5G、自動(dòng)駕駛以及物聯(lián)網(wǎng)等大的工程趨勢正在深刻地改變行業(yè)以及產(chǎn)品測試。物聯(lián)網(wǎng)的普及、5G技術(shù)從原型驗(yàn)證到商業(yè)部署的不斷推進(jìn)，以及自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，都帶來了巨大且復(fù)雜的挑戰(zhàn)，同時(shí)又為我們提供了前所未有的創(chuàng)新機(jī)會(huì)。

要真正實(shí)現(xiàn)這些大趨勢帶來的益處，需要從根本上改變自動(dòng)化測試和測量的方法。為獲得成功，我們必須以不同的方式思考，有目的地行動(dòng)，并向“軟件定義的系統(tǒng)”做出關(guān)鍵轉(zhuǎn)變。

日前，美國國家儀器(NI)發(fā)布2019年《NI趨勢展望報(bào)告》，旨在從不斷變化的技術(shù)環(huán)境中洞察出最關(guān)鍵的工程趨勢和挑戰(zhàn)。NI大中華區(qū)市場經(jīng)理劉旭陽在發(fā)布會(huì)上表示，測試測量雖然并不是一個(gè)很大規(guī)模的行業(yè)，但實(shí)際上卻貫穿在每個(gè)行業(yè)里面，因此，對(duì)于每個(gè)行業(yè)的差別及研究趨勢具有一些獨(dú)特的視角。以下為報(bào)告內(nèi)容。

5G迎來新的無線測試時(shí)代

NI業(yè)務(wù)和技術(shù)首席研究員 Charles Schroeder認(rèn)為，5G帶來廣闊前景的同時(shí)，也使得測試日益復(fù)雜化，必須開發(fā)新的技術(shù)來測試5G設(shè)備，并需要成本更低的空口測試技術(shù)。

自蜂窩通信出現(xiàn)開始以來，測試工程師一直在使用一組公認(rèn)的測量和技術(shù)，對(duì)從RF半導(dǎo)體到基站和移動(dòng)手機(jī)等無線通信技術(shù)進(jìn)行大量測試。但是對(duì)于5G，這些無線設(shè)備采用的技術(shù)將更加復(fù)雜，用于測試前幾代設(shè)備且已經(jīng)過高度優(yōu)化的測試技術(shù)必須重新考量。為驗(yàn)證5G技術(shù)的性能，需要使用空口(over-the-air，OTA)方法而不是當(dāng)前使用的線纜直連的方法來測試5G組件和設(shè)備。作為工程領(lǐng)導(dǎo)者，我們需要新的測試方法來確保5G產(chǎn)品和解決方案在許多行業(yè)和應(yīng)用中的商業(yè)化可行性。

增加帶寬

5G標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)之一是大幅提高數(shù)據(jù)容量，這是因?yàn)橛脩魯?shù)據(jù)需求在持續(xù)不斷地增長，但為了實(shí)現(xiàn)每用戶10 Gbps的目標(biāo)峰值速率，需要引入新技術(shù)。首先，5G規(guī)范包括多用戶MIMO(MU-MIMO)技術(shù)，該技術(shù)允許用戶通過波束成形技術(shù)同時(shí)共享相同的頻帶，為每個(gè)用戶建立唯一的集中無線連接。其次，5G標(biāo)準(zhǔn)增加了更多的無線頻譜，擴(kuò)展到了厘米和毫米波(mmWave)頻率。

MU-MIMO和mmWave技術(shù)的物理實(shí)現(xiàn)需要使用比前幾代蜂窩標(biāo)準(zhǔn)更多的天線元件。根據(jù)物理學(xué)定律，mmWave頻率的信號(hào)在通過自由空間時(shí)將比當(dāng)前蜂窩頻率的信號(hào)衰減得更快。因此，在發(fā)射功率電平近似的情況下，mmWave蜂窩頻率的范圍將比當(dāng)前蜂窩頻帶小得多。

為了克服這種路徑損耗，5G發(fā)射器和接收器將利用并行工作的天線陣列，并使用波束成形技術(shù)來提升信號(hào)功率，而不是像目前的設(shè)備那樣每個(gè)頻帶使用一個(gè)天線。這些天線陣列和波束成形技術(shù)不僅對(duì)于增加信號(hào)功率很重要，對(duì)于實(shí)現(xiàn)MU-MIMO技術(shù)也同樣至關(guān)重要。

那如何將所有這些天線安裝到未來的手機(jī)中?幸運(yùn)的是，mmWave頻率的天線將比用于當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩天線小得多。新的封裝技術(shù)，如集成天線封裝(antenna in package，AiP，即天線陣列位于芯片的封裝內(nèi))，將使得這些天線更容易集成到現(xiàn)代智能手機(jī)的小空間內(nèi)，但天線陣列可能完全封閉，沒有任何可直接接觸的測試點(diǎn)。

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬增

5G通過有源天線陣列實(shí)現(xiàn)蜂窩MU-MIMO功能

使用OTA解決新挑戰(zhàn)

對(duì)于測試工程師而言，增加的頻率范圍、新的封裝技術(shù)和更多的天線數(shù)量使其很難在維持高質(zhì)量的同時(shí)，盡可能避免資本成本(測試設(shè)備的成本)和運(yùn)營成本(測試每個(gè)設(shè)備的時(shí)間)的增加。新的OTA技術(shù)可以幫助解決這些問題，但同時(shí)也帶來了挑戰(zhàn)。

首先，測量精度是一大挑戰(zhàn)。與有線測試不同，在進(jìn)行OTA測量時(shí)，測試工程師需要處理天線校準(zhǔn)和精度、連接件公差和信號(hào)反射等引起的額外測量不確定性。其次，設(shè)備測試計(jì)劃必須納入全新的測量方法，以進(jìn)行消聲室集成、波束特性分析、最佳碼本計(jì)算和天線參數(shù)特性分析。第三，隨著RF帶寬不斷增加，在RF帶寬上進(jìn)行校準(zhǔn)和測量所需的處理量也會(huì)增加，進(jìn)而導(dǎo)致測試時(shí)間增加。最后，測試經(jīng)理必須考慮額外的業(yè)務(wù)因素，以在確保產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，最大限度地減少對(duì)上市時(shí)間、資本成本、運(yùn)營成本和占地面積(以適應(yīng)OTA測試暗室的面積)的影響。在接下來的幾年里，測試和測量行業(yè)將通過許多創(chuàng)新技術(shù)來快速應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。因此，測試團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)考慮高度靈活的軟件定義測試策略和平臺(tái)，以確保其當(dāng)前的資本支出能夠跟上這一快速創(chuàng)新周期。

雖然OTA提出了諸多挑戰(zhàn)，但同時(shí)也帶來了許多好處。首先，OTA是AiP技術(shù)的唯一選擇，因?yàn)樘炀€陣列集成在封裝內(nèi)，無法通過導(dǎo)線直接連接陣列元件。即使測試工程師可以使用傳導(dǎo)測試方法連接各個(gè)天線元件，他們也面臨著選擇并行測試(購買更多儀器帶來的資本支出)還是連續(xù)測試(測試時(shí)間和吞吐量增加帶來的運(yùn)營成本)的困難。雖然許多技術(shù)問題仍有待解決，但OTA測試提供了將陣列作為一個(gè)系統(tǒng)而不是一組獨(dú)立元件進(jìn)行測試的可能性，這有望提供系統(tǒng)級(jí)測試的高效率。

過去，測試設(shè)備供應(yīng)商和測試工程師已經(jīng)遇到了在測試日益增加的性能和復(fù)雜性的同時(shí)，最大限度縮短產(chǎn)品上市時(shí)間和測試成本的挑戰(zhàn)，而對(duì)于5G，他們?nèi)悦媾R著相同的挑戰(zhàn)。盡管當(dāng)今的5G測試挑戰(zhàn)看起來很復(fù)雜，但世界各地的工程師們已經(jīng)在開發(fā)新的測試儀器和方法，如OTA，這些都是5G成功進(jìn)行商業(yè)部署所必需的。

實(shí)現(xiàn)安全自動(dòng)駕駛所需的權(quán)衡迫在眉睫

NI汽車市場總監(jiān)Jeff Phillip表示，自動(dòng)駕駛將挑戰(zhàn)傳感器冗余成本比率，以確保整體安全。軟件定義的測試平臺(tái)對(duì)于跟上處理器架構(gòu)的發(fā)展至關(guān)重要。此外，隨著自動(dòng)駕駛的要求不斷影響微處理器架構(gòu)，半導(dǎo)體和汽車產(chǎn)業(yè)正在相互融合。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計(jì)，每年因交通事故導(dǎo)致超過125萬人喪生，這些事故造成的政府損失約占GDP的3%。雖然自動(dòng)駕駛的潛在影響非常廣泛，延伸到個(gè)人、經(jīng)濟(jì)和政治領(lǐng)域，但拯救生命這一作用本身就意味著自動(dòng)駕駛可能是我們這個(gè)時(shí)代最具革命性的發(fā)明。

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)是傳感器、處理器和軟件的融合，旨在提高安全性并最終提供自動(dòng)駕駛功能。如今，大多數(shù)ADAS系統(tǒng)使用單個(gè)傳感器，例如雷達(dá)或攝像頭，并且已經(jīng)產(chǎn)生了可量化的影響。根據(jù)IIHS 2016年的研究報(bào)告指出，自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)減少了大約40%的追尾事故，碰撞警告系統(tǒng)減少了23%的追尾事故。盡管如此，國家公路交通安全管理局(NHTSA)報(bào)告說，94%的嚴(yán)重車禍都是由人為失誤造成的。為了實(shí)現(xiàn)從駕駛輔助到L4或L5級(jí)別自主駕駛的轉(zhuǎn)變并讓駕駛員不用再控制方向盤，汽車行業(yè)面臨著更加復(fù)雜的挑戰(zhàn)。例如，傳感器融合是一項(xiàng)必需的技術(shù)，該技術(shù)通過綜合許多傳感器的測量數(shù)據(jù)來得到結(jié)果，因此需要同步、大功率處理以及傳感器技術(shù)不斷進(jìn)步。對(duì)于汽車制造商而言，這意味著在成本、技術(shù)和戰(zhàn)略這三個(gè)關(guān)鍵要素之間進(jìn)行權(quán)衡，以達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶狻?/p>

代價(jià)：冗余與互補(bǔ)傳感器

L3級(jí)別自主駕駛標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如果汽車保持在預(yù)定義的環(huán)境下，那么駕駛員就不需要特別注意。 2019年奧迪A8將成為世界上第一輛提供L3級(jí)別自主駕駛技術(shù)的量產(chǎn)車。它配備了六個(gè)攝像頭、五個(gè)雷達(dá)設(shè)備、一個(gè)激光雷達(dá)設(shè)備和12個(gè)超聲波傳感器。為什么要使用這么多傳感器?簡單來說，每種傳感器都有其獨(dú)特的優(yōu)勢和劣勢。例如，雷達(dá)顯示的是物體的移動(dòng)速度，而不是物體的樣子。這時(shí)就需要進(jìn)行傳感器融合，因?yàn)槲矬w的移動(dòng)速度和物體的樣子對(duì)于預(yù)測對(duì)象的行為都是至關(guān)重要，而冗余則是為了克服每個(gè)傳感器的缺陷。

激光雷達(dá)帶來了冗余

最后，傳感器數(shù)據(jù)處理的目標(biāo)是獲得可代表汽車周圍環(huán)境安全/故障的表示方式，并且這種表示方式應(yīng)可以饋入決策算法，并有助于降低成本，從而使最終產(chǎn)品能夠產(chǎn)生盈利。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最大挑戰(zhàn)之一是選擇合適的軟件。以三個(gè)應(yīng)用為例：緊密同步測量、維護(hù)數(shù)據(jù)可追溯性，以及在無數(shù)真實(shí)條件下對(duì)軟件進(jìn)行測試。每一個(gè)應(yīng)用都有其獨(dú)特的挑戰(zhàn);對(duì)于自動(dòng)駕駛，這三個(gè)應(yīng)用都必不可少，但代價(jià)是什么呢?

技術(shù)：分布式與集中式架構(gòu)

ADAS的處理能力來自于多個(gè)獨(dú)立的控制單元;但是傳感器融合正在推動(dòng)單個(gè)集中式處理器的普及。以奧迪A8為例。在2019年款的車型中，奧迪將所需的傳感器、功能、電子硬件和軟件架構(gòu)整合到一個(gè)中央系統(tǒng)中。這個(gè)中央駕駛輔助控制器會(huì)計(jì)算汽車周圍環(huán)境的完整模型并激活所有輔助系統(tǒng)。它的處理能力將比以前奧迪A8車型的所有系統(tǒng)合起來都要高。

集中式架構(gòu)的主要問題是高功率處理的高成本，而且由于需要在汽車中的其他地方安裝一個(gè)輔助融合控制器作為備用控制器來確保安全，這一成本就更加高了。隨著控制器及其處理能力的發(fā)展，工程師的偏好可能會(huì)在分布式和集中式架構(gòu)設(shè)計(jì)之間交替，這意味著軟件定義的測試儀設(shè)計(jì)對(duì)于跟上這一演變至關(guān)重要。

策略：內(nèi)部開發(fā)與現(xiàn)成即用的技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)L5級(jí)別自動(dòng)駕駛，自動(dòng)駕駛汽車的微處理器需要具備比當(dāng)前微處理器高出2000倍的處理能力;因此，這種微處理器的成本很快就比mmWave雷達(dá)傳感器系統(tǒng)中的RF組件更加昂貴。歷史表明，如果某個(gè)能力的成本日益增加，而且需求非常高，就會(huì)引起鄰近市場領(lǐng)導(dǎo)者的注意，進(jìn)而推動(dòng)了市場現(xiàn)有企業(yè)之間的競爭。

舉個(gè)數(shù)據(jù)說明，UBS估計(jì)雪佛蘭Bolt電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的半導(dǎo)體器件要比同等內(nèi)燃機(jī)汽車多6到10倍。汽車內(nèi)半導(dǎo)體器件的數(shù)量只會(huì)增加，不會(huì)減少，而鄰近市場也將會(huì)不斷改進(jìn)相關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品。例如，NVIDIA已經(jīng)改進(jìn)了最初為消費(fèi)電子產(chǎn)品開發(fā)的Tegra平臺(tái)，以滿足汽車ADAS應(yīng)用的需求。另外，Denso已開始設(shè)計(jì)和制造自己的人工智能微處理器以降低成本和能耗，Denso的子公司NSITEXE Inc.計(jì)劃在2022年發(fā)布一款數(shù)據(jù)流處理器，即下一代處理器IP，稱為DFP。比賽已然已經(jīng)開始。

優(yōu)化權(quán)衡

基于這些權(quán)衡做出的決策將對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的上市時(shí)間和差異化能力產(chǎn)生巨大影響?？焖僦匦屡渲脺y試儀的能力對(duì)于最大限度地降低驗(yàn)證和生產(chǎn)測試成本和時(shí)間至關(guān)重要，因此通過軟件實(shí)現(xiàn)靈活性是制勝之策。豐田研究所首席執(zhí)行官James Kuffner博士在接受采訪時(shí)表示，“我們的預(yù)算不是翻一番，而是翻兩番。我們有將近40億美元的資金讓豐田成為一家擁有世界級(jí)軟件的汽車公司?！边@種情緒在汽車行業(yè)并不少見。目前還沒有明確的答案，但是，就像過去的工業(yè)革命一樣，人們通過提高生產(chǎn)力來負(fù)擔(dān)新技術(shù)所需的成本，提高軟件開發(fā)效率將成為自動(dòng)駕駛革命不可或缺的一部分。

冗余與互補(bǔ)傳感器比較

緊跟開發(fā)過程標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢

NI國防和航空航天市場總監(jiān)Nicholas Butler認(rèn)為，早期的標(biāo)準(zhǔn)化主要集中在硬件抽象上，但現(xiàn)代技術(shù)則是建立在軟件之上。迭代式軟件開發(fā)流程可以更快地為客戶提供更好的產(chǎn)品，測試組織必須采用標(biāo)準(zhǔn)化的迭代式軟件開發(fā)方法，以保持競爭力。

幾十年來，標(biāo)準(zhǔn)化一直是測試組織的理想目標(biāo)。 1961年，美國無線電公司(RCA)的D.B. Dobson和L.L.Wolff發(fā)表了《電子測試設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化》(Standardization of Electronic Test Equipment)。該文章介紹了多用途導(dǎo)彈系統(tǒng)測試設(shè)備在研究和原型驗(yàn)證階段所使用的原理、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。

大多數(shù)早期技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作的目標(biāo)是減少整個(gè)組織中不同測試解決方案所使用的測試設(shè)備的種類。 RCA已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是設(shè)計(jì)和部署一套模塊化硬件。模塊化硬件可增加設(shè)備復(fù)用，提高測試解決方案的集成度，減少組件過時(shí)以及簡化技術(shù)更換流程。由于國防和航空航天工業(yè)的各種產(chǎn)品和資產(chǎn)設(shè)備服役周期最長可達(dá)50年，因此可維護(hù)且可復(fù)用的測試系統(tǒng)將給該行業(yè)的測試團(tuán)隊(duì)帶來諸多益處。

由于嚴(yán)苛的安全要求和快節(jié)奏的變化，現(xiàn)代測試組織需要做的遠(yuǎn)不只是硬件標(biāo)準(zhǔn)化。他們現(xiàn)在非常重視軟件層及其開發(fā)過程。測試工程團(tuán)隊(duì)必須開始采用和標(biāo)準(zhǔn)化迭代式軟件開發(fā)方法，以跟上產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)的步伐以及在快速現(xiàn)代化的行業(yè)中維持項(xiàng)目進(jìn)度。

軟件是標(biāo)準(zhǔn)化的核心

RCA的論文介紹了多個(gè)功能組件和導(dǎo)彈計(jì)劃中識(shí)別共享輸入和輸出以定義其模塊化硬件系統(tǒng)要求的過程。識(shí)別和分離過程是抽象的基礎(chǔ)，而這兩者是可以同時(shí)完成的。大規(guī)模儀器標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)現(xiàn)成技術(shù)的普及促使許多行業(yè)的測試機(jī)構(gòu)開始采用VXI、PXI、PXIe和AXIe等模塊化硬件標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)模塊化硬件平臺(tái)可將電源、冷卻和用戶界面等冗余元件抽象為單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的獨(dú)立元素。

在《國防系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和采購報(bào)告》中，美國國防科學(xué)委員會(huì)(DSB)表示，“我們的武器系統(tǒng)具有的許多功能都來自于系統(tǒng)軟件，而不是硬件。這種從硬件功能向軟件功能的轉(zhuǎn)變正在迅速普及?！爆F(xiàn)代儀器越來越多地包括處理器和FPGA等軟件定義的組件。為了充分利用這些現(xiàn)代測試解決方案，通過軟件定義測量系統(tǒng)不僅有益而且非常有必要。

領(lǐng)先的測試軟件工程團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)抽象化的測試軟件，與抽象化的硬件相比，抽象化軟件提供了更多好處。抽象化軟件平臺(tái)包括執(zhí)行特定功能的層。這允許團(tuán)隊(duì)單獨(dú)修復(fù)和升級(jí)每個(gè)模塊，同時(shí)通過保持相同的輸入和輸出來隔離其他層?；裟犴f爾航空航天公司總工程師Mark Keith表示：“由于我們有數(shù)十項(xiàng)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，軟件標(biāo)準(zhǔn)化需要解決每個(gè)團(tuán)隊(duì)存在的歷史問題。[抽象]的目的是在更換過時(shí)的硬件時(shí)最小化或避免軟件修改?！?/p>

現(xiàn)代測試軟件開發(fā)

按照當(dāng)今市場發(fā)布新產(chǎn)品和功能的速度，僅僅正確構(gòu)建測試軟件架構(gòu)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。測試軟件組織必須采用更靈活的方法來更快速地向制造部門和客戶交付產(chǎn)品。為了提供所有所需的功能，現(xiàn)代軟件工程團(tuán)隊(duì)開始采用Agile等連續(xù)迭代式軟件開發(fā)方法。

正如DSB報(bào)告中所述，“迭代式開發(fā)的主要好處是能夠快速連續(xù)地捕獲錯(cuò)誤，輕松集成新代碼，并在整個(gè)應(yīng)用程序開發(fā)過程中獲得用戶反饋?！钡杰浖_發(fā)已經(jīng)成為一個(gè)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的做法，這種做法“將幫助[國防部(DoD)]應(yīng)對(duì)當(dāng)今動(dòng)蕩的安全環(huán)境，因?yàn)樵谶@種環(huán)境下，威脅的變化速度已經(jīng)超過瀑布式開發(fā)所能處理的速度?！?/p>

標(biāo)準(zhǔn)化迭代式開發(fā)

迭代式軟件開發(fā)需要能夠相互密切配合的團(tuán)隊(duì)，而且與硬件平臺(tái)和軟件架構(gòu)抽象類似，還包含共享和重復(fù)的概念和任務(wù)。

負(fù)責(zé)代碼庫的團(tuán)隊(duì)必須就源代碼控制、單元測試框架、代碼分析、工作管理和部署所需的工具達(dá)成一致并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。另外一個(gè)日益增加的擔(dān)憂是網(wǎng)絡(luò)安全。DSB指出，“每天檢查軟件系統(tǒng)的代碼庫可以有效地控制所需的變更數(shù)量，使其符合通用的網(wǎng)絡(luò)規(guī)則?！?/p>

美國國防部監(jiān)察長在《F-22現(xiàn)代化合同戰(zhàn)略》報(bào)告中指出：“根據(jù)計(jì)劃辦公室官員表示，相對(duì)美國對(duì)手，國防部正面臨著失去其技術(shù)優(yōu)勢的風(fēng)險(xiǎn)，亟需找到創(chuàng)新的方式來讓戰(zhàn)士更快速利用新技術(shù)。”國防和航空航天的測試團(tuán)隊(duì)正在努力將更好的技術(shù)更快地推向市場，而且該行業(yè)不是唯一一個(gè)正在這樣做的行業(yè)。迭代式開發(fā)是加速技術(shù)開發(fā)的一種可靠方法。

雖然測試工程團(tuán)隊(duì)一直專注于硬件標(biāo)準(zhǔn)化和分層軟件架構(gòu)，但研發(fā)組織已經(jīng)將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向迭代式產(chǎn)品開發(fā)。標(biāo)準(zhǔn)化的各個(gè)方面對(duì)于測試組織都是非常重要而且有價(jià)值的，但標(biāo)準(zhǔn)化流程也必須進(jìn)行完善，以便配合當(dāng)今的工程做法。采用Agile軟件開發(fā)方法的測試組織已經(jīng)準(zhǔn)備好利用這個(gè)即將到來的機(jī)會(huì)。

標(biāo)準(zhǔn)化的價(jià)值不斷增加

借助物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化系統(tǒng)測試

NI業(yè)務(wù)和技術(shù)首席研究員 Mike Santori表示，IoT和IIoT使得測試日益復(fù)雜化。但I(xiàn)oT技術(shù)其實(shí)可以解決自動(dòng)化測試挑戰(zhàn)，工程師需要理解和專注于最具業(yè)務(wù)價(jià)值的應(yīng)用場景。

從半導(dǎo)體到電子子系統(tǒng)再到工業(yè)4.0的核心——智能機(jī)器，物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)系統(tǒng)正變得越來越復(fù)雜。測試是該產(chǎn)品鏈中容易被忽視但卻非常關(guān)鍵的要素，而物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的復(fù)雜化又進(jìn)一步增加了測試的復(fù)雜性。但同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)還可以大大增強(qiáng)自動(dòng)化測試的工作效率。將系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理、可視化和分析以及應(yīng)用程序支持等物聯(lián)網(wǎng)功能應(yīng)用于自動(dòng)化測試工作流程，可以幫助測試工程師更輕松地應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)。

管理測試系統(tǒng)

IoT和IIoT的基礎(chǔ)是設(shè)備互聯(lián)及統(tǒng)一管理。然而，目前許多分布式測試系統(tǒng)并沒有實(shí)現(xiàn)互聯(lián)或有效的設(shè)備管理。通常，測試工程師難以跟蹤在任何一臺(tái)硬件設(shè)備上運(yùn)行的軟件，或者只知道系統(tǒng)的位置，而無法獲知其性能、使用率和健康狀況。

幸運(yùn)的是，大多數(shù)現(xiàn)代測試系統(tǒng)都基于PC或PXI，可以直接連接到企業(yè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)額外的功能，如管理軟件和硬件組件、跟蹤使用情況以及執(zhí)行預(yù)測性維護(hù)，從而最大限度地提高測試投資的價(jià)值。

接入和管理數(shù)據(jù)

物聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)價(jià)值來自互聯(lián)系統(tǒng)生成的海量數(shù)據(jù)。 然而，由于存在各種數(shù)據(jù)格式和來源，有效利用測試數(shù)據(jù)變得非常困難，從時(shí)域和頻域的原始模擬和數(shù)字波形到參數(shù)測量等數(shù)據(jù)通常以遠(yuǎn)高于消費(fèi)者或工業(yè)設(shè)備的速度和數(shù)量進(jìn)行采集。 更糟糕的是，測試數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在沒有標(biāo)準(zhǔn)化的“孤島”(silos)中。 因此，這些數(shù)據(jù)對(duì)企業(yè)來說是“不可見的”，因此很容易錯(cuò)過產(chǎn)品生命周期其他階段的有用信息。 在部署全面的基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)管理解決方案之前，捷豹路虎(JLR)僅分析了10%的車輛測試數(shù)據(jù)。 JLR動(dòng)力總成經(jīng)理Simon Foster表示，“我們現(xiàn)在可以分析高達(dá)95%的數(shù)據(jù)并降低了測試成本和年度測試次數(shù)，因?yàn)槲覀儾恍枰匦逻\(yùn)行測試。”

將IoT功能應(yīng)用于自動(dòng)化測試數(shù)據(jù)，首先需要一套即用型的軟件適配器，用于接入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。這些適配器必須基于開放的文檔化架構(gòu)，以便能夠接收新的和唯一的數(shù)據(jù)，包括來自設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的非測試數(shù)據(jù)。測試系統(tǒng)必須能夠與標(biāo)準(zhǔn)IoT和IIoT平臺(tái)共享其數(shù)據(jù)，以從企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中提取有用信息。

可視化和分析數(shù)據(jù)

由于測試數(shù)據(jù)通常是復(fù)雜且多維的，使用通用業(yè)務(wù)分析軟件來分析測試數(shù)據(jù)可能非常困難。此外，典型的商務(wù)制圖并不包括測試和測量中的常見可視化功能，比如模擬和數(shù)字信號(hào)組合圖表、眼圖、史密斯圓圖和星座圖等等。

具有適當(dāng)元數(shù)據(jù)管理的，面向測試的模式使工具具備可視化和分析測試數(shù)據(jù)的能力，并將其與設(shè)計(jì)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。結(jié)構(gòu)清晰的測試數(shù)據(jù)可讓工程師將基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，從而將Python、R和The MathWorks，Inc.MATLAB?軟件等常用工具集成到工作流程中，進(jìn)而從數(shù)據(jù)中提取更多有用的信息。

開發(fā)、部署和管理測試軟件

傳統(tǒng)的專用桌面應(yīng)用程序正在逐步轉(zhuǎn)向基于網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)應(yīng)用程序。這種轉(zhuǎn)變使得測試難以實(shí)現(xiàn)。首先，需要在被測設(shè)備(DUT)上進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，以處理海量數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)做出測試通過/失敗的決策，同時(shí)本地操作員需要與測試設(shè)備和DUT進(jìn)行交互。但是，公司希望遠(yuǎn)程訪問測試設(shè)備以查看結(jié)果和利用率等系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。為了解決這個(gè)問題，一些公司已經(jīng)建立了一次性架構(gòu)來集中管理軟件，并且將軟件下載到基于DUT的測試設(shè)備上。但正因?yàn)槿绱?，他們必須維護(hù)自定義架構(gòu)，這需要額外的資源，而這些資源本應(yīng)用于具有更高業(yè)務(wù)價(jià)值的活動(dòng)。

更高級(jí)別的測試管理是從本地測試設(shè)備遷移到云端部署。 基于網(wǎng)絡(luò)的工具可用于查看測試設(shè)備的狀態(tài)、安排測試時(shí)間以及檢查推送到云或服務(wù)器的測試數(shù)據(jù)。 更高級(jí)別的管理功能補(bǔ)充了使用NI LabVIEW、Microsoft .NET語言、NI TestStand和Python等常用工具構(gòu)建的現(xiàn)有測試系統(tǒng)。 模塊化測試軟件架構(gòu)(測試管理、測試代碼、測量IP、儀器驅(qū)動(dòng)程序、硬件抽象層)使公司能夠評(píng)估將不同軟件功能從本地移動(dòng)到服務(wù)器或云端的價(jià)值。 隨著越來越多的測試軟件棧遷移到云端部署，公司將意識(shí)到在云端計(jì)算存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)、可擴(kuò)展計(jì)算以及隨時(shí)隨地輕松訪問軟件和數(shù)據(jù)等方面所帶來的優(yōu)勢。

利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行測試

利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行測試并不是一個(gè)未來設(shè)想，而是在當(dāng)下切切實(shí)實(shí)可實(shí)現(xiàn)的。 一個(gè)組織的能力取決于其當(dāng)前的自動(dòng)化測試基礎(chǔ)架構(gòu)和最迫切的業(yè)務(wù)需求。 需要考慮的一些常見領(lǐng)域是改進(jìn)測試系統(tǒng)管理、提高測試設(shè)備利用率、從測試數(shù)據(jù)中獲得更有意義的信息，以及遠(yuǎn)程訪問共享測試系統(tǒng)。 具有高度模塊化的軟件定義方法可讓企業(yè)專注于最有價(jià)值的領(lǐng)域，而無需做出高風(fēng)險(xiǎn)的決策。

自動(dòng)化測試的智能互聯(lián)

多行業(yè)融合顛覆測試策略

NI自動(dòng)化測試副總裁Luke Schreier認(rèn)為，技術(shù)和流程正在跨越行業(yè)邊界線，給測試領(lǐng)導(dǎo)者帶來挑戰(zhàn)的同時(shí)，也帶來新機(jī)遇?；诜忾]式專用方法構(gòu)建的測試策略無法跟上時(shí)代腳步，反而使組織面臨風(fēng)險(xiǎn)。與多個(gè)行業(yè)公司合作可以為組織提供所需的新視角，及時(shí)調(diào)整其測試組織架構(gòu)。

行業(yè)融合并不是一個(gè)新概念;甚至可能是歷史最悠久的概念之一。不同市場在交互時(shí)，很自然會(huì)交流想法、流程和技術(shù)，從而彼此之間更加緊密地交織在一起。 農(nóng)業(yè)和貿(mào)易相互沖突，催生了銀行業(yè)。 最近，醫(yī)療保健和消費(fèi)電子產(chǎn)品的交集創(chuàng)造了可穿戴設(shè)備。 由于我們生活在一個(gè)全球互聯(lián)的世界，各種機(jī)會(huì)正以更快的速度和更大的規(guī)模融合。 目前已經(jīng)有無數(shù)關(guān)于多行業(yè)融合的評(píng)論。 博客、文章和分析報(bào)告都在描述數(shù)字革命的加速正在顛覆傳統(tǒng)行業(yè)，但卻很少談及融合如何影響測試組織。 公司將其每天感受到的影響分為兩個(gè)層面：挑戰(zhàn)和機(jī)遇。 一流的組織正通過利用多行業(yè)測試平臺(tái)直接解決融合問題，同時(shí)與涉及多個(gè)行業(yè)的其他組織展開合作并向其學(xué)習(xí)。

創(chuàng)造測試創(chuàng)新

經(jīng)常被引用的一個(gè)報(bào)告是2014年Gartner的報(bào)告《產(chǎn)業(yè)融合：數(shù)字工業(yè)革命》”，該報(bào)告指出：行業(yè)融合是組織發(fā)展最根本的機(jī)會(huì)?！睂?duì)于測試組織來說，這個(gè)機(jī)會(huì)將來自于利用和學(xué)習(xí)其他行業(yè)、以及將資源集中以加速創(chuàng)新。

融合的核心是觀點(diǎn)共享。在產(chǎn)品創(chuàng)新方面，人們經(jīng)常討論通過利用和學(xué)習(xí)其他行業(yè)來避免將時(shí)間和精力浪費(fèi)在創(chuàng)造已有的東西上，這一概念同樣可以應(yīng)用在測試策略中。功能安全就是一個(gè)很好的例子。經(jīng)過數(shù)十年的學(xué)習(xí)，以及由于產(chǎn)品本身對(duì)安全的嚴(yán)格要求，重型制造業(yè)制定了一種證明其嵌入式電子設(shè)備功能安全性的標(biāo)準(zhǔn)：IEC 61508。鐵路和汽車等其他行業(yè)在其架構(gòu)中增加了高安全性嵌入式系統(tǒng)，并使用EN 50126和ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)來擴(kuò)展和調(diào)整IEC 61508。向這些標(biāo)準(zhǔn)的專家學(xué)習(xí)可以節(jié)省為測試策略添加功能安全測試所需的時(shí)間。

多行業(yè)資源聚集是行業(yè)融合一個(gè)不太明顯的好處。隨著行業(yè)之間關(guān)系日益緊密，其功能需求也越來越緊密。這促使為這些行業(yè)提供服務(wù)的供應(yīng)商增加投資，因?yàn)檫@種需求的市場也在擴(kuò)大。在測試中，基于平臺(tái)的供應(yīng)商會(huì)增加處理器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器等與行業(yè)無關(guān)的投資，以便以更低的價(jià)格向所有行業(yè)提供更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。當(dāng)投資到測試硬件、軟件或服務(wù)時(shí)，與單一行業(yè)選項(xiàng)不同的是，多行業(yè)解決方案可以最大化技術(shù)的利用率。

克服融合成本挑戰(zhàn)

IBM 2016年對(duì)全球最高管理層的“重新詮釋邊界”調(diào)研顯示，“行業(yè)融合明顯超過了他們預(yù)計(jì)未來三到五年內(nèi)的任何其他趨勢?！北M管融合的趨勢仍有望繼續(xù)上升，但它引起的更多是擔(dān)憂而不是興奮。對(duì)于測試經(jīng)理來說，行業(yè)融合增加了測試復(fù)雜性，需要更具適應(yīng)性的測試平臺(tái)和更靈活的組織。

隨著行業(yè)之間開始互相利用彼此的技術(shù)，它們需要對(duì)這些新技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行測試并具備相關(guān)的專業(yè)知識(shí)。例如，汽車混合動(dòng)力系統(tǒng)現(xiàn)在需要能夠測試控制、機(jī)械、熱力學(xué)、電子、軟件甚至電池化學(xué)的系統(tǒng)。如果測試系統(tǒng)是構(gòu)建在不靈活的封閉式專用平臺(tái)之上，那么即使在幾年前的測試系統(tǒng)，也早就已經(jīng)過時(shí)了。因此，測試系統(tǒng)應(yīng)具備能夠支持多種I/O類型、編程語言和不同供應(yīng)商的開放式和模塊化硬件和軟件，以及清晰定義的API和互操作性標(biāo)準(zhǔn)。

如果組織不知道下一步應(yīng)該做什么，就更具挑戰(zhàn)性。在融合的時(shí)代，未來更加渺茫。公司、測試策略和測試平臺(tái)都應(yīng)快速適應(yīng)未來的發(fā)展方向。例如，由于其供應(yīng)鏈與消費(fèi)電子產(chǎn)品的關(guān)系越來越緊密，歷史上非常保守且依賴于長產(chǎn)品生命周期的航空航天業(yè)現(xiàn)在亟需更大的靈活性。因此，航空航天測試組織需要其測試設(shè)備能夠跟上更快的技術(shù)更新速度，而設(shè)計(jì)能夠提供這種適應(yīng)性的測試架構(gòu)就起到至關(guān)重要的作用。跨行業(yè)交流活動(dòng)和關(guān)注其他行業(yè)的刊物可以幫助團(tuán)隊(duì)了解最新趨勢。

此外，與具有多行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的組織合作可以幫助公司更有效地適應(yīng)不可預(yù)見的情況以及利用其他行業(yè)的最佳工程實(shí)踐。 這些公司可以將他們最頭疼的問題外包給已經(jīng)解決這些問題的第三方，或者在5G和物聯(lián)網(wǎng)等迫在眉睫的趨勢中尋找其他行業(yè)的戰(zhàn)略合作伙伴。 NVIDIA和奧迪合作加速技術(shù)開發(fā)，或波音與巴西航空工業(yè)公司合作從競爭對(duì)手那里搶奪市場份額等等，此類例子層出不窮，這些例子均說明這種合作如何讓組織領(lǐng)先于業(yè)界同行。 重新評(píng)估供應(yīng)鏈中的測試項(xiàng)目以及對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行審查也是明智的策略。 通過積極主動(dòng)采取措施，組織可以為下一步做好準(zhǔn)備，并對(duì)未來產(chǎn)生影響。