贝克休斯提高石油和天然气钻井设备的精度
“我们用我们的设计专长和知识为客户增加价值，而不是通过编码。万博1manbetxSimulink和Embedded Coder使我们能够通过将资源和重点从代码实现转移到系统设计和系统级测试来加速开发。”
Ingolf Wassermann，贝克休斯
随着可开采的油气储量越来越少，石油公司通常不得不钻几公里长的三维井来开采新油藏。钻井过程中需要精确的导向控制，以最大限度地接触储层，避免冲击现有井。
贝克休斯正在开发先进的定向钻井服务，该服务结合了算法，可以帮助油气运营商在油藏中精确定位井眼。在井下环境的强烈振动中，这些算法在嵌入式处理器上运行，在钻孔时准确测量井眼的倾角和方位角。贝克休斯的工程师使用基于模型的设计来开发和改进算法，减少对现场测试的依赖。
贝克休斯信号处理和控制功能经理Oliver Hoehn博士表示:“在我们的行业中，现场测试既困难又昂贵。“基于模型的设计使我们能够创建一个模拟的井下环境，并运行硬件在环测试，以验证开发中的新想法，并在部署到现场之前验证我们的固件。”
挑战
钻井系统的倾角和方位角是通过磁力计和加速度计的信号来计算的。井下振动和冲击会扭曲这些信号，导致井筒位置的不确定性随着井深的增加而增加。贝克休斯之前用C语言手工编写了测量算法来处理传感器信号。然而，对于某些复杂的钻井场景，该公司认为系统性能可以显著提高。
由于工程团队缺乏钻井系统的模型，他们无法复制现场遇到的场景，也无法在整个系统中测试算法。因此，很难比较算法实现。此外，该公司发现用C语言手工编码的算法容易出错，并且经常产生与原始规范不匹配的实现。
解决方案
贝克休斯使用MATLAB进行基于模型的设计®和仿真软万博1manbetx件®建立新的发展流程。他们首先在桌面模拟中测试现有的算法，然后使用建模和自动代码生成来改进算法。
通过Simulink，万博1manbetx贝克休斯的工程师们创建了一个环境模型，可以捕捉井下冲击和振动的影响，以及包括滤波器、模数转换器和其他电气和机械组件在内的传感器模型。
然后，该团队使用s函数创建了现有C算法的Simulink块。万博1manbetx他们将这些模块与环境和传感器模型结合起来，以运行系统级模拟。
该团队与贝克休斯的其他专家一起创建了测试用例，以复制钻井场景，并在Simulink中进行模拟，以测试这些场景下的现有算法。万博1manbetx
该团队使用模拟的结果来调试和改进现有的C算法，并指导硬件设计的改进，包括模拟滤波器。
为了进行硬件在环(HIL)测试，团队使用Embedded Coder从环境和传感器模型中生成代码®并将其部署到实时处理器上。这种设置使团队能够在实验室中首次对整个系统(包括算法、传感器和环境)进行测试。
对仿真和HIL结果的分析揭示了算法改进的机会，该团队通过在Simulink中重新设计和改进原始的C算法来实现。万博1manbetx在此阶段，团队为新设计中的每个功能开发了Simulink单元测试。万博1manbetx这些测试在整个开发过程中不断运行。
他们使用Simuli万博1manbetxnk Check™和Simulink Coverage™来检查是否符合MathWorks汽车咨询委员会(MAAB)建模标准，并测量测试用例的模型覆盖率。
使用嵌入式编码器，他们从Simulink算法模型为他们的生产浮点处理器生成了系统代码的算法部分。万博1manbetx这大约占整个系统代码的一半。
该团队与贝克休斯内部的其他工程团队共享了他们的系统模型，使这些团队能够在自己的项目上运行系统级测试。
结果
昂贵的现场测试被最小化．Hoehn说:“一次现场测试的成本可能超过10万美元，即使这样的成本也无法复制我们客户遇到的复杂情况。”基于模型设计的模拟和HIL测试使我们能够模拟现实条件，并进行更少的现场测试。”
未来的开发工作减半．Hoehn说:“我们用Simulink和Embedded Coder开发的用于HIL测试的模型库和框架已经被万博1manbetx其他贝克休斯团队使用。“在未来的项目中，我们预计这种重用将减少50%开发算法系统所需的资源。”
固件质量提高．Hoehn说:“我们已经看到了基于模型设计开发的固件质量的显著改善，从而提高了可靠性和可重用性。”贝克休斯系统架构师Ingolf Wassermann补充说:“我们现在有一个一致的HIL测试设置，我们可以使用它来衡量我们在质量改进方面的进展，这改善了我们整个开发过程。”
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