under testsafe.

For gasoline applications key parameters including Spark advance,Exhaust gas temperature, Air-Fuel ratio and CO concentrationrequired real time control including reaction control during enginescavenging operation. This was enabled via integration of CAMEORT © interface with the Cylinder pressure indication, the EngineController interface and the Puma Open test room control as shownin Figure 9. Spark advance real time control included measurementand reaction plan control for both MFB50% (Mass Fraction Burnt)and for Knock. If the knock level exceeded the first threshold Sparkadvance would be retarded. If the second threshold was exceededthe retard rate was increased. If the final threshold was exceeded the

system could depending on con-ditions skip the test point or seriesof points or implement a shut-down routine. This routine inclu-ded setting to a known safe partload condition including cam set-tings control. The Unit under testwas then run at a cool down con-dition and then shut down. Thisavoided placing undue stress oncritical components, for examplethe turbocharger. Zero hardwarefailures occurred during the pilotdue to control issue or limitviolation. This was a significantchange from the prior mode ofoperation.

The teams objective was to avoidthe 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 Personalbedeutete dies den automatischenunbemannten Betrieb als norma-len Betriebsstatus.

Die Prüfung der Infrastruktur für den sicheren, automatischen undunbemannten Betrieb einschließ-lich Reaktionspläne bei Systemab-schaltung war ein wesentlicherVorbereitungsschritt – Alarmsyste-me und Abschaltung für den Falleines ungeplanten Ereignisses sindkritisch. Um das Ziel des unbe-mannten Betriebs zu unterstützenmusste der Entwicklung versichertwerden, dass die Sicherheit derPrototypen gewährleistet ist. ZumBeispiel für die Benzinkalibrier-aufgabe war die UUT der erstePrototyp in dieser Bauphase.

Innerhalb der Planungsphase wurden die Motorbetriebssicherheits--grenzen sowie der sichere Bereich des Betriebs einschließlich Ge-schwindigkeit, Last, Boost und Klopfgrenzen eingerichtet. ZwanzigGrenzwerte wurden innerhalb Puma Open / CAMEO kontrolliert. Fürjede Überschreitung wurde ein Reaktionsplan definiert. Die Reak-tionsstrategie hat sich an der Sicherheit der UUT orientiert.

Für die Benzinanwendung waren Schlüsselparameter einschließlichSpark Advance, Austrittsgastemperatur, Luft-Kraftstoffverhältnis undCO Konzentration – diese erforderten Echtzeitregelung während desscavening 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 wurdenimplementiert. Wenn die Klopfhöhe die erste Schwelle überschrittenhat, wurde Spark Advance verlangsamt. Wenn die zweite Schwelleüberschritten wurde, wurde die Verzögerungsrate erhöht. Wenn dieendgültige Schwelle überschritten wurde übergeht das System denDatenpunkt oder eine ganze Serie von Punkten oder führt eineSystemabschaltroutine aus. DieseRoutine führt zu einer bekanntensicheren Teillastbedingung ein-schließlich Nockenwelleneinstel-lungen. Die UUT wurde dann unterkühlenden Bedingungen betriebenund dann gestoppt. Dies vermei-det übermäßige Spannung auf kri-tische Teile, zum Beispiel den Tur-bolader. Null Hardwareausfällewurden während des Pilotprojek-tes verzeichnet – eine wesentlicheÄnderung gegenüber früher.

Das Mannschaftsziel war, den Be-darf an Systemabschaltungenwährend des unbemannten Be-triebs zu vermeiden, da Zeit verlo-ren geht bis zum Eintreffen dernächsten 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

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unattended operation as time would then be lost if a shut-downoccurred until the next manned shift. The strategy was to use themanned period with test room operator and engineer to determinewhich conditions or zones requiring manned support typically theharsher more difficult test operating conditions and then use theunmanned period to run easier conditions or known successfully ope-rated settings.

This introduced new means of operation whereby automated test runwas pre-programmed off-line within CAMEO ©. The operator thenexecuted a test run or series of runs and monitored the testing. Thisenabled the operator to concentrate on ensuring the data quality ofthe task in terms of ensuring all channels present and reviewing thedaily check data performance against known control limits and takecorrective action where required.

6.2 Remove Waste

With increased available run-time and application of automatedmethods the throughput of operation greatly increased the possi-bility of delay due to data evaluation and next step determinationwithin both Engineering & Test. The team’s countermeasure was touse the Pallet system to enable two programs to be simultaneouslyrun within one test room. Effectively when the first Pallet A programwas complete pallet A was exchanged to Pallet B enabling testing toresume and avoid the test facility efficiency being compromised.Matched pair programs with similar requirements and fuel type were

selected for this purpose. This alsosupported multiple plan do checkact cycles [4] experienced duringcritical phases of development.

To enable a two program withinone test room operation all non-value-add activity to producingtest data needed to be removedfrom the room to minimize down-time, as any delay would impacton two development programs.

For the pilot two quick change pallets were obtained per testroom. The pallets were designedto take the complete Unit under

test mounted on standard vehicle mounts together with designintent induction and exhaust systems. In addition instrumentationand front end module signal conditioning were mounted on the pal-let and all hydraulic systems were routed through a series of quickconnect couplings mounted on two match plates, one on the Palletand the other on a Receiver mounted onto a Bed plate. The Palletdocking process included automatic Match plate engagement andclamping of the Pallet to Bed plate through a pneumatic controlsystem.

The pallet exchange process thus required limited technician inter-vention during exchange. The only manual steps required includingdecoupling the prop-shaft, exhaust system & sample points via aquick connect and two instrumentation connections plus stabilizedelectrical power supply connection removal to enable removal of thepallet 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 theserver during the exchange process. This enables full instrumentationset-up outside from the test room including coolant, oil and boost orother media PID controller settings.

war somit, während der besetzten Schichten jene Zonen zu bestim-men bzw. zu vermessen die eine schwierigere Prüfung erfordern. Mitdiesem Know how war es einfach, die unbemannten Schichten fürleichtere Bedingungen automatisiert zu nutzen für bekannt er-folg-reiche Einstellungen. Dieser eingeführte neue Betriebsmodus warvorprogrammiert innerhalb CAMEO ©. Der Bediener hat dann einenPrüflauf durchgeführt oder eine Serie von Läufen und hat die Prüfungüberwacht. Dies hat dem Bediener ermöglicht, sich auf das Sichernder Datenqualität der Aufgabe zu konzentrieren, darauf alle Kanälezu sichern und auf die tägliche Kontrollen mit korrigierenden Hand-lungen wo erforderlich.

6.2 Eliminieren unproduktiver Zeit

Mit vermehrt verfügbarer und genutzter Laufzeit unter Anwendungvon automatisierten Methoden erhöht sich der Durchsatz desBetriebs – damit steigen die Möglichkeiten der Verspätung auf Grundvon nötigen Datenevaluierungen und Entscheidungen über nächsteSchritte, sowohl in Entwicklung als auch Test. Die Gegenmaßnahmeder Mannschaft war, das Palettensystem zu benutzen, zwei Pro-gramme gleichzeitig zu ermöglichen, innerhalb eines Prüfstandes. Defacto wurde das Programm auf Palette A abgefahren und sobaldEntscheidungen anstanden wurde Palette B eingebracht um zu ver-hindern der der Wirkungsgrad ver-ringert wurde durch Analyse / Ent-scheidungsprozesse. AngepasstePaare von Paletten mit ähnlichenBedingungen und Kraftstofftypwurden für diesen Zweck ausge-wählt. Dieses unterstützt bekannte„plan do check act“ Zyklen [4], diewährend kritischer Phasen derEntwicklung angewandt werden.

Um zwei Programme innerhalb eines Prüfstandes zu ermöglichenwurden alle unproduktiven Tätig-keiten aus dem Prüfstand ver-bannt. Für das Pilotprogrammwurden zwei Schnellwechselpaletten pro Prüfstand installiert. DiePaletten wurden so entworfen, dass sie die vollständige UUT aufneh-men, die auf normalen Fahrzeuguntersätzen zusammen mit Einlassund Abgassystemen montiert wird. Zusätzlich werden Messgeräteund FEMs auf die Palette aufgebracht und alle hydraulischen Systemewurden durch eine Serie von Schnellkupplungen verbunden, die aufzwei Gegenstückplatten montiert sind. Die Palette dockt automatischan das Gegenstück an und wird durch ein pneumatisches Steuer-system fixiert.

Das Palettenwechselverfahren benötigt manuelle Unterstützungdurch Techniker. Die einzigen manuellen Schritte betreffen Welle,Abgassystem, zwei Messgeräteverbindungen und die Verbindungeines stabilisierten elektrischen Netzteils.

Zuzüglich zum physischen Wechsel der UUT und der Palette werdendie UUT, Prüflauf- und Prüfstandsdaten vom server geladen währenddes Wechsels. Dies ermöglicht die volle Messgerätekonfiguration ein-schließlich Kühlmittel, Öl und andere Medien (PID) und SteuergerätEinstellungen außerhalb des Prüfstandes.

Mit dem Standardprozess entwickelt in diesem Projekt wurde die 20Minuten 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]

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With process development usingthe initial pallet and receiverdesign pallet exchange timingfrom engine running to enginerunning of under the 20min targettime 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 ofthe Ford senior leadership by ateam of three who run the twoquick change pallet test roomsand the preparation facility.Hardware updates are planned tofurther 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 pilotphase and Full year utilization in 2010 of 73% with 58% run timeachieved. The new system has required standardization in channeldefinition, test approach and required organization with a Factoryapproach mindset.

The non-value-add tasks not directly contributing to test roomutilization were removed from the high value test room. These tasksinclude the engine hardware up-dates, instrumentation changes andcalibration, diagnostic and functionality checks. However these tasksare vital and necessary, thus they need to be completed. Hence theseactions were moved into an off-line pallet preparation area. This areawas configured to enable non loaded engine running by provision ofa Pallet receiver unit and sufficient Puma Open capability to enableengine run-up.

To support the complete pallet exchange process, off-line prepa-ration and automated un attended running Health & Safety facilityrisk 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 unattendedrunning for an early phase D.I. Boostedapplication using Bosch BGLWM stra-tegy enabled an approximate 3ximprovement in data collected perweek compared to existing methods.

Following raising of the peak knockingpressure shut down limit the target1000 data points per week rate wasexceeded with a maximum of 2544data points collected per week with aRun time average of 82 hrs. per week.Further work supporting PCMMapping calibration enabled develop-ment of 11 standard Mapping testroutines.

möglich mit einem einzelnenTechniker den Umtausch zu vollen-den. Ein Rekord mit 6 Minuten 58Sekunden wurde erreicht bei einerDemonstration für ein Manage-mentteam. HardwareaktualisiE-rungensind weiter geplant um dieBedienerabhängigkeit zu verrin-gern.

Durch das Bedienen zweier Pro-gramme mit Online-Anpassung fürDoE-basierte Aufgaben im Prüf-stand 102 wurde 85 % Auslastungwährend der Pilotenphase er-reicht. Über das Jahr 2010 lag die-ser Wert bei 73 % mit einem 58 %Laufzeit Anteil. Das neue Systemerforderte Normierung in Kanal-definition, Prüfansatz und der er-forderlichen Organisation mit ei-ner Fabrik-ähnlichen Einstellung.

Unproduktive Aufgaben wurden aus dem Prüfstand entfernt. DieseAufgaben schließen die UUT-Hard-wareaktualisierungen, Messgerä-teänderungen und Kalibrierung, sowie Funktionalitätskontrollen ein.Diese Aufgaben sind wichtig und notwendig. Deshalb wurden sie inein „offline“ Palettenvorbereitungsareal verlegt. Dieser Bereich wur-de so gestaltet, dass der Motor lastfrei betrieben werden konnte aufeiner Palette unter Puma Open. Um das vollständige Palettentausch-verfahren und die offline Vorbereitung abzusichern wurden komplet-te Gesundheit- & Sicherheitseinrichtungsrisikoanalysen durchgeführtund 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 unbemanntenLaufens über Nacht für eine Kalibrier-aufgabe nach der Bosch BGLWMStrategie hat einen etwa dreifacheErhöhung der Datenerfassungsrate proWoche verglichen zu existierendenMethoden ermöglicht.

Nach der Anpassung des maximalenklopfenden Drucks wurde das Ziel von1000 Datenpunkten pro Woche über-erreicht mit einem Maximalwert bis zu2544 Datenpunkten, die pro Wochemit einem Laufzeit Durchschnitt von82 Stunden pro gemessen wurden. Dieweitere Arbeit zur Unterstützung derPCM 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 allrequired channels need to be accurate-ly recorded and the hardware must befunctioning as intended with no errorstates present such as for example airleakage during air-charge determina-tion work. Therefore ahead of eachday’s work the test room operatorcarefully inspected the engine, leakchecked where necessary and ran afive point data quality check whichwas reviewed in CONCERTO ©. usingstandard statistical checks to identifyout of control conditions. With careapplied it was possible to achieve a96% First Time Through for the BoschBGLWM data review.

The Air-Charge delivery task high-ighted the benefits and opportunitiespossible by migrating previously

manually controlled tasks and automating with by nature increasedcapability to run unattended with the right first time set-up. In addi-tion the whole process could be run quicker with greater precisionand 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 procedureswere quickly developed in line with the tasks required within thedevelopment plan. All work was associated with a developmentneed on the basis of applying lean pull based flow. The developedautomated range of tasks includes; Daily check, Full load, Part loadmini map, Air charge determination, Ignition loops, Start of injectionloops, Fuel path, Camshaft variation, Boost sweeps, Mass air-flowMAF transfer function and Calibration verification test matrix.

The test routines were configured to run under both set parametercontrol 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 testprocedures. For this we initially relied upon the resident AVL expertswithin the duration of the pilot. The experts were then able to trans-fer required knowledge to the direct operational and engineeringsupport teams through a combination of formal and informal on thejob training. This enabled transition of common tasks direct to theoperational team and reduced the demand on the resident experts.

Test Room 102 focused on diesel task delivery and also introducedthe concept of two programs running within one test room with allprogram demands met or exceeded. The diesel development taskcomprised of two parts for On-cycle and Off cycle Air path set pointcalibration using automated on-line adaptive DoE data collection toachieve Emissions drive cycle optimization. This was enabled throughprovision of tools, process and capability of the team supporting.In addition to the quick change pallet process the test room wasequipped with an AVL AMA I60 with ceramic pre filter which enabledlong periods of extended emissions measurement to be possibleincluding running to boundary limits for emissions HC, CO & NOx.The test room was equipped with fully capable fluid temperature andpressure conditioning systems with combustion air temperaturecontrol. The Pilot team provided detailed system and applicationknowledge to the wider Ford test team including on the job and

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von 11 Standard Testroutinen ergeben.Um nützliche Daten zu erhalten warerforderlich alle definierten korrektaufzuzeichnen. Weiters musste die kor-rekte Funktion der Hardware sicherge-stellt werden ohne Fehler wie zumBeispiel ein Luftleck während der air-charge Bestimmung. Daher wurde derPrüfstand und die UUT zu Beginn jedesArbeitstages geprüft mit einer Fünf-punkt Datenqualitätskontrolle in CON-CERTO © unter Verwendung üblicherstatistischer Kontrollverfahren umDatenpunkte oder Zustände „außerKontrolle“ zu identifizieren. Mit dieserSorgfalt war es möglich, eine 96 %„first time through“ Rate für die BoschBGLWM 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 höhererGenauigkeit der Sollwertsteuerung unter definierten sicherenGrenzen durchgeführt. Bei Grenzwertüberschreitungen gab es klardefinierte Reaktionspläne, einschließlich der notwendigen und kon-trollierten Systemabschaltung.

Somit wurden für die Benzinmotor Kalibrierung und die Motor Ent-wicklung weitere Prüfverfahren entwickelt, die alle erforderlichenAufgaben innerhalb des Entwicklungsplans automatisierten. AlleVerfahren wurde abgestimmt auf die Entwickleranforderungen ineinem schlanken „pull“-basierten Prozess erarbeitet. Die entwickel-ten automatisierten Aufgaben umfassten: Tägliche Daten und SystemKontrolle, Voll-Last-Läufe, Teillastbetrieb, Minimaps, aircharge Läufe,Zündläufe, Einspritzläufe, Kraftstoffspfad, Nockenwellenverände-rung, Boost Sweeps, Luftstrom MAF Übertragungsfunktion undValidierungs Prüf Matrix für die Kalibrierung.

Die Prüfläufe wurden so gestaltet, dass sowohl feste Parameter alsauch 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. Diesewurden anfänglich von den AVL Experten im Pilotprojekt erstellt.Dieses Wissen wurde an die Ford Teams durch eine Kombination vonformellen und informellen Trainings weitergegeben. Dies hat zurÜbernahme der Aufgaben geführt und den Bedarf an Expertenunter-stützung verringert.

Prüfstand 102, auf Dieselaufgaben konzentriert, hat zwei Program-men parallel laufend unterstützt und alle Programmanforderungenübertroffen. Die Dieselentwicklungsaufgabe bestand aus zwei Teilenfür on-cycle und off-cycle Luft Kalibrierung, mit Online-adaptive DoEzur 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 zuGrenzbereichbestimmung 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

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classroom based training. The team also developed workingpractices to enable successful automated high efficiency runningwith the test and engineering teams.

The main target deliverable for the pilot study was to improve testproductivity, this required new process application within a highcapability test environment applying highly automated, feature byfeature 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 modeemissions optimization, Turbine inlet pressure P3 modeling, Torquematching, 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 duringthe Pilot study and full year 2010 73% utilization with 58% Run timeachieved measured over a 24hr /6 Days per week period. Rapid PalletExchange has demonstrated ability to run two program engines backto back. Test room stabilization has delivered a large quantity ofquality 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 specifiedinjection configuration. The test plans were executed using theCAMEO © on-line Adaptive DoE Procedure.

Test designs were created to support 3rd order polynomial modelswith 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 airflow and boost pressure. During testing the Automation respondedto limits (boundaries) and then adapted by adding points to thedesign to provide a completed experiment to D-Optimal criteria.

This test program was completed over a period of 5 weeks. Averagedata acquisition rate was three minutes per data point, includingsetting, stabilization and measurement. The Unit under test ranunattended for long periods, including over-night. Automation tasksincluded:

(a) Model Based Charge Control Engine mapping routine. The engine runs through a set of fuel-loops and records all relevantdata for model based EGR controller. This was also applied to torque-mapping calibration.

(b) Pre-turbine pressure, P3 mapping routine. The engine performsVGT 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 P3mapping were post-processed within the existing Ford CAEDevelopment team process to deliver a calibration. The emissionstask was split in to four engine temperature regions (cold, warm, hotslow and hot fast). The pilot project modeling and optimization pro-vided Ford calibration for two of the above regions, namely, warmand hot-slow. Calibration for hot-fast was also offered however itwas chosen not implement this into the prior generated calibration.The overall results from this work combined with the existing Fordcalibration in the cold and hot fast regions enabled stage V emissionprogram targets to be achieved.

Das Pilot Team wurde detailliert in System und Anwendungskenntnisunterwiesen in formalen Schulungen sowie durch training on the job.Die Mannschaft hat auch Arbeitsabläufe entwickelt, die notwendigsind, um erfolgreiche einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen mitautomatisiertem Betrieb. Das Hauptziel der Pilotstudie war, diePrüfproduktivität zu verbessern, basierend auf diesen neu eingeführ-ten Verfahren. Dies führte zu einem Satz von Dieselprüfverfahren imautomatisierten 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 erreichenwährend 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 Modellenbasiert, Optimierung und Kalibrierung in CAMEO © ermöglichen. Diedurchgeführten Kalibrierungen wurden in definierten Bereichen vonDrehzahl und Bremsendrehmomenten bei angegebenen Einspritzkonfiguration durchgeführt. Die Prüfpläne wurden in CAMEO ©generiert und im Online-Adaptive DoE Modus gemessen. Polynome3. Ordnung wurden für die Modelle verwendet mit Interaktionen 2.Ordnung. Die Testpläne umfassten ungefähr 2400 Datenpunkte inSumme. Grenzwerte wurden für Rauch, Druck-unterschied über dasEGR Ventil und Abweichungen des Massenluftablaufs und Förde-rungsdrucks gesetzt.

Während des Prüfens wurde automatisch auf Grenzwerte reagiertund Punkte wurden wo nötig hinzugefügt, um am Ende ein D-Optimum Kriterium zu erfüllen. Dieses Prüfprogramm wurde übereine Periode von 5 Wochen vollendet. Die durchschnittliche Datener-fassungsrate war drei Minuten pro Datenpunkt, einschließlichSetzen, Stabilisierung und Messung. Die UUT ist unbemannt für langePerioden, einschließlich über Nacht gelaufen. Automationsaufgabenumfassten:

(a) Modellbasiertes „charge control engine mapping“. Die UUT läuftdurch einen Satz von Kraftstoff-Schleifen und zeichnet alle rele-vanten Daten für das modellbasierte EGR Steuergerät auf. Dieswurde 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, nämlichwarm und heiß-langsam. Die Kalibrierung für heiß-schnell wurdeauch geliefert, aber es wurde beschlossen, diese aus früheren Datenzu erzeugen. Die Gesamtergebnisse dieser Arbeit, zusammen mit derexistierenden Ford Kalibrierung in der kalten Region und dem heißschnellen Gebiet erlaubten die Stage V Emissionsziele zu erreichen.

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Following the initial pilot, work has been undertaken to transfer themodeling and optimization methodology know-how and develop thefuture process.

The testing and development tasks directly impacted program delivery for supporting emissions and air-path controls for a specificprogram. AVL and Ford are working together to change workingpractices to maximize the value delivered by a modern testingenvironment.

7 DiscussionThis Section is reserved to critically discuss the assumptions made inthe project we report on and the lessons learned out of this commonventure. The report focuses on business and technical drivers for thisproject and the technical solutions and improvements together withfigures as measure of success that suggest that this has mainly beena technology endeavor. In reality the change management projectproject learnt a lot and this learning is described here.

1. The conceptual approach and the identification of all levers turnedout 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. Sopeople 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 orworse.

2. Rightfully so, it proved to be comparatively easy to increase utilization once the right interfaces between engineering and testwere created that guaranteed a filled test-pipeline (see Figure 5).However, to get the teams to work together to define tests withsufficient detail in time and then also work on fast resolution ofunexpected topics to keep a high level of safe automated runningdoes need practice. Getting a team to play seamlessly does notcome by itself – a coach is needed that understands the wholegame and also knows how to motivate the single players andshow them the benefit of the team play. And once the team playstogether in that manner the necessary information and hardwareflow is easy to organize for a seamless and efficient operation ofwhere it all comes together: Powertrain testing.

3. For the pallet exercise it is absolutely essential to mention that thehardware shown in Figure 11 is a necessary enabler for the fastengine exchange – however as with all other elements of this project, the overall process is key. That means that the tools, suchas the Snap In FEMs need to support this process but they derivetheir 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 laboravailable when manual interventions were needed. All this soundslike a lot of effort but the main difference is the ability to deliverthe 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 elementsare missing for delivery.

4. The methodology of using a pilot team that drives change and bysuccess establishes credibility, derives satisfaction and works asmultiplier and coaches for other parts of the organization is theideal 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 Testshaben direkt zum Emissions Entwicklungsprogramm beigetragen.AVL und Ford arbeiten weiterhin zusammen, um die gängige Praxiszu ändern, den Wertbeitrag des Testens zu maximieren, der von einermodernen Prüfumgebung geliefert werden kann.

7 DiskussionDieser Abschnitt ist einer kritischen Diskussion vorbehalten, um dieAnnahmen zu diskutieren, die im Projekt gemacht wurden, und dasgemeinsame Lernen zu dokumentieren. Die Fokus dieses Berichtswaren geschäftliche und technische Anforderungen und die techni-schen Lösungen – dies suggeriert, dass dies hauptsächlich ein Tech-nologieprojekt war. In der Realität hat die Projektmannschaft vielgelernt zum Thema „Änderungsmanagment“ - dieses Lernen ist hierbeschrieben.

1. Die Gesamtkonzeption mit der Identifikation aller Hebel hat sichals eine sehr stabile Basis erwiesen, das Projekt zu steuern, undErfolg zu messen, (Siehe Abbildungen 9, 12 und 13). EinSchlüsselerfolgsfaktor war die Kommunikation zu allen beteiligtenGruppen, da Prüfstände verändert wurden, die kritisch waren inder Lieferung von Entwicklungsprogrammen – denn wir haben dieMethode der Lieferung während eines laufenden Programmesgeändert. So mussten Leute beim Ändern des Wegs unterstützenund ihre Arbeitspraxis ändern beim Abliefern wichtiger Aufgabender Antriebsstrangs Entwicklung – dies war eine Echtzeit Demon-stration mit hoher Sichtbarkeit.

2. Folglich war es vergleichsweise leicht, die Auslastung zu erhöhensobald einmal die richtigen Schnittstellen zwischen Entwicklung und Test geschaffen wurden, um eine gefüllte „Pipeline“ mit UUTsauf Paletten sicherzustellen (Siehe Abbildung 5). Aber um dieMannschaften dazu zu bringen, so zusammenzuarbeiten, Prüfläufemit genügend Detail rechtzeitig vorzubereiten und dann auchschneller auf unerwartete Themen mit gemeinsamen Entschei-dungen zu reagieren, eine hohe Ebene der Sicherheit zu behaltenbei Automatik Läufen bedingt Praxis in eingespielter Zusammen-arbeit. Die Spielpraxis allein reicht hier auch nicht für nahtlosesZusammenspiel – ein Trainer wird gebraucht, der das Spiel verstehtund auch weiß, wie die einzelnen Spieler zu motivieren sind, ambesten dadurch, ihnen den Vorteil des Mannschaftsspiels zu zei-gen. Sobald die Mannschaft zusammen die notwendigen Infor-mationen und Hardwareabläufe beherrscht, ist es leicht, einennahtlosen 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 wiemit allen anderen Elementen dieses Projekts, ist der Gesamtpro-zess der Schlüssel. Der bedeutet, dass die Werkzeuge, wie zumBeispiel Schnellwechsel FEMs, dieses Verfahren unterstützen, abersie leiten ihre Daseinsberechtigung vom Gesamtprozess desschnellen Wechsels und der vorbereiteten Ein/Ausgabekanäle. We-sentliche Elemente dieses Prozesses sind die vollständige Kon-figuration für die Prüfung – Hardware, Software, die richtigenParameter, die richtigen Personen verfügbar wo manuelle Beiträgenötig sind. Alle das klingt nach viel Aufwand, doch der ist immeda – die Herausforderung ist die richtigen Elemente zur richtigenZeit verfügbar zu haben.Auch in einem wenig produktiven Prüffeldwerden diese Elemente geliefert – aber nicht rechtzeitig und in

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concept to the test in a real life pilot also allows for fast learningand avoiding costly mistakes that happen when rollout occursbased 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 intentionallynot addressed in order not to dilute the efforts. Clear next steps forthe team would include data quality improvements. The first timethrough value would be consistently monitored, targets be set andcorrective actions implemented where necessary. It has to be the

goal to measure quality at thepoint of delivery within the testroom by the test room operatorusing defined system and tools.

6. The team was committed tocelebrate the successes on theway, be it significant increasesof the data gathering rate or utilization or be it the recog-nition of the program by AllanMulally, the CEO of Ford as

shown in Figure 14. Furthermore the program received the 2010Test Facility of the Year runner-up award from ATTI (AutomotiveTesting Technology International).

8 ConclusionsThis project has demonstrated significant improvement can be reached in live test rooms on actual program delivery tasks based ona pilot approach that is based on improving the overall Test &Development process by focusing on target deliverables for thecustomer.

The improvements were based on process improvement supportedby tool provision and by a skills initiative to allow for the best wor-king environment with changed roles and improved skills – keywordsare failsafe automated unattended running, faster data gathering,model based calibration and online adaptive DOE processes as wellas 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 mainstrategic areas of action: “automation”, “palletisation” and“methodology”.

The achieved improvement exceeded effort reduction by 50% in thepilot test rooms, corresponding to more than 100% efficiency impro-vement in testing. Numbers supporting this are an approximatedoubling of utilization, reduction of time per data point by about50%.

These achievements in testing require a different way of collabo-ration with engineering – among those are a thorough definition oftests that allows for automated running and a tight collaboration on

schlechter Qualität. Dies bedeutet schreckliche Verschwendungvon kostbaren menschlichen und Hardwareressourcen, die haupt-sächlich warten, weil einige Elemente Ihren Lieferzeitpunkt ver-passen.

4. Die Methodik eines Piloten-Teams treibt Änderung durch Erfolgvoran, etabliert Glaubwürdigkeit für den Ansatzeinrichtet underzeugt Befriedigung über Erreichtes – weiters generiert siemenschliche 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 auchschnelles 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 angelegtenDatenqualitätsverbesserung. Der „first time through“ Wert muss überwacht werden und Korrekturmassnahmen definiert werden wo notwendig. Es muss das Ziel sein, Qualität am Punktder 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 zufeiern, seien es massive Zunahmen der Datenakquisitionsrate odersei es die Anerkennung des Programms durch Allan Mulally, derCEO von Fords wie in Abbildung 14. Ferner hat das Programm denzweiten Platz zur „Prüfeinrichtung des Jahres“ erreicht – eine Aus-zeichnung der ATTI (Automotive Testing Technology International).

8 SchlussfolgerungenIm Projekt wurde gezeigt: eine signifikante Verbesserung kann inPrüfständen erreicht werden, die eng in Entwicklungsprogrammeeingebunden sind, auf Basis einer Pilotprojekt-Methodik, die auf demVerbessern von Prüfabläufen basiert ist unter Beteiligung aller ver-bundenen Prozesse. Die Verbesserungen wurden durch Prozessver-besserung erreicht, unterstützt durch Werkzeuge und Training, offenfür eine Optimierung der Rollen, Verantwortungen und Fähigkeiten –Stichwörter sind der ausfallsichere, automatisierte und unbemanntesBetrieb, höhere Datenerfassungsraten, Modell-basierte Kalibrierungund online-adaptive-DOE Verfahren sowie Qualitäts-Meilensteine inder Motor und Prüftstandsvorbereitung. Basierend auf allen Hebelnkonnten wir drei Hauptstrategien definieren: „Automatisierung“,„Pallettisierung“ und „Methodik“. Die erreichte Verbesserung lag beiAufwandsreduktionen 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 ungefähr50 %. Diese Leistungen im Test entstehen durch eine andere Art derZusammenarbeit mit der Entwicklung – darunter versteht man eineeingehende Definition der Testanforderungen, die automatisiertenBetrieb unter Setzen von angemessenen Grenzwerten zum Ziel hat.Somit erreicht man ausfallsicheres Laufen unter maximaler Sicherheitund maximaler Datenaquisitionsrate.

Abbildung 14:Interne und externe Anerkennung –Ford Rocks! & ATTI

Figure 14:Internal and External Recognition –Ford Rocks! & ATTI

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setting adequate limits for failsaferunning protecting the unit undertest while maximizing data gathe-ring rate.

The One-Ford [1] principles ofworking together with one planand goal by fostering technicalexcellence, working togetherthrough application of modelvalues and thus delivering results,ensured excellent alignment of allparties involved while making thebenefit and contribution clear to

all participants in the process. This was demanded as the changestook place in live test rooms based on delivery of critical data toPowertrain programs.

10 AcknowledgementsThe Authors of this paper would like to recognize the following individuals which through their commitment, expertise and thequality of their work contributed substantially to the success of theFord/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, HarryPearson, 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 klarenPlan für ein definiertes Ziel durchFörderung technischer Exzellenzund Zusammenarbeit. Durch diedas Leben von Werten entstehenErgebnisse auf ausgezeichnetemNiveau durch Involvierung allerbeteiligten Personen. Dieser An-satz wurde angewandt bei der Ver-besserung des Prüfstandsbetriebszur Lieferung kritischer Daten inAntriebsstrang Programmen ver-langt.

10 DanksagungDie Autoren dieses Berichtes möchten folgenden Personen danken,die durch ihre Förderung, Fachkenntnis und die Qualität ihrer Arbeitwesentlich zum Erfolg des Ford/AVL Projektes beigetragen haben –dieses teils sogar erst ermöglichten. In alphabetischer Reihenfolgesind 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, KevinBloy, Garry Bryant, Stewart Cook, Sajid Chaudry, Tony Dale, PeterDay, 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 2008http://corporate.ford.com/dynamic/metatags/article-detail/one-ford

[2] James P. LewisWorking 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 CompanyThe Need for efficient Program Delivery WorkshopDunton Technical Centre, Nov. 2010

[4] W. Edwards DemingOut of the Crisis.Massachusetts Institute of Technology MIT Center for Advanced Educational Services2000, ISBN-10: 0911379010

Abbildung 15:Das Ford AVL Projekt Team

Figure 15:The Ford AVL Joint Pilot Efficiency Team

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