カーティス・インスツルメンツ、モーターコントローラー検査用の第2世代自動化テストシステムを構築

このケーススタディでは、Pickering Interfaces が Curtis Instruments をどのように支援して、既製品（COTS）製品への移行とシミュレーション負荷を使用した障害検出の検証およびシミュレートされた負荷の監視により、陳腐化の問題を解決する第2世代のテストシステムを構築したかを説明します。

ATS 2.0でCOTSルートを選択することは間違いなく正しい決定であり、PXIシャーシとモジュールのサプライヤーを探し始めたとき、通常の考慮事項、つまりコスト、リードタイム、信頼性が問題となりました。それにより、比較的公平な競争環境が生まれましたが、Pickeringの長期にわたる製品供給とサポートの保証が際立っており、競合他社よりもPickeringを選ぶ主要な要因の一つとなりました。

- リチャード・オールレッド、カーティス・インスツルメンツ　シニアテストエンジニアリング　グループリーダー

カーティス・インスツルメンツ（Kohler社の一部）は、最新技術のモータ速度コントローラーおよび車両制御システムのオリジナル機器メーカー（OEM）であり、マテリアルハンドリング用トラックや機器で広く使用されています。たとえば、同社のAC F2Aモータコントローラーは、デュアル高性能ARM Cortexマイクロプロセッサを搭載しており、1〜2トンのクラスIII歩行式電動パレットトラックの牽引コントローラーとして使用するよう最適化されています。このコントローラーは、油圧ポンプの制御にも適しています。

会社の厳格なQAプロセスの一環として、すべてのモーターコントローラー

（そしてF2Aは、同社のポートフォリオにある33種類のモーターコントローラーのうちの1つにすぎません）は、徹底した機能検証チェックの対象となります。これを実行するために、カーティスは複数の同一の自動テストシステム（ATS）を有しています。

ATSは1998年に導入され、次のもので構成されていました：

バッテリーキャビネット。

さまざまな電圧と出力の2つまたは3つのモーターを備えたモータースタンド（負荷として使用）。

校正およびテストされているさまざまなモーターコントローラー用の多数のフィクスチャインターフェースを備えたテストスタンド。

このシステムは、カーティスの製品ポートフォリオにあるすべてのモーターコントローラー（すなわち、すべてのシリーズ、SepEx、PM、ACモデル）をテストするために使用できるという点で汎用性があります。この多用途性は以下によるものです。

製品固有のテストフィクスチャの使用。これにより、ATSハードウェアは汎用のままに保つことができます。例えば、Kontron AmericaのIndustrial Standard Architecture（ISA）準拠のアナログおよびデジタル入出力（ADIO）が使用され、さらにCurtisはいくつかのカスタムカードを開発しました（下記参照）。

システムはPCベースで（ISAカードをサポートするWindows XP OSを使用しています）。動作電圧やその他の試験パラメータのさまざまな組み合わせは、ソフトウェアで選択可能です。この機能は高いレベルの自動化を実現する上で重要であり、多くの試験ではほとんど、またはまったくオペレーターの操作を必要としません。

SepEx、シリーズおよび永久磁石製品は、それぞれのモータータイプに基づいて構築された3種類の異なるモータースタンドのいずれかでATSを構成することにより、テストすることができます。

ATSの機能の多くは、カーティスによって設計されたカスタムカードを使用して実現されています。これには、電圧、電流、デューティサイクル、速度を測定する4つの回路を持つ差動カード、特定の測定やコンソール制御信号用の多機能カード、試験対象装置（DUT）からの信号を監視し、バッテリーキャビネットやモータースタンドへの制御信号を駆動するリレーカードが含まれます。また、モータースタンドとDUTモーターを駆動するスロットルカードや、DUTおよびモータースタンドと通信する通信カードもあります。

サービス性を最適化し、ダウンタイムをなくすために、カーティスはできるだけ多くのATSコンポーネントをベンチトップでのメンテナンスや交換のために取り外せるよう注意を払いました。

カーティス・インスツルメンツのシニア・テストエンジニアリング・グループリーダー、リチャード・オールレッドは次のように述べています。「ほとんどのサブアセンブリを交換する際にATSの再校正は必要なく、もしユニットの1つに故障が発生した場合でも、予備部品を手元に置いているため迅速に修理できます。ただし、それはますます難しくなっています。

第2世代自動試験システム（ATS）

前述の通り、オリジナルのATSは1998年に運用を開始しており、カーティスにとって良好に機能してきました。しかし、その使用の継続は、以下のような陳腐化の問題によって危険にさらされています。

Windows XP のサポートはもはや利用できません。

Curtis のカスタムカードで使用されている多くの部品（特に IC）は現在使用中止となっています。

フィクスチャとコンソールを接続する電源コネクターも使用中止となっています。

オールレッドは続けます：「ATSバージョン2についての議論は2014年の早い段階から始まりました。オリジナルのATSには多くの考慮が込められており、その機能性は非常に気に入っていますが、急速に進行する陳腐化の問題に備える必要がありました。ATS 2.0は理にかなっていました。また、テスト時間を短縮する機会でもありました。ATS 1.0ではテストサイクルを実施するのに平均5分かかります。私たちはそれを少なくとも1分短縮したいと考えました。」

カーティスは、コンポーネントの陳腐化に対する解決策はカスタムカードから離れ、市販の汎用（COTS）製品を使用し、さらにそのカードのOEMにコンポーネントの陳腐化を管理させることであると認識していた。

また、モータースタンドや実際のモーターの使用をやめることも決定されました。その代わりに、シミュレートされた負荷を使用することにしました。これを行う利点には、次のようなものがあります。

製品開発中に故障を注入して、モーターコントローラーが正しく反応するかを確認する方がはるかに簡単です。
シミュレーションされた負荷は監視可能です。つまり、モーターコントローラーが認識している内容が正しいかどうかを常に確認することができます。
COTSを受け入れる上での核心は、モジュール式カードとシャーシの形式を選択することであり、カーティスはPXIを選択した。

「ATS 2.0 の設計作業が本格的に始まった 2018 年に、ピックリング・インターフェースは私たちが必要とする多くのカードの最適な提供者として特定されました」とアードレッドは振り返ります。「そして彼らの負荷シミュレーション能力は業界で有名です。」

次のPickering Interface PXIスイッチおよびシミュレーションモジュールが使用されます:

40-542-021 PXI シングル 33x16 マトリックス, 1極

41-670-203-030002 PXI/PXIe リゾルバシミュレータモジュール, 2バンク

40-552-002 シングル 8x2 1極 16アンペア PXI パワーマトリックス

40-528A-001 PXI 32x4 マトリックスモジュール, 1極, 2A, 60W

40-296-021 PXI ポテンショメータモジュール 2x16 ビット, 0オームから65Kオーム

40-161-001 PXI/PXIe パワーリレーモジュール, 16xSPST, 16A

また、ATS 1.0のフィクスチャインターフェースには、コンソールからモーターコントローラーへの汎用信号や測定値を経路するリレーやカスタムPCBAが含まれているのに対し、ATS 2.0は上記の通りPickeringのマトリックスカードを使用しています。

オールレッドは説明します：「マトリックスカードは、デューティサイクル、電圧および電流の測定のためのDMMへの信号ルーティングや、エンコーダ測定ハードウェアへの接続を含む、治具のインターフェース配線をより簡素化します。」

NIカードは単独のDIO要件に使用され、Peak 4チャンネルのアイソレートCANカードは通信に使用されます。また、ホストプロセッサのOSはWindows 10です。

自動テストシステム 2.0 稼働中

ATS 2.0は2018年にCurtis内での使用のためにリリースされ、執筆時点では、以下の場所で16のシステムが使用されています：

製品開発には、主に5つのデザイン拠点（米国のニューヨークとカリフォルニア、スイス、中国、イギリス）が使用されました。

カーティスの次世代モーターコントローラーが製造されている4つの生産拠点（プエルトリコ、中国、ブルガリア、インド）。

…そしてさらに5つのシステムが2023年末までに構築される予定です。

ATS 2.0の計画された使用寿命は最低でも10年です。「ATS 1.0が提供していた約100年の使用寿命よりは短いものの、今日の電子機器業界のサプライチェーンは1990年代とは大きく異なっています」とアリドは付け加えます。「ATS 3.0はATS 2.0の進化形になる可能性が高く、複数の製品を同時にテストできるかもしれません。また、カーティスはモーターコントローラーだけでなく、より多くの製品を製造しており、コーラーグループ内での電化の責任もますます増しています。

要約

Curtis Instruments の ATS 2.0 には、多用途のテストシステムがあります。機能的には長年使用されてきた ATS 1.0 と同じですが、より高速で信頼性が高くなっています。また、故障を注入したり負荷条件を監視したりするのも容易になっています。これらの利点は、シミュレートされた負荷の使用によるものです。

何よりもまず、カーティスは部品の陳腐化から自社を守ってきました。現在の考えではATS 2.0の使用寿命はわずか10年かもしれませんが、カーティスは適切なPXIカードとモジュールの入手をピッカリング・インターフェイシズが確実に保証してくれることを完全に安心して信頼しているため、これは簡単に延長可能です。これが同社が選ばれた理由です。

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