如何​克服​复杂​待​测​设备​的​生产​测试​挑战

商业洞见

生产测试 | 9分钟阅读

现在,我们日常购买和使用的产品比以往更加复杂。了解如何克服日益复杂的设备测试所带来的挑战。

与前几年相比,现在我们日常购买和使用的产品要复杂得多。随着物联网、技术融合、语音控制等领域的不断发展,设备的功能也变得越来越高级,但随之而来的是测试团队的压力不断加剧。回想上一次,您的测试范围非常明确,无需增加任何新测量,测试范围也不会随时间的推移而变化,那是多久之前?与之前的几代产品相比,您的测试线配置变得多复杂?

 

五年前,您房间的光源可能只是简单的白炽灯泡或日光灯。因此,灯泡的测试也非常容易:接通电源,测量流明值就完成了。但是,现在您使用的光源很可能是LED灯。(抬头看看您的天花板!)

图1: 随着无线和语音功能的加入,灯具测试的复杂性也随之快速增加。

测试LED灯具变得比以往复杂得多。首先是LED灯的驱动板需要进行ICT和功能测试。因为只要灯具配件集成了PCB,灯具制造商就能够迅速添加新的“差异化功能”。在现有的绿板上添加新的功能电路不仅可以充分利用电路板空间,而且可以提高产品利润。您完全可以想象到研发人员可能开展如下对话:

 

“为什么不添加无线接入点?这功能似乎很有用。”

“好吧,有了无线功能之后,我们还要添加蓝牙功能!”

“然后,我们可以添加一个扬声器,然后...。”

 

这样的对话无休无尽。

 

简而言之,曾经测试工程团队只需为灯管通电就可以进行测试,而现在则面临着电力电子、无线连接、声学等多个领域的挑战。这种情况似乎随处可见,因为无论是消费类电子产品,还是工业机器和生命科学应用,都会出现类似的场景。待测设备复杂性的不断增加,给测试工程团队带来了两个根本问题:

 

  1. 测试覆盖范围需求的广度和深度不断提高,通常需要新的测试站架构、仪器和软件。但是,预算并不会随之增加,产品上市时间也不会推后,迫使企业要做出调整,或者进行各种权衡和取舍。 
  2. 需要掌握更多领域的专业知识才能开发所需的系统。专业知识并不是一朝一夕就能够获得,因此必须综合考虑员工的个人发展、各方面的支持投入以及抽象程度,取得有效的平衡才能高效地开发测试台。

 

因此,测试组织的领导者需要制定全面的计划来解决这些问题,但未来的路如何走,并非总是一目了然。接下来我们来讨论一些有效的策略,以及业界领先的一些最佳工程实践。

    测试覆盖范围 — 使用商用现成硬件和软件

    不断增加的复杂性带来了诸多方面的挑战,不止是技术方面,公司的财务甚至也会受到影响,比如如果要满足更严苛的参数要求,所付出的成本显然不一样。我们来介绍一个关于技术/预算平衡的极端案例。瑞典萨博公司(Saab)对其Gripen E超音速战斗机的性能和成本效益进行了大幅优化。最终,该战斗机的总项目成本远低于其他类似项目,按特定估算方式可能仅为>10%。萨博公司一直在努力打破测试成本随功能增加而增加(这种关系称之为成本曲线)的“魔咒”,他们的方法值得我们借鉴。

    图2: Saab Gripen E飞机采用了开放的COTS测试方法。

    拥有COTS产品意味我们可以控制开发维护成本,推进“打破成本曲线”计划。

    Anders Tunströmer

    SAAB Aeronautics

    萨博的解决方案不仅采用了COTS平台,而且该平台具开放性,能够集成各种硬件和软件。这样一来,他们不仅节省了90%用例的开发成本,还能够为剩余10%的特殊需求提供了量身定制的解决方案。萨博的每个测试系统都节省了数周的文档记述时间,而且测试成本降低了30%。单击此处,详细了解萨博的测试方法。

     

    如果有一个标准能够紧密集成大多数测量仪器,同时又拥有一个生态系统,能够满足特殊的需求,那么工程师便可放心地接受新的测试需求,因为他们知道,这些新测试需求对于现有功能、占用空间和流程并不会有太大影响。这一理念便是PXI诞生的初衷,它是一个基于开放式模块化架构的标准平台。

    图3: PXI基础架构采用的是开放式模块化标准,可确保系统的灵活性。

    对于COTS,一个常见的误解是,COTS的优势仅限于硬件。由于厂商定义的专有系统存在诸多限制,因此制造工程师开始转向定制化解决方案。虽然定制化解决方案可能有助于扩大覆盖范围,缩短开发时间以及降低成本,但同时也意味着每次编写测量代码时都必须从头开始。

     

    如果测量代码可以简单、快速地编写好,则无所谓,但事实上,它们通常会涉及复杂的算法,并需要对信号和传感器有深入的了解。这时就体现了模块化COTS方法的另一大优势。仅在音频测试领域,市面上就有众多出色的开放式软件产品,例如CATS (CIM.AS)或Audioexpert (MegaSig)。CIM团队很好地总结了这一优势:

    我们希望通过CATS软件,成为团队中的测试专家,能够专心研发产品。

    Dennis Morini

    CIM.AS业务经理

    但是,采用COTS的其中一个障碍就是需要将预算从运营支出转为预付资金。如果每种新的测量都需要购买新的测试台,那么每种测量的成本加起来,陡然增加的成本将令人生畏。Philips医疗保健部门的资深员工Neil Evans可以很好地解释这一点,他见证了自己研发的超声产品在功能方面得到了巨大的提升。每年,他都面临着艰难的挑战,即不断增加测试功能,同时不超出测试预算。

    阐明测试组织能够提供商业价值重要。随着产品复杂性的提高,我们预测,开发维持成本指数增长。管理希望能够打破产品复杂测试系统成本之间僵局。

    Neil Evans

    Philips高级经理

    了解Philips医疗保健部门如何在生产测试中成功地应用COTS技术

     

    如果从组织以及维护层面考虑运营成本,“作为、不改变”的代价会更显而易见。

     

    如果无法“打破成本曲线”,甚至通过开发许多小型测试站来掩盖这一问题,仍是要付出代价的。业界最佳做法是在可能的情况下从一个个孤立的决策中抽丝剥茧,制定一个更广泛适用的策略;虽然从短期来看,由于涉及的人员增多了,进度会变慢,但事实证明,从长期来看,这将带来诸多好处。

    图4: 无法打破成本曲线,导致测试成本随产品复杂性的增长而增加,对企业来说是不利的。

    总结:随着业界要求越来越广泛的测试覆盖范围,最佳做法是尽可能采用开放式COTS平台,并了解其与多家供应商所提供的生态系统的相互支持情况,让您的团队专注于测试待测件,而不是解决兼容性问题或调试分析算法。最后,根据总体拥有成本做出预算决策,从而实现最大投资回报。

    员工专业能力的投资和培养:对复杂测试至关重要

    再好的测试策略都需要依赖测试团队去执行。随着待测设备功能的增加,业界对测试工程团队的期望也越来越高。如果无法扩大团队规模,那么每个团队成员就必须准备好承担更多的任务。这也是产品-设计中经常碰到的一个挑战。

    很多企业需要人手不够情况,复杂产品推向市场。我们需要不是熟悉领域人;而是需要经过系统思维训练工程师。

    Prof. Alberto Sangiovani-Vincentelli

    加州大学伯克利分校工程学教授以及Cadence & Synopsys的联合创始人

    此领域的专家Vincentelli教授得到的结论是,成功的关键在于让工程师摆脱底层细节,从整体角度考虑问题,进而为整个系统的开发做出贡献。将这一理论应用到量产测试后,可以得出的结论是,工程师需要能够跨测量领域提升测试系统的价值,并负责整个待测设备的测试,从而确保孤立系统之间不会由于通信补偿而导致出现错误。

     

    系统级技能的优先级应高于具体任务的技能,这样可以充分发挥每位工程师的能力。要实现此目标,最佳做法是开发一套可扩展的流程和工具,从而满足产品线测试覆盖范围需求。为了有效地推动流程采用并轻松实现更复杂的测试线、测试站或架构,您需要来自每位团队成员的支持。有些工程师会从中看到更多系统级的技能需求,并视其为个人成长的机会,而另一些工程师则会在面临短期挫败感时停滞不前。

     

    为了获得成功,每个人都必须了解变革将如何付诸实践以及相应的负责人,他们需要深入了解您的未来愿景并在实现过程中随时获得支持。出色的技术领导者应能够判断根本的技术挑战,并积极地指导团队成员攻克这些挑战。这样的领导人才可以作为全职员工加入团队,也可以作为兼职顾问提供咨询服务,但同样发挥重要的作用。资深测试软件工程师Chris Cilino指出:

    各种公司合作,包括半导体公司消费电子产品公司等。多数正确掌握第一阶段:基于一个统一工具(例如LabVIEW)开发准则,实现标准化。第二阶段失败告终:制定一个流程,确保工程都能遵守这些准则,保证初始成功,一直保持使养成习惯。

    Chris Cilino

    PetranWay创始人和所有者

    在项目开展过程中,并没有所谓的最佳时机来提升团队的专业能力。所有管理人员都会告诉您,他们团队中测试工程师是最值钱的资产。优秀的管理人员会优先提高工程师的技能,将“忙碌工作”外包出去,并鼓励他们从系统甚至组织的层面考虑事情,为其提供所需的支持。

     

    如需详细了解我们讨论过的任何技术、业务策略和测试解决方案,请随时与NI联系。我们探讨一下待测设备中增加的功能如何带来测试挑战,以及NI如何提供帮助。