測試左移：汽車驗證測試的演變

汽車產業的 V 型圖

過去車輛大量依賴機械，但未來卻是由軟體來定義。 儘管軟體在現代汽車產業扮演要角，但仍持續在車輛的原型測試上投入大量資源。雖然從安全的角度來看，這項投資有其必要性，但由於成本高昂、無法及時發現故障且缺乏可重複性，因此公司幾乎不可能在真實條件下對設計進行驗證。

基於上述這些限制，公司希望從一開始就盡可能取得最佳實體原型，進而讓最終設計處於最佳狀態。汽車原始設備製造商 (OEM) 不斷修改 V 型圖，更加著重於前期的開發和測試，並逐漸增加虛擬原型的運用 (圖 1)，進而大幅降低成本和重複作業負擔並縮短開發時程。 這點可以推動設計、開發和驗證團隊在流程早期就開始進行緊密合作。

^{圖 1.使用軟體和資料工具鏈可並減少重複作業，讓團隊將重心放在前期開發工作，以更快速地迭代測試。}

將重心放在前期的開發工作，就會導致 V 型圖變為圖 1 中的雙 V 型圖，而跟這點相似，公司可以嘗試「縮小 V 字」或「向左移」；然而無論設計流程為何，公司會更傾向於採用模擬和實驗室技術，在更安全、快速、成本更低的虛擬世界中擴大測試範圍。 在 2018 年，研究人員發現，透過將自動駕駛功能測試案例分為虛擬世界和實體環境，節省的成本會比只進行現場測試來得更多。¹研究人員預估可減少的成本高達 90%。

對於 Waymo 這樣專注於自駕功能，且擁有軟體測試專業知識的新創汽車公司，轉向虛擬模擬幾乎是一種很自然的發展。 根據經驗，這些公司知道在模擬中進行更多測試便可：

• 在每單位時間內執行更多測試案例和情境，藉此擴大測試範圍
• 將更多故障案例加入測試情境和條件，以改善系統穩定性 
• 藉由高度自動化，進而降低成本；與物理測試相比，總成本更低
• 更高的重複性，可改善產品特性分析與提升可追蹤性
   

既然虛擬原型能帶給汽車公司諸多好處，為何這個方法沒有進一步普及？

轉變所面臨的挑戰 

雖然轉向前期開發測試並沒有既定的流程，但因為人員、流程和技術彼此息息相關，因此有許多複雜且相互關聯的挑戰。然而這些挑戰也就意味著機會。但在檢驗這些機會之前，我們先來定義這些挑戰： 

人員：這涉及到技能和訓練，以及組織如何持續支援虛擬和以實驗室為基礎的測試和整合，還有內部團隊之間的共識，以及與外部供應商和合作夥伴之間的整合。  

流程：流程涉及到使用自動化測試管理技術和方法，將虛擬世界、實驗室和真實世界測試相互關聯，並確認進行測試的對象與時機。這些方法需要各部門一致採納，並利用上述技能和訓練，才能在不增添預算或犧牲穩定性、或測試範圍的條件下，縮短開發和測試流程。 流程也包括 ISO-26262 等安全標準，以及既有與未來將頒布的法規。 

技術：技術是指與技能和流程搭配運作的工具。 運用技術，測試人員就能執行 X 迴路 (XIL) (模型迴路和軟體迴路)，並將測試導入硬體迴路系統或實驗室測試中。 技術涵蓋了從單一元件或領域，到完整車輛真實世界測試等整個範圍。 

這三個向量和其相關的元件都非常複雜，值得我們深入去研究。 我們建議先評估現有情況，並判斷您想要為具體的業務目標將哪些變數和流程最佳化，以達成三者之間的適當平衡。 

不過，在此我們會將焦點放在技術，以及技術如何影響可信的前期開發測試 (請注意，光是檢驗單一向量並不足以克服測試挑戰)。 

​在圖 2 中我們可以看出，傳統的呈現方式是依設計和測試的完成地點劃分，也就是虛擬世界、實驗室環境和實體環境。 這樣劃分有助於找出提早執行測試的機會，在正確的地點和時機執行測試迭代，並盡可能有效地執行物理測試。 

^{圖 2.延伸 V 型圖，觀察測試發生在哪一個階段，進而找出測試左移的機會。}

顯而易見，越往 V 型圖的右側和上方前進，辨識出的瑕疵複雜度就越高，而且時機也越晚，對開發造成的負面影響也就越大；然而請不要忘了，測試環境會影響到關鍵變數 (圖 3)。綜合以上敘述可知，在左側進行強大且全方位的測試，同樣可以過渡到真實的測試，而且測試範圍也同樣廣泛。

^{圖 3.這張時序圖顯示出在不同階段進行測試的取捨和優勢。2}

現在，讓我們來看看哪些方面可以透過技術，推動 V 型圖左移並增加左測的測試。

如何最佳化向左延伸的測試 

當您嘗試將測試左移，並提高實驗室和實體世界與所有領域的效率時，建議您先進行測試最佳化。這時就必須介紹一下技術的優點與缺點。  

在以往，測試供應商只要專注在單一領域 (模擬、實驗室或物理測試)，不需要在所有三種領域都成為領導者。 然而若採用模組化硬體方法來改善測試，而該模組化硬體方法也是透過軟體進行連接時，這麼做便有助於最佳化以下三個領域： 

1. 重複使用測試元件  

重複使用元件會帶來成本效益，但真正讓這個做法帶來價值的關鍵，就在於可節省的時間，而且這個做法絕對以軟體為中心。透過將 V 型圖階段之間的重複作業降到最低，您就能達成整合度更高的設計和測試。  

但實際運用上，挑戰卻比比皆是，比如與供應商之間的緊張關係、組織的架構、部門之間的孤立，企業的考核方式以及技術，都會帶來各種挑戰。其中技術上的挑戰應該是最容易克服的，因為採用正確的測試架構，工程師就可以在不同的迴路階段 (從元件測試到系統，再到整合測試) 之間重複運用測試模組。  

運用開放的測試系統和測試開發軟體架構，我們可以在開發相同產品的團隊之間重複使用測試案例、設備和工程開發成果，也可以在相同系列的產品開發作業中重複使用。 Volvo 案例便證明了正確的架構和技術可確保測試系統符合未來需求，以滿足交付日期、品質標準和預算需求。他們能有效地整合多家廠商的產品、重複使用現有的元件，還能打造出靈活有彈性的系統，以便輕鬆因應未來的需求。 整套系統設定十分流暢，讓他們能運用有限的資源，以合理的成本準時提供世界級品質的產品與服務。 

2.更有效地使用資料

進行測試左移時，您必須讓資料成為轉變的助力，而不是讓資料成為另一項挑戰。這對於 CASE 而言尤其重要，因為隨著測試資料呈現爆炸性成長，組織以資料為驅動力就更顯必要。  

因為技術和方法的限制，通常我們只會分析一部分測試資料 (隨後這些資料很少會重新連結到先前的測試階段，或將這些資料當做測試情報，以為未來的測試階段做準備)。 然而，Jaguar Land Rover 將資料管理自動化，提高了分析能力，大幅減少重複執行測試的次數，並將成本與測試穩定度的優點一路延伸到實體測試。 

使用資料來提早進行測試也有助於：

• 提供最佳模擬和統計建模，這點在測試全新技術、先前未測試或有過記錄的技術 (例如自駕功能) 越來越重要
• 改善並自動化測試案例產生的流程，同時避免非必要的重複測試，並運用可追蹤的結果擴大測試範圍
• 嚴格追蹤每個產品從設計到測試結果的過程，以免產品遭遇風險，避免最終導致故障 (或召回)=
• 運用虛擬世界、實驗室和實體環境測試，提供更寬廣、多角度、多流程的測試檢視，有助您更了解測試範圍
• 協助測試和開發投資決策 (資本支出和營運費用)
• 為真正利用人工智慧、機器學習和其他工業流程技術踏出第一步
   

而且，也許最重要的是，透過資料，可以讓開發特定產品的團隊之間架起有效的溝通橋梁，縮短決策制定、合作和在過程中修正的時間。 

3. 了解起點 

與任何旅程一樣，您的起點與目的地一樣重要。了解測試的過程，有助您探索測試中可能出現的缺點，還有修正這些缺點又能為您的公司帶來什麼益處。  

基本概念很簡單： 如圖 4 所示，遠離紅色區域中的重複作業。 

^{圖 4. 在各個階段重複作業可能會使您落入紅色區域，而在此區域中，浪費的時間和資源會急速增加。}

然而要做到這點的難度非常高，而且通常很難獨力完成，因為這需要公司具備嚴以律己的思維、多領域知識、以資料為導向的能力，並對產業最佳實務有適當的了解。幸運的是，諸如 NI 提供的諮詢服務會以豐富經驗與知識為後盾，可從外部以不同角度提供多元化且多向量 (人員、流程和技術) 的觀點，為您帶來極富價值的發現，最終制定出實現轉變的行動計畫。

開始自我評估以前，請先考量您在測試情境中所處的位置：您的模擬測試、HIL測試、重播測試和道路測試有多少？哪些方面/如何最佳化您的投資？ 如果您覺得這個問題難以回答，就清楚表示您應該更大幅地轉向模擬和 HIL，以提高測試效率。 

結論 

您也許會因為害怕執行過程中可能的挑戰而踟躕不前，但請考慮不採取行動會導致的後果與代價。如果不建立策略明確的架構化方法，您可能會按照過往的方式行事；當然，這會帶來相同的既有結果。 若您能仔細檢視既有流程、定義出所有需要最佳化的領域，並從策略上規劃出處理的順序，同時訂定成功的關鍵績效指標，您就能提高當下與未來長期成功的機會。 

我們會繼續探索人員和流程方面的挑戰與策略，但就目前而言，了解技術如何協助實現測試左移的目標，是我們測試演變之旅的第一個里程碑。NI 有合適的團隊成員、知識和技術，可協助您改善測試：協助您成功開發自動化車輛。

後續步驟

• 探索 NI 方法諮詢服務
• 了解 NI ADAS HIL 解決方案
• 了解自動化載具感知和感測器整合系統的測試情形