¿Qué es el hardware-in-the-loop (HIL)?

Las pruebas minuciosas y confiables son necesarias para verificar y validar el diseño. Pero, a medida que la complejidad de los sistemas modernos crece, particularmente en software, este importante paso es más fácil decirlo que hacerlo.

Pensemos en probar los componentes electrónicos de un automóvil nuevo. Para destacar en el mercado actual, los vehículos modernos necesitan incluir sistemas de asistencia avanzada al conductor (ADAS), cámaras, radar y más. Probar estos subsistemas en el producto ensamblado en los casos de uso deseados garantiza que las pruebas son realizadas en el contexto ideal, pero también implica una significativa sobre carga de pruebas y el reto de probar cada uno de los escenarios. Además, retrasar las pruebas hasta el ensamblado final conlleva riesgos considerables y los cambios requeridos por las pruebas pueden tener un impacto catastrófico en el cronograma. Es seguro que a ello le seguiría un costo de pruebas inimaginable y un tiempo para llegar al mercado poco predecible. La complejidad de este problema se intensifica cuando se considera que solamente una de las muchas unidades de control electrónico (ECU) en un automóvil equivale a una enorme cantidad de señales que representan varias funciones y tipos de E/S, haciendo que la cobertura exhaustiva de las pruebas sea todo un reto. Es probable que estos factores se conviertan en un problema imposible que cuestiona la admisibilidad de pruebas exhaustivas que son rentables y efectivas.

La solución debe proporcionar pruebas completas sin la dificultad de usar un producto final ensamblado en campo. Al permitir que los ECU bajo prueba interactúen con un caso de uso simulado, usted tiene la libertad de realizar pruebas desde un inicio y, en muchos casos descubrir la mayor cantidad posible de defectos de software. Este es del principio básico de una prueba de hardware-in-the-loop (HIL).

Las pruebas de hardware-in-the-loop conectan un controlador a un sistema de pruebas que simula el funcionamiento de un producto ensamblado en condiciones del mundo real. Este enfoque permite que la iteración de pruebas y diseño se lleve a cabo como si los dispositivos estuvieran operando en campo junto con otros componentes. Usted puede ejecutar fácilmente miles de escenarios posibles para poner en práctica a su controlador sin el costo y el tiempo asociados con las pruebas físicas de la actualidad.

Nuevamente, pensemos en un automóvil. El motor ECU es responsable de convertir las medidas de sensor en acción, como ajustar la entrada de aire cuando se presiona el acelerador.

^{Figura 1: Sistema de pruebas}

Un prueba HIL reemplaza el motor con una simulación que consta de hardware y software que interactúan con las E/S reales como si el motor físico estuviera presente. Debido a que las actualizaciones pueden hacerse en software, usted puede incorporar los cambios del software del motor o ECU, probar una amplia variedad de escenarios relevantes y ampliar la cobertura de la prueba como sea necesario para probar sin temor y exhaustivamente, sin el riesgo de un sistema físico y costoso.  

^{Figura 2:  Motor reemplazado con simulación HIL}

Para que las pruebas de HIL sean de valor, la calidad del software de simulación es de suma importancia. El software de simulación debe combinarse con hardware que no solamente responde a las especificaciones del sistema como tipo de conector y E/S, sino que también permite inserción de falla y la habilidad de probar escenarios reales.

^{Figura 3:  Requisitos de la simulación}

Aquí es donde se siente abrumado al elegir qué hardware y software utilizará para garantizar la máxima cobertura de la prueba y minimizar el tiempo empleado en configuración y en la facilidad de uso del sistema. Además, para mantener el ritmo con los requisitos del mercado que cambian rápidamente, usted tiene la tarea de encontrar una solución que no solamente resuelva esta prueba sino también la siguiente, lo que requiere probadores que sean personalizables y estén preparados para el futuro.  

National Instruments ofrece una solución integral de hardware y software que lo ayuda a comenzar a trabajar rápidamente con software basado en configuración y E/S modular. En lugar de utilizar una solución genérica con características costosas y E/S que son irrelevantes para su prueba, las soluciones de NI se adaptan a su aplicación específica. Usted tiene la libertad de personalizar hardware y software para considerar señales no estándares y para ampliar la cantidad de E/S como sea necesario. 

Diseñar para este sistema y para el siguiente

Integrar los cambiantes requisitos de seguridad y las regulaciones gubernamentales, incorporar nuevos sensores y responder a las tecnologías demandadas por el mercado son solamente algunos ejemplos que ilustran que un probador es más útil y rentable si puede responder a estos cambiantes requisitos. Los simuladores HIL de NI se basan en una arquitectura abierta basada en hardware comercial (COTS) como PXI y acondicionamiento de señales, carga de conmutador (SLSC) para garantizar que usted puede personalizar sistemas para cumplir con sus necesidades de pruebas y mantener en ritmo con la evolución de las tendencias de la industria. Conforme las nuevas ideas entran en su diseño y conforme la tecnología evoluciona, usted puede reducir el riesgo de quedarse atrás al preparar su sistema de pruebas para el futuro, usando hardware y software se adaptan a medida que usted lo hace. 

Hacer Frente a la Creciente Complejidad

La meta de las pruebas es producir cambios de software informados que conducen al producto final deseado. Los sistemas de prueba deben adaptarse, a medida que se descubren errores de software y se realizan cambios. Los sistemas de "caja negra" fijos hacen que sea muy difícil, hasta imposible considerar la mayor cantidad de canales y los cambiantes tipos de E/S. El hardware modular de NI como PXI y E/S reconfigurables (RIO) se basan en un estándar de la industria, permitiéndole añadir E/S y cambiar el tipo de E/S sin reconstruir el sistema de prueba. El software de pruebas basado en configuración como VeriStand se integra perfectamente con hardware modular, garantizando que el software y el hardware permanecen sincronizados mientras se realizan cambios en el sistema de pruebas. Para modelos utilizados en aplicaciones como electrónica de potencia donde la fidelidad del modelo y la sincronización confiable del hardware son claves, VeriStand puede incorporar su propio código de FPGA, permitiéndole elegir el nivel de personalización necesaria para su aplicación.

Mantener el ritmo con los cambiantes requisitos del diseño

Con la plataforma abierta de NI, usted puede aprovechar hardware y software capaces de funcionar juntos y elegir el enfoque que considere mejor como usar hardware de socios especializados, elegir Python para automatización e importar modelos desde múltiples entornos incluyendo Simulink®. Los productos de NI son compatibles con ASAM XL, lo que significa que usted está invirtiendo en un estándar de la industria confiable y adaptable en lugar de en una solución de una sola vez.

El software de pruebas de NI basado en configuración, VeriStand, se ejecuta en un SO determinístico y en tiempo real en el que usted puede probar de inmediato sin necesidad de programar. Sin embargo, cuando surgen casos especiales, este mismo software se puede personalizar con su propio código de LabVIEW. Los FPGAs reconfigurables ofrecen control de su E/S y le permiten implementar procesamiento en línea en hardware que se puede cambiar a la velocidad de su próxima idea.

Nadie conoce su diseño como usted. Las pruebas HIL garantizan que su producto final es exactamente lo que usted pretendía, disminuyendo el costo y el tiempo para llegar al mercado. El hardware y el software de NI para las pruebas HIL le brindan la habilidad de diseñar el sistema de pruebas que usted necesita para producir de manera confiable el producto que usted imaginó.

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