"利用NI測試平臺(tái)和生態(tài)系統(tǒng)，我們不僅成功開發(fā)了HILS，而且還成功開發(fā)了機(jī)器人、圖像處理系統(tǒng)、語音合成系統(tǒng)、噪聲模擬器和GPS模擬器，進(jìn)而搭建了一個(gè)集成的電子組件自動(dòng)化測試系統(tǒng)。 手動(dòng)操作和結(jié)果判斷相關(guān)的工時(shí)減少了90%，每年節(jié)省了數(shù)億美元的成本。"

挑戰(zhàn)

構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，從頭到尾全面檢驗(yàn)邏輯并評(píng)估相互協(xié)作的電子元件的魯棒性，包括相關(guān)操作和結(jié)果判斷。

解決方案:

基于NI平臺(tái)使用PXI產(chǎn)品、可重新配置的I/O模塊(FPGA)和LabVIEW構(gòu)建HILS系統(tǒng)，并集成噪聲模擬器、GPS模擬器和語音合成系統(tǒng)等其他元件來評(píng)估魯棒性，同時(shí)集成機(jī)器人和圖像處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)任務(wù)自動(dòng)化。

馬自達(dá)使用軟件定義的自動(dòng)化測試系統(tǒng)，降低了90%的測試成本

(配音旁白是由使用LabVIEW開發(fā)而成的語音合成系統(tǒng)生成的)。

背景介紹

眾所周知，汽車正在快速融入越來越多的電子產(chǎn)品。 從自動(dòng)雨刮器和門鎖開始，電子產(chǎn)品已經(jīng)成為許多汽車組件的一部分，包括照明、空調(diào)、動(dòng)力總成、信息娛樂系統(tǒng)，甚至各種安全系統(tǒng)。 一開始，汽車僅配備了幾個(gè)CPU。 而現(xiàn)在，汽車中的CPU數(shù)量已近百。

為了向客戶提供高品質(zhì)的產(chǎn)品，馬自達(dá)電子測試和研究團(tuán)隊(duì)需要評(píng)估所有電子元件的“邏輯”和“魯棒性”。 '邏輯'是指每個(gè)電子組件的功能。 而要理解“魯棒性”這一概念，首先需要認(rèn)識(shí)到電子元件的工作環(huán)境并不總是處于理想狀態(tài)。 例如，元件可能會(huì)暴露于極端的條件下，如電源電壓發(fā)生波動(dòng)、噪聲級(jí)別較高或輸入信號(hào)不理想。 “魯棒性”是指組件在極端環(huán)境中正常工作的能力。 換句話說，我們希望評(píng)估每個(gè)電子元件對(duì)這些惡劣條件的承受力。

挑戰(zhàn)

電子元件的邏輯和魯棒性一直都在評(píng)估的范疇內(nèi)。 過去，僅有幾種電子元件執(zhí)行簡單的功能時(shí)，元件在專門準(zhǔn)備的環(huán)境中單獨(dú)進(jìn)行測試。 然而，隨著電子元件的多樣性和功能復(fù)雜性不斷增加，這種操作漸漸露出弊端。 現(xiàn)在，多個(gè)電子元件系統(tǒng)之間會(huì)進(jìn)行通信，并且一個(gè)系統(tǒng)的操作越來越依賴于來自其他系統(tǒng)的結(jié)果。 除了逐個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測試外，還必須進(jìn)行多系統(tǒng)測試才能有效地評(píng)估此類系統(tǒng)的功能。 此外，還必須評(píng)估系統(tǒng)的魯棒性。 然而，隨著各種組件和單元的不斷增加，要評(píng)估的項(xiàng)目數(shù)量呈指數(shù)增長。 因此，我們很清楚評(píng)估系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

十年來，馬自達(dá)一直意識(shí)到這些需求， 但是卻找不到滿足所有需求的評(píng)估系統(tǒng)。 鑒于這種情況，我們決定正面解決這個(gè)問題。 換而言之，我們決定開發(fā)一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)來從頭到尾徹底驗(yàn)證邏輯并評(píng)估相互協(xié)作的電子元件的魯棒性。

解決方案/優(yōu)勢

我們需要開發(fā)的系統(tǒng)將會(huì)非常龐大且復(fù)雜。 因此，開發(fā)工作預(yù)計(jì)需要幾年時(shí)間并分階段完成。 圖1是第一階段的示意圖。 Stage-1系統(tǒng)由以下元素組成：HILS(硬件在環(huán)仿真)引擎、機(jī)器人和圖像處理系統(tǒng)。 對(duì)于HILS引擎，NI HILS系統(tǒng)由NI PXI(面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展)產(chǎn)品和RIO(可重配置的I/O)模塊組成。 我們基于LabVIEW系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)，開發(fā)了在這些硬件產(chǎn)品上運(yùn)行的軟件。

圖1.第一階段的示意圖

圖2.第四階段的示意圖

圖3.小型子系統(tǒng)1的外觀圖

圖4.小型子系統(tǒng)2的外觀圖

通過這種方式，我們成功構(gòu)建了世界上第一個(gè)能夠自

動(dòng)評(píng)估多個(gè)協(xié)同工作的電子組件的邏輯和魯棒性的系統(tǒng)。 如前所述，我們開發(fā)的系統(tǒng)是前所未有的，并且基于全新的概念。 此外，這是一個(gè)非常復(fù)雜的大型系統(tǒng)。這一成功歸功于幾個(gè)因素。 這一成功歸功于幾個(gè)因素。

首先是馬自達(dá)電子測試和研究小組的存在。 換句話說，馬自達(dá)擁有自己的專業(yè)內(nèi)部測試工程團(tuán)隊(duì)，這一點(diǎn)至關(guān)重要。 這一成功歸功于幾個(gè)因素。隨著電子元器件評(píng)估技術(shù)開始達(dá)到瓶頸，測試工程師需要思考如何改進(jìn)技術(shù)。 面對(duì)這樣一個(gè)復(fù)雜的問題，如果大部分測試相關(guān)問題都交給外包商，那么什么都不可能解決。 這個(gè)高度專業(yè)化的內(nèi)部團(tuán)隊(duì)的存在意味著他們可以充分探索可能的解決方案和相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法。 換句話說，馬自達(dá)自己的內(nèi)部團(tuán)隊(duì)在解決這些問題方面發(fā)揮主導(dǎo)作用這一點(diǎn)非常重要。

另一個(gè)影響因素是NI產(chǎn)品系列。 NI的優(yōu)勢之一是NI以平臺(tái)為中心的生態(tài)系統(tǒng)，其中包括來自聯(lián)盟伙伴和相關(guān)公司的兼容產(chǎn)品。 例如，我們構(gòu)建的系統(tǒng)包含了機(jī)器人、圖像處理系統(tǒng)、語音合成系統(tǒng)以及其他各種元素。 從一家公司獲得所有這些要素是非常困難的。 相反，我們選擇了各公司最合適的產(chǎn)品，并使用LabVIEW和其他解決方案將它們與NI HIL系統(tǒng)集成在一起。 這成為我們成功的關(guān)鍵因素，NI生態(tài)系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的支持。 當(dāng)然，如果適用的話，我們也可以選擇集成交鑰匙解決方案。 但是，鑒于我們的目標(biāo)是構(gòu)建同類中的首個(gè)系統(tǒng)，NI解決方案是最符合我們需求的選擇。

此外，NI產(chǎn)品提供的高性能和高編程自由度非常適合開發(fā)此系統(tǒng)。 在硬件性能方面，高采樣速率(時(shí)間分辨率)是一個(gè)重要因素。 在我們的系統(tǒng)中，邏輯驗(yàn)證需要毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率。 另一方面，噪聲的影響很難進(jìn)行評(píng)估，除非采樣以微秒級(jí)進(jìn)行。 NI硬件是唯一能夠以微秒級(jí)進(jìn)行采樣的產(chǎn)品。 另外，NI硬件包含一個(gè)內(nèi)置的用戶可編程FPGA。 沒有其他產(chǎn)品提供這種自由度。 如果采用交鑰匙式解決方案，用戶很可能需要為每次的汽車更新?lián)Q代輛購買全新的系統(tǒng)。 而NI解決方案不僅具有靈活性，而且還具有可持續(xù)性。 幾乎所有的NI硬件都可以持續(xù)使用，只需添加或修改選定的模塊即可。 適應(yīng)未來需求的能力是這個(gè)系統(tǒng)的另一個(gè)巨大優(yōu)勢。

我們新開發(fā)的系統(tǒng)能夠?qū)Χ喾N協(xié)同工作的電子元件進(jìn)行邏輯驗(yàn)證和魯棒性評(píng)估。 事實(shí)上，以前沒有這樣的系統(tǒng)能夠幫助我們獲得如此巨大的成功。 另外，我們能夠自動(dòng)化各種測試的相關(guān)操作和結(jié)果判斷。 這極大地減少了工作量，給我們帶來了巨大的優(yōu)勢。 對(duì)于單個(gè)電子元件的情況，與手動(dòng)測試相比，測試時(shí)間減少了90%。 此外，我們使用攝像頭拍攝儀表顯示器(如速度計(jì))，然后使用系統(tǒng)的自動(dòng)評(píng)估功能來處理圖像，這一做法與以前的方法相比，所需的工時(shí)減少了90%。

未來開發(fā)計(jì)劃

這一新開發(fā)的系統(tǒng)將繼續(xù)逐步完善。 目前，我們的目標(biāo)是使用這個(gè)NI產(chǎn)品系統(tǒng)評(píng)估所有電子元件。 因此，電子測試和研究小組目前的工作重點(diǎn)評(píng)估所有電子組件，包括與動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)的組件。 在這個(gè)新開發(fā)的系統(tǒng)之前，我們使用交鑰匙HIL系統(tǒng)來評(píng)估動(dòng)力總成的相關(guān)部件。 因此這些組件被排除在該系統(tǒng)的目標(biāo)項(xiàng)目之外。

無論是發(fā)動(dòng)機(jī)還是電子元件，馬自達(dá)都將繼續(xù)朝“世界首創(chuàng)”的目標(biāo)努力。 而且，隨著汽車零部件的創(chuàng)新也要求測試進(jìn)行創(chuàng)新，馬自達(dá)也將持續(xù)完善其評(píng)估流程。