"利用NI測試平臺和生態(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，進而搭建了一個集成的電子組件自動化測試系統(tǒng)。 手動操作和結果判斷相關的工時減少了90%，每年節(jié)省了數(shù)億美元的成本。"
挑戰(zhàn)
構建一個自動化系統(tǒng)，從頭到尾全面檢驗邏輯并評估相互協(xié)作的電子元件的魯棒性，包括相關操作和結果判斷。
解決方案:
基于NI平臺使用PXI產品、可重新配置的I/O模塊(FPGA)和LabVIEW構建HILS系統(tǒng)，并集成噪聲模擬器、GPS模擬器和語音合成系統(tǒng)等其他元件來評估魯棒性，同時集成機器人和圖像處理系統(tǒng)來實現(xiàn)任務自動化。
馬自達使用軟件定義的自動化測試系統(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品。 從自動雨刮器和門鎖開始，電子產品已經成為許多汽車組件的一部分，包括照明、空調、動力總成、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的產品，馬自達電子測試和研究團隊需要評估所有電子元件的“邏輯”和“魯棒性”。 '邏輯'是指每個電子組件的功能。 而要理解“魯棒性”這一概念，首先需要認識到電子元件的工作環(huán)境并不總是處于理想狀態(tài)。 例如，元件可能會暴露于極端的條件下，如電源電壓發(fā)生波動、噪聲級別較高或輸入信號不理想。 “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，我們希望評估每個電子元件對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估的范疇內。 過去，僅有幾種電子元件執(zhí)行簡單的功能時，元件在專門準備的環(huán)境中單獨進行測試。 然而，隨著電子元件的多樣性和功能復雜性不斷增加，這種操作漸漸露出弊端。 現(xiàn)在，多個電子元件系統(tǒng)之間會進行通信，并且一個系統(tǒng)的操作越來越依賴于來自其他系統(tǒng)的結果。 除了逐個系統(tǒng)進行測試外，還必須進行多系統(tǒng)測試才能有效地評估此類系統(tǒng)的功能。 此外，還必須評估系統(tǒng)的魯棒性。 然而，隨著各種組件和單元的不斷增加，要評估的項目數(shù)量呈指數(shù)增長。 因此，我們很清楚評估系統(tǒng)需要實現(xiàn)自動化。
十年來，馬自達一直意識到這些需求， 但是卻找不到滿足所有需求的評估系統(tǒng)。 鑒于這種情況，我們決定正面解決這個問題。 換而言之，我們決定開發(fā)一個自動化系統(tǒng)來從頭到尾徹底驗證邏輯并評估相互協(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)將會非常龐大且復雜。 因此，開發(fā)工作預計需要幾年時間并分階段完成。 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、機器人和圖像處理系統(tǒng)。 對于HILS引擎，NI HILS系統(tǒng)由NI PXI(面向儀器系統(tǒng)的PCI擴展)產品和RIO(可重配置的I/O)模塊組成。 我們基于LabVIEW系統(tǒng)設計平臺，開發(fā)了在這些硬件產品上運行的軟件。
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，我們成功構建了世界上第一個能夠自
動評估多個協(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，這是一個非常復雜的大型系統(tǒng)。這一成功歸功于幾個因素。 這一成功歸功于幾個因素。
首先是馬自達電子測試和研究小組的存在。 換句話說，馬自達擁有自己的專業(yè)內部測試工程團隊，這一點至關重要。 這一成功歸功于幾個因素。隨著電子元器件評估技術開始達到瓶頸，測試工程師需要思考如何改進技術。 面對這樣一個復雜的問題，如果大部分測試相關問題都交給外包商，那么什么都不可能解決。 這個高度專業(yè)化的內部團隊的存在意味著他們可以充分探索可能的解決方案和相應的實現(xiàn)方法。 換句話說，馬自達自己的內部團隊在解決這些問題方面發(fā)揮主導作用這一點非常重要。
另一個影響因素是NI產品系列。 NI的優(yōu)勢之一是NI以平臺為中心的生態(tài)系統(tǒng)，其中包括來自聯(lián)盟伙伴和相關公司的兼容產品。 例如，我們構建的系統(tǒng)包含了機器人、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鍵因素，NI生態(tài)系統(tǒng)提供了強大的支持。 當然，如果適用的話，我們也可以選擇集成交鑰匙解決方案。 但是，鑒于我們的目標是構建同類中的首個系統(tǒng)，NI解決方案是最符合我們需求的選擇。
此外，NI產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(時間分辨率)是一個重要因素。 在我們的系統(tǒng)中，邏輯驗證需要毫秒級的時間分辨率。 另一方面，噪聲的影響很難進行評估，除非采樣以微秒級進行。 NI硬件是唯一能夠以微秒級進行采樣的產品。 另外，NI硬件包含一個內置的用戶可編程FPGA。 沒有其他產品提供這種自由度。 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。 適應未來需求的能力是這個系統(tǒng)的另一個巨大優(yōu)勢。
我們新開發(fā)的系統(tǒng)能夠對多種協(xié)同工作的電子元件進行邏輯驗證和魯棒性評估。 事實上，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，我們能夠自動化各種測試的相關操作和結果判斷。 這極大地減少了工作量，給我們帶來了巨大的優(yōu)勢。 對于單個電子元件的情況，與手動測試相比，測試時間減少了90%。 此外，我們使用攝像頭拍攝儀表顯示器(如速度計)，然后使用系統(tǒng)的自動評估功能來處理圖像，這一做法與以前的方法相比，所需的工時減少了90%。
未來開發(fā)計劃
這一新開發(fā)的系統(tǒng)將繼續(xù)逐步完善。 目前，我們的目標是使用這個NI產品系統(tǒng)評估所有電子元件。 因此，電子測試和研究小組目前的工作重點評估所有電子組件，包括與動力系統(tǒng)相關的組件。 在這個新開發(fā)的系統(tǒng)之前，我們使用交鑰匙HIL系統(tǒng)來評估動力總成的相關部件。 因此這些組件被排除在該系統(tǒng)的目標項目之外。
無論是發(fā)動機還是電子元件，馬自達都將繼續(xù)朝“世界首創(chuàng)”的目標努力。 而且，隨著汽車零部件的創(chuàng)新也要求測試進行創(chuàng)新，馬自達也將持續(xù)完善其評估流程。
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