2006-01-2511

Engines Development Time Minimization in function of Tests

Systems and Data Analysis Optimization and Integration

Minimização do Tempo de Desenvolvimento de Motores em função da

Otimização e Integração dos Sistemas de Testes e Análise de Dados

Ricardo Andrade Ranal

Robson Alves Nascimento

Margarete de Castro Menezes MWM International Indústria de Motores da América do Sul ltda.

Copyright © 2006 Society of Automotive Engineers, Inc

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ABSTRACT

Most of times, the project development cost is proportional to needed time to concluded it. This issue is not different when the subject is engines development. All tests and assays are each time more rigorous, demanding an extensive and accurate engineering analysis. At the same time, the market demand increases according to shortened deadline projects delivery. This diminished time can bring a costs reduction to the project and consequently, resources necessaries to the accomplishment of other quicker and efficient tests and assays becomes available. The objective of this paper is to propose, at first, the reduction of the existing gaps in the development and analyses systems and optimize both. The next step after this optimization is to integrate both in a unique, fast, trustworthy and friendly system. RESUMO

Sabe-se que o custo do desenvolvimento de um projeto, na maioria das vezes, é proporcional ao tempo que

foi gasto para concluí-lo. E no que diz respeito ao desenvolvimento de motores esse problema não é diferente. Os testes e ensaios estão cada vez mais rigorosos

exigindo uma análise de engenharia mais extensa e apurada.

Ao mesmo tempo, a demanda de mercado aumenta na medida em que os prazos de entrega de projeto são

reduzidos. Com isso, minimizar o tempo de desenvolvimento torna-se primordial. Reduzindo-se esse tempo obtem-se uma redução no custo do projeto e, conseqüentemente,

disponibiliza-se os recursos necessários para a realização de

outros testes e ensaios de maneira mais rápida e eficiente.

O objetivo desse trabalho é propor, primeiramente, a

redução das �lacunas� existentes nos sistemas de

desenvolvimento e análise otimizando ambos. Após essa

otimização, o próximo passo é integrá-los em um único

sistema rápido, confiável e amigável. DESCRIÇÃO DO SISTEMA Agilidade, praticidade e confiabilidade. Essa foi a filosofia empregada para a concepção desse sistema. Em todas as suas etapas é possível verificar a

eliminação de fatores que, se somados, dificultam em muito

o bom andamento dos testes e análises necessários para o

desenvolvimento de motores. Para que a explicação do sistema seja melhor

compreendida é necessário dividi-lo em três blocos:

- Controle e Aquisição de Dados; - Armazenamento dos Dados; - Importação e Análise dos Dados.

Figura1. Diagrama de Blocos do Sistema. CONTROLE E AQUISIÇÃO DE DADOS (BANCO DE

TESTES)

Desenvolvido a partir de software e hardware dimensionados para tal tarefa, essa parte do sistema é

responsável por executar e gerenciar os testes em função

dos programas presetados pelo usuário de acordo com os

procedimentos de engenharia. Além disso, aquisita todas as

informações necessárias conforme o tipo do ensaio para

uma posterior análise.

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Foi desenvolvido com o objetivo de facilitar e agilizar o trabalho do usuário. Houve uma preocupação em se

projetar uma interface amigável onde operador não

perdesse tempo na busca das funções e informações.

Inclusive as cores da interface foram selecionadas de maneira a possibilitar uma visualização contínua da tela sem causar maiores desconfortos e, conseqüentemente, sem

influenciar na produtividade do usuário.

Figura 2. Tela do software de Controle e Aquisição de Dados. O Controle e Aquisição de Dados está subdividido em

blocos de acordo com suas funcionalidades:

- Controle do Dinamômetro; - Acionamentos; - Painéis de Instrumentação; - Gerenciador de Programa; - Gerenciador de Folha de Teste; - Alarmes; - Visualizador Gráfico; - Níveis de Usuário; - Histórico �Post-Mortem�; - Interface com Analisadores; - Horímetro; - Aviso de Manutenção do Dinamômetro; - Calibração.

CONTROLE DO DINAMÔMETRO � As variáveis

de rotação, carga e posição do acelerador são tanto

visualizadas quanto ajustadas nesse bloco. Os setpoints são

enviados através do software ao hardware de controle do

dinamômetro. Esse, por sua vez, age sobre as variáveis a

serem controladas retornando os valores das mesmas ao

software. O usuário preocupa-se apenas em setar os setpoints de acordo com o procedimento de teste. Todo o controle é realizado pelo sistema.

Figura 3. Detalhe do painel do Controle do Dinamômetro. ACIONAMENTOS � Todos os eventos digitais (on/off) como partida, ignição, bomba elétrica, exaustores

entre outros, são acionados através da tela do sistema.

Figura 4. Detalhe dos acionamentos digitais de ignição, partida, marcha lenta e modo do dinamômetro. As variáveis que necessitam de um controle através

de válvulas, como pressão de admissão e escape e

temperaturas de água e diesel, são também ajustadas em

telas auxiliares do sistema que enviam os setpoins às

válvulas proporcionais localizadas em seus respectivos

pontos. Isso faz com que o operador evite entrar no banco de testes para interferir diretamente no controle através de

válvulas manuais.

Figura 5. Tela auxiliar de Controle da Admissão.

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PAINÉIS DE INSTRUMENTAÇÃO � Os pontos de instrumentação de temperatura e pressão são totalmente

visualizáveis através de telas auxiliares que podem ser

chamadas por botões na tela principal. Outros pontos de

medição como consumo, fumaça e até canais matemáticos,

também podem ser visualizados.

Figura 6. Painel de Temperaturas - Tela auxiliar. É importante ressaltar que os pontos que necessitam

de uma visualização constante, como temperatura de água e

escape, pressão e temperatura de óleo e potência observada, ocupam um lugar de destaque na tela principal ao lado dos controles do dinamômetro.

Figura 7. Pontos de visualização constante em destaque no canto direito. GERENCIADOR DE PROGRAMA � Nesse subsistema é possível criar, selecionar, editar e controlar um programa de testes automático. O usuário tem

condições de programar todo o procedimento do teste a ser

realizado setando o tempo do passo, tempo de rampa, modo de controle do dinamômetro, rotação, carga, posição do

acelerador, sinais de ignição e partida, aquisição dos dados

e, em breve, acionar equipamentos de medição de fumaça,

particulado e emissões de gases.

Figura 8. Detalhe do painel do Gerenciador de Programa. Durante a execução automática do teste, o

gerenciador de programa disponibiliza ao usuário a

visualização dos setpoints de todos os passos, o número e o

tempo total de passos do programa, o número, o tempo

decorrido e os setpoints do passo em execução e o diretório

do arquivo do programa. Uma vez que um arquivo de programa de teste foi criado, a sua gravação no sistema é automática. Assim,

cria-se uma base de dados com todos os testes que já foram

executados. Isso possibilita ao usuário selecionar o

programa todas as vezes que o mesmo ensaio for solicitado. O fato do programa não ter que ser refeito agiliza todo o processo de teste sensivelmente. GERENCIADOR DE FOLHA DE TESTE � Trata-se de um outro subsistema responsável pela parte de aquisição

de dados do ensaio. Pode-se criar, selecionar e editar as folhas de teste (arquivos com as aquisições de dados) de

acordo com o tipo de teste a ser executado.

Figura 9. Tela do Gerenciador de Folhas de Teste. Todas as variáveis automatizadas no sistema são

aquisitadas quando se solicita uma gravação na folha de

teste, seja manual (o operador aciona a gravação através de

um botão na tela) ou automática (seta-se o melhor momento para a gravação no programa de testes automático). A

seleção dos dados pertinentes para cada tipo de teste

acontece em outra etapa que será explicada posteriormente. No campo destinado à gravação manual de dados

existem campos para entrada manual de variáveis (via

teclado) que ainda não estão com suas medições

automatizadas ou, simplesmente, que estão fora do escopo

do considerado padrão, tratando-se de medições especiais. Evita-se assim, inclusões posteriores de dados na folha de

teste, que costuma gerar confusões na análise e,

conseqüentemente, atraso nas avaliações da engenharia. Na criação dos arquivos de folhas de teste há campos

onde o usuário deve indicar qual é o tipo e o número do

motor, o tipo e o número do teste e o número da folha de

teste. Partindo desses dados, o gerenciador de folha de teste é capaz de montar o nome do arquivo conforme o

procedimento utilizado pelo departamento de Engenharia,

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facilitando e agilizando a posterior rastreabilidade dos dados dos testes.

Figura 10. Tela de Criação dos Arquivos de Folhas de Teste. ALARMES � Todas as variáveis medidas pelo

sistema podem ser associadas a níveis de alarmes. Através

de uma tela auxiliar o usuário seleciona um canal onde

pode setar até quatro níveis diferentes de alarme: - HiHi: Nível vermelho alto. Quando a variável

ultrapassa essa condição o sistema corta o sinal

de ignição parando o motor; - High: Nível amarelo alto. Nessa condição o

sistema joga o motor para marcha lenta; - Low: Nível amarelo baixo: Quando a variável cai

abaixo dessa condição o sistema joga o motor

para marcha lenta; - LoLo: Nível vermelho baixo: Nessa condição o

sistema corta o sinal de ignição parando o motor.

Figura 11. Tela auxiliar de configuração de Alarmes. Todos os eventos de alarme que ocorrem durante o teste são gravados em um arquivo exclusivo. Caso seja

necessária a verificação de alguma ocorrência, esse arquivo encontra-se disponível para eventuais consultas. VISUALIZADOR GRÁFICO � Possibilita que o usuário selecione as variáveis que ele queira monitorar de

maneira gráfica. A detecção de instabilidade ou desvios no

teste é facilitada uma vez que se utilizam recursos gráficos

para a visualização.

Figura 12. Detalhe do Visualizador Gráfico. NÍVEIS DE USUÁRIO � O sistema conta com a possibilidade de cadastro de usuários com diversos níveis

de acesso. Normalmente usam-se três níveis: - Administrador: acesso total ao sistema incluindo

configuração, calibração, alarmes e operação; - Engenheiro/Líder: acesso aos alarmes e operação; - Mecânico: acesso somente à operação.

Figura 13. Tela de Login do Usuário. HISTÓRICO �POST-MORTEM� � Esta é uma

função oculta do sistema que é disparada assim que o motor

entra em funcionamento, ou seja, quando é apresentada

uma rotação igual ou superior a sua marcha lenta. Trata-se de uma aquisição de dados automática e sem

a interferência do operador, que serve para análises rápidas

de possíveis problemas que venham a acontecer no decorrer do teste e que acabe resultando em uma parada brusca do motor. Todas as variáveis automatizadas do sistema são

aquisitadas e armazenadas em um arquivo de maneira contínua até que o motor pare por qualquer motivo. A

velocidade e tempo de aquisição podem ser customizados. Os valores padrões são de amostragens feitas a cada cinco segundos durante dez minutos. Esse histórico documenta os últimos minutos antes de

uma possível parada por problemas do motor. Esse tipo de

aquisição ajuda, de maneira rápida e eficiente, a detecção

de problemas que seriam muito difíceis e demorados de

resolver sem esse recurso. INTERFACE COM ANALISADORES � Para que se possa agilizar ainda mais o processo de testes de motores é

preciso uma automação completa de todos os equipamentos que compõem o sistema. Por isso a comunicação com os

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equipamentos analisadores (medidor de fumaça, particulado

e emissões de gases) faz-se necessária. Apesar da integração desses equipamentos com o

sistema de testes ser algo um pouco mais complexo e demandar um trabalho mais apurado no seu desenvolvimento, já foram realizados experimentos com

seus protocolos de comunicação onde foram obtidos ótimos

resultados. Em breve, os analisadores estarão totalmente integrados com sistema, dando maior velocidade no processo de aquisição de dados. HORÍMETRO � Funciona de maneira semelhante ao histórico post-mortem. Porém, apenas registra a quantidade

de horas de teste �com o motor rodando� executados pelo

sistema. Esse é um dado importante utilizado nos indicadores de desempenho da administração para medir

eficiência dos bancos de teste.

Figura 14. Detalhe do Horímetro.

AVISO DE MANUTENÇÃO DINAMÔMETRO �

Um contador, que tem como referência o horímetro, mostra

um aviso na tela a cada certa quantidade de horas definidas pelo departamento de manutenção. O aviso só é resetado

após a manutenção preventiva do dinamômetro. Esse tipo

de lembrete para o usuário faz com que os períodos de

manutenção sejam cumpridos evitando-se paradas indesejadas nos testes para manutenções corretivas. CALIBRAÇÃO � O sistema possui telas auxiliares de calibração onde, comparando-o com equipamentos padrões

certificados, é possível realizar os ajustes necessários para

manter seu bom funcionamento e a garantia de confiabilidade de suas medições.

Figura 15. Tela auxiliar de Calibração.

ARMAZENAMENTO DOS DADOS

Os arquivos de folha de teste gravados durante o ensaio são armazenados, para uma maior segurança, no

disco rígido do computador onde funciona o sistema de

testes. Ao final do ensaio, esses arquivos são redirecionados

para um diretório no servidor da empresa através da rede

local. Esse diretório foi previamente liberado pelo

departamento de Tecnologia de Informação para

armazenamento exclusivo de folhas de teste.

Figura 16. Esquema do Armazenamento dos Dados. Esses arquivos de folha de teste são isentos de

qualquer tipo de formatação, fórmula ou outro elemento que possa aumentar seu tamanho, ou seja, pode-se dizer que se tratam de dados �brutos�. Com o intuito de ocupar o menor espaço possível no servidor, eles possuem somente

informações numéricas que representam os valores de todos

os canais aquisitados durante o ensaio formando apenas uma �massa de dados�. Essas massas de dados são disponibilizadas na rede

local, única e exclusivamente, para o departamento de

Engenharia executar suas respectivas análises. IMPORTAÇÃO E ANÁLISE DOS DADOS A fase de importação e análise dos dados é executada

por um outro software especialmente dimensionado e desenvolvido para análises de engenharia. A instalação

desse software é executada nos computadores do

departamento de Engenharia para ser utilizado quando necessário. Antes da análise propriamente dita, o arquivo de

folha de teste, ainda como uma massa de dados, é

impossível de ser analisado. Por isso, é necessário que o

arquivo seja condicionado através de algumas etapas que

foram previamente programadas no software de análise:

- Importação; - Filtragem; - Formatação; - Tabela de Limites; - Relatório Final.

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IMPORTAÇÃO � É possível rastrear e selecionar o arquivo de folha de teste a ser analisado e redirecioná-lo do diretório da rede local para os computadores da engenharia.

Figura 17. Esquema de Importação dos Dados.

Figura 18. Tela de Importação dos Dados. FILTRAGEM � Consiste na eliminação dos dados

irrelevantes ao tipo de teste a ser analisado, deixando apenas o que é pertinente à produção do relatório final.

Figura 19. Eliminação dos dados irrelevantes ao Relatório. FORMATAÇÃO � Classifica e organiza os dados conforme sua respectiva categoria, sejam valores numéricos, características do motor, unidades de medida,

data e hora da medição, etc. Nessa etapa também ocorrem

os cálculos entre os valores para a formação dos dados

calculados.

Figura 20. Classificação e organização dos Dados. TABELA DE LIMITES � Alguns dados são

submetidos a uma tabela de limites onde é feita uma

comparação entre os valores. Isso ocorre com a finalidade

de se realizar uma pré-análise do teste antes da avaliação do

departamento de Engenharia propriamente dita. RELATÓRIO FINAL � Exibe o relatório

completamente formatado com gráficos comparativos,

tabelas de limites e dados de aprovação para uma análise

detalhada do departamento de Engenharia.

Figura 21. Relatório pronto para a análise final. Todas essas etapas são realizadas de maneira

automática. Assim que o arquivo de folha de teste é

solicitado, o software executa todas as operações

necessárias para que o relatório final seja concluído o mais

rápido possível.

Figura 22. Esquema do processo automático da Importação e Análise dos Dados.

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CONCLUSÃO

SISTEMA �ON-LINE� � É importante ressaltar que a

intenção da integração de todas as etapas dos sistemas de

teste e análise é a de agilizar, sem perder a confiabilidade,

todo o processo de desenvolvimento de motores, transformando-o em um sistema �on-line�.

Figura 23. Esquema do Sistema On-line. Enquanto num determinado momento um teste é

preparado, outro é realizado e um outro é analisado. Dessa

maneira, os recursos necessários para a realização de outros

testes e análises são mais rapidamente liberados,

possibilitando a execução de cronogramas mais enxutos, em um tempo de desenvolvimento menor e com custos de projeto menores. Nos testes realizados com o novo sistema, observou-se queda de vinte por cento no tempo de desenvolvimento. Entenda-se como �tempo de desenvolvimento� o ciclo que

se inicia a partir da preparação do teste até análise final dos

dados. Pretende-se reduzir ainda mais esse tempo. Pelo menos quarenta por cento do atual. Com o desenvolvimento e ajustes constantes no sistema e treinamentos adequados para os usuários, acredita-se que a meta é bem razoável de

ser alcançada e, pretensiosamente, até ultrapassada.