LMS解决方案帮助福特公司实现新的产品质量标准

福特发动机前端附件传动系统部门采用LMS Test.Lab将测试周期缩短一半

福特汽车公司一直以来致力于制造高品质、低油耗、安全和技术先进的汽车，不断快速提升其产品质量，通过不断努力以成为品质第一的汽车制造商。这种品质策略贯穿了整个福特集团，包括FEAD组，他们利用LMS Test.Lab测试系统，加倍提升了在扭转性能以及其他噪声振动等方面的试验效率，以确保在美国设计开发的所有发动机前端附件驱动系统具备高品质标准。

“优异的产品质量是我们在北美市场业绩得以提升的最重要的因素之一，”Mark Fields，福特公司执行副总裁兼美国区主席对此表示。“长期不变地提升质量使得我们的客户对福特品牌保持信心，同时也为新产品打下了良好的基础。”

福特引领新一轮的竞争

在这新一轮的竞争中，Ford公司宣称他们新上市的任何一款新型轿车或商用车，包括2008 Ford Focus，都将拥有比原有车型更好的品质。福特公司的Fusion、Taurus和Escape Hybrid获得了美国2008年《消费文摘》杂志“最佳购买品”的荣誉。此外，客户对福特公司国内品牌的满意程度高达77%。

“公司的每个人都团结协作，为我们的客户生产品质最佳的汽车，”Bennie Fowler，福特集团全球品质副总裁指出：“作为汽车行业品质的领军者，我们感到非常的骄傲。但是这并不意味着我们已经赢得了这场品质之战。我们要稳固我们产品品质的领先地位，并努力保持下去。”

对于具有一定规模的汽车制造商来说，不断提升产品性能，同时还要在规定的时间内推出新产品，是一个巨大的挑战。质量流程的每个阶段都是潜在瓶颈，特别是所谓的“挤压点”操作需要为整个公司处理工作。福特公司的管理层特别关注如何让那些品质流程的关键阶段达到最大效率。

福特的FEAD试验室

位于密歇根州Allen Park的测试实验室，是质量保证环节中的关键部门之一，该试验室位于底特律城外，在那里进行所有发动机前端附件传动系统的振动声学性能测试，这些附件传动系统包括：皮带传动系、皮带轮，张紧轮、惰轮，利用他们来驱动类似于交流电机、空调压缩机、助力转向和水泵等辅助设备。

FEAD试验室负责人Joe Skrobowki表示，快速精确的测试能力对于提高福特汽车品质和缩短开发周期来说至关重要，因为他们负责为所有在美国开发的车型的FEAD试验，包括承担欧洲和亚洲一些试验能力不足地区的试验任务。试验贯穿于产品的整个开发周期：较早的物理样机驱动系统的对比试验，样车工况下的FEAD验证试验，以及在量产、新车型上市前的解决特定问题的试验。

试验的类型主要有三种。声学测量主要记录汽车车厢内的噪声水平。结构振动试验判定各种零部件的共振频率和响应函数，以及在发动机加速过程中每个附件在整个带宽范围内所有频率上的加速度振动水平。扭振试验：通过安装在旋转部件上的编码器获得的信号，来测量由于发动机点火冲击以及扭矩变化所引起的旋转部件的角位移波动。测量扭振的意义在于：无论前端附件传动系统是在不同的转速下的空负荷运转，还是在工况下的各种转速下运转，发动机点火时的冲击以及扭矩的变化都将会在轴截面上发生扭转及弯扭的应力耦合。

“我们花费了相当多的时间和精力来关注扭振，因为扭振是与前端附件传动系统相关噪声的主要原因：皮带尖叫声、叽嚓声，以及伴随着堕轮轴承和张紧轮卡嗒声的拍打声，”Skrobowski说。“这些噪声对于乘客来说是不能接受的，同时也表明了存在破坏性振动，会严重损坏轴承等零部件，从而缩短部件的使用寿命。”

一旦发现了类似的问题，FEAD试验团队会提出针对驱动系统的改进意见，来应对此类振动现象：加强张紧轮、增加解耦减震器、改变皮带缠绕方式、加大皮带轮的边缘尺寸或更改支架设计以偏移结构的固有频率等。试验团队必须快速得到测量结果，并尽快将修改意见反馈给设计部门，而旧的试验系统已不堪重负。 [page]

旧试验系统不堪重负

面对越来越多的新设计，由于过去的试验系统功能性不强，使得试验室在测试和实验结果报告方面的能力受到了极大的限制。主要的问题之一是结构、振动、扭振和声学试验必须在不同的试验系统上进行测试。由于各种试验是分别进行的，所以需要多次进行试验的设置。此外，由于系统之间的不兼容性，数据交换也非常繁琐。加上由于需要花费大量时间手工地将数据生成标准报告模式，因而报告的生成也相当复杂。而当进行整车试验时，旧系统由于体积比较大，系统比较复杂，所以需要花费相当多的时间和精力将其运送到试验现场，然后安装在汽车上。

为了克服这些困难，FEAD试验采用了32通道数的LMS SCADAS 310数据采集前端，以及LMS Test.Lab试验分析软件，进行振动噪声试验工作。福特公司用LMS系统替换以前所用的设备，作为一个集成性试验平台，LMS试验系统能够同时完成结构振动、扭振和声学试验。

“我们在统一平台上进行试验，更容易交换数据，并且在进行多项试验的同时可以查看数据的相关性、相互影响和耦合性，”Skrobowksi解释道。“此外，与以前基于文本命令格式的旧系统相比，基于Windows系统的软件界面使用起来更快捷，对于常规试验任务的自动化功能提高了试验设置和报告生成的速度。”他还指出LMS系统的便携性也是他们选择的重要原因之一。LMS SCADAS系统结构紧凑，适于在试验现场使用，技术人员能够轻松地将系统装入手提箱内携带上飞机，并很容易将它安放在测试样车的座椅上。由于信号调理和麦克风放大器内置于系统中，所以不需要在车内安装其他设备。因此，其他设备和传感器都可以直接与LMS SCADAS连接起来，并可用车载12VDC电池对其供电。

快速、精确的扭振试验

“与以前的系统相比，采用LMS Test.Lab进行扭振测试带来了很大改善，因为以前的系统需要单独的单元将变频脉冲转速信号转变为数字转速信号。这种方法对于噪声比较敏感，并在高转速的情况下其分辨率会受到限制。因此，我们需要花费很多的时间去解释获得的数据，并需要进行重复性试验。此外，因为所有的数据必须进行手工组合和操作，结果的输出和曲线绘制也非常耗时。”

LMS SCADAS系统内置的QTV(4通道扭振模块)，其配置的数字信号调理功能能够自动分析编码器信号，可以将转速脉冲数据转化为高精度的扭振角速度和角位移时间历程，并具有极高的测量分析带宽。信号计算中使用的参数估计和插值算法比其他传统扭振测量系统更加精确。LMS扭振测量的独特之处在于其精确性完全独立于转速和采样频率，即便是转速频率高达50kHz.“更高的精确度意味着能在更短的时间内采集所需的扭振信号，并且试验结果更加精确，”Skrobowski说。

他还表示说，在试验准备阶段，使用LMS系统能节省了相当多的时间和精力。LMS Test.Lab的项目管理功能为每个特定类型的试验提供了直观的提示信息，告诉技术人员使用什么样的传感器以及需要做哪些标定。此外，技术人员还可以使用树形结构的文件管理功能，轻松地从其他项目中拖拽数据。从头开始做这些工作往往会浪费很多时间并且增加了出错的机率。LMS Test.Lab自动化功能可以消除这些问题，技术人员能够在第一时间保证工作的正确无误，无须花精力去排查和纠正那些不必要的错误。

当试验结束后，LMS Test.Lab自动的报告生成功能可以帮助FEAD试验室的技术人员快速准备好完整的试验报告。“以前，我们要出示一厚叠记录日志和计算结果，来解释什么设备连接在一起，试验是如何运行的，以及每个通道的试验结果。进行这些工作相当费力，并且工程师说明这些数据也非常耗时。现在，我们不再需要花费数小时或者几天的时间了，因为LMS Test.Lab能够几分钟内准备好报告，使用预定义的模板可以轻松地生成标准的试验报告。例如，LMS软件中的目标链接和嵌入式构建能够帮助工程师在图表中组合各种不同的数据，对比分析实际车型和物理样机。所有的试验都将被真实地记录下来，作为历史存档，以便在以后的项目进行调用，这样能够很好地了解整个系统的性能，”

LMS显示数据的图表不再是传统的静态图形，而是交互式的动态数据显示，这样工程师和技术人员能够按照需要缩放、组合、移动、以及根据不同显示方式的需要进行其他操作，或者在自己的试验报告和其他文档中重新调用。LMS试验系统采集的动态数据还能够按照一定的格式输入至福特公司自己的AP-FEAD分析动力总成的FEAD多体动力学系统中，用于设计工程师在早期的系统开发中，进行仿真设计。

“最重要的一点是，LMS系统在扭振和振动噪声试验方面的高效性，从试验的开始到结束，我们试验室的整个标准测试周期缩短了一半。”Skrobowski解释说。“这方面能力的提升，使得我们能够在更少的时间内完成更多的试验任务，为了应对更大的工作量，这对于我们来说非常必要，而对于Ford公司来说，为了持续快速的提高品质，同样非常必要！”