如果說一張圖勝過千言萬語，那么一個模型必然勝過一千張PowerPoint幻燈片，或一千行規(guī)范說明。由于創(chuàng)新和創(chuàng)造變得日益復(fù)雜，基于模型的設(shè)計與測試已經(jīng)變成一種標(biāo)準(zhǔn)的工作和思維方式，可幫助工程師更透徹地理解測試對象，與他人進(jìn)行清晰而詳細(xì)的溝通，并提高工程開發(fā)和運營效率。

正確的工作和思維方式隨著技術(shù)創(chuàng)新步伐不斷加快，我們比以往任何時候都更需要深刻理解技術(shù)。同時，由于汽車設(shè)計與測試團(tuán)隊需要將多種新技術(shù)集成到系統(tǒng)中，并確保這些技術(shù)在各種運行條件下能夠很好地協(xié)同工作，因此透徹理解相關(guān)技術(shù)成為必須。雖然各種創(chuàng)新和革命性設(shè)計層出不窮，但是失敗的風(fēng)險也隨著系統(tǒng)變得復(fù)雜而呈指數(shù)級增加。

搭建大型的復(fù)雜系統(tǒng)需要大量的人力、有效的策略以及各種組件高效協(xié)同配合。隨著復(fù)雜性的增加，PowerPoint形式的工程設(shè)計已不足以滿足客戶的需求。要使設(shè)計足夠優(yōu)秀，達(dá)到所需的置信度，就需要設(shè)計團(tuán)隊、測試團(tuán)隊與相關(guān)人員之間進(jìn)行有效的溝通。這時候模型就派上用場了。

企業(yè)如果采用基于模型的設(shè)計與測試，就可以使用計算機可執(zhí)行的模型作為通用接口，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息和規(guī)范，并在開發(fā)過程的各階段利用該接口進(jìn)行高效的交流和溝通。

探索與評估

測試的過程其實也是探索和評估的過程。探索測試有助于工程師更好地了解待測設(shè)備(DUT)，進(jìn)而預(yù)測和改善待測設(shè)備的行為。評估測試則能幫助決策者解決DUT部署和運行中固有的成本和風(fēng)險問題。因此，測試團(tuán)隊在整個測試流程中需要做的，就是提取團(tuán)隊需要的信息，為后續(xù)的開發(fā)、生產(chǎn)和部署決策提供依據(jù)。

測試流程：以終為始

請記住，良好的測試流程能為工程師和決策者帶來許多有用的信息和見解。

圖01 測試流程是指挖掘待測設(shè)備數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有用的信息來幫助工程師和決策者進(jìn)行探索和評估風(fēng)險。

圖01概述了從測試流程提取信息和視角的主要步驟。首先，需要挖掘DUT中將輸出行為與輸入端激勵信號相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。接下來，應(yīng)當(dāng)以簡潔易懂的方式，將原始數(shù)據(jù)提煉為能夠解釋DUT行為的信息。最后，工程師和決策者應(yīng)利用這些信息，進(jìn)一步了解DUT的特性和行為，并評估DUT部署和運行相關(guān)的風(fēng)險。

這一流程是雙向的。一方面，隨著探索的不斷深入以及風(fēng)險評估越來越復(fù)雜，需要越來越多新的信息。但這反過來會推動挖掘流程的變化和改進(jìn)。該流程同樣也可用作為設(shè)計和分類測試架構(gòu)的框架。

在考慮采用這一框架時，應(yīng)注意，其最大的成本在于數(shù)據(jù)挖掘設(shè)備的設(shè)置和運行，而最大的價值在于將數(shù)據(jù)提煉為信息，并提供一種方式來方便用戶查看這些信息并與之交互。

許多測試工具共同的缺點是僅專注于數(shù)據(jù)獲取和存儲。但如果沒有相應(yīng)手段(最好是自動化手段)來提取有用的信息并識別重要事件，團(tuán)隊常常只能獲得大量毫無用處的“垃圾”數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對所投資的測試系統(tǒng)感到失望。

挖掘

要挖掘數(shù)據(jù)，需要將DUT嵌入到模擬DUT周圍環(huán)境的場景中。情境元素可以是虛擬的，比如用于操控DUT的軟件，也可以是周邊硬件之類的物理元素。DUT的場景既可以是模擬的，也可以是真實的場景。例如，如果DUT是汽車逆變器，那么電動機就會是測試場景的一部分，我們可以使用仿真的電動機，也可以將電動機真正置于測試臺上，或是集成到實際的汽車中。

在測試設(shè)計中，需要確定最有利于實現(xiàn)測試場景的方法。傳統(tǒng)的測試架構(gòu)通常將DUT嵌入仿真環(huán)境中。DUT放置在測試臺上，然后施加激勵并測量其響應(yīng)。這種方法經(jīng)實踐證明是行之有效的，能夠隨意創(chuàng)建測試條件，但缺點是成本高，不具備擴展性。

因此不妨考慮其他替代方法，例如采用從設(shè)計到測試均適用的方法來設(shè)計DUT，而且DUT應(yīng)內(nèi)置一些功能，能夠在正常運行的同時挖掘數(shù)據(jù)。也可以采用基于仿真的測試方法，在開發(fā)過程早期就可以以較低的成本在虛擬環(huán)境中進(jìn)行測試。

這些替代測試方法均旨在優(yōu)化或重組測試流程的成本結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)測試方法通常需要大量投資到“挖掘設(shè)備”和運行上。而上述替代挖掘方法可以大大降低捆綁到測試的資本，因此，給測試行業(yè)帶來了顛覆性的影響。

提煉

挖掘出數(shù)據(jù)后，需要將數(shù)據(jù)“提煉”為有用的信息。這時候，模型在解釋原始測試數(shù)據(jù)方面起著至關(guān)重要的作用。一方面，模型可存儲歷史數(shù)據(jù)，從而為預(yù)測未來行為提供依據(jù)。另一方面，模型為提煉DUT測量數(shù)據(jù)并預(yù)測DUT行為提供了現(xiàn)成的模板。

換句話說，模型是表示已掌握信息和預(yù)測未來行為的一種數(shù)字化形式。因此模型也被稱為數(shù)字孿生體，也就是實體系統(tǒng)的數(shù)字化形式。

好的模型可以幫助工程師深入理解物理系統(tǒng)并減少不確定性，同時有助于預(yù)測DUT的行為。因此，在測試過程的探索階段，設(shè)計合適的模型拓?fù)涫遣豢苫蛉钡囊画h(huán)。模型識別和評估(仿真)可幫助您評估給定場景中DUT部署的結(jié)果。

表一：模型提供了從設(shè)計到測試均適用的通用語言。

交互

本質(zhì)上，模型(數(shù)字孿生)有助于高效地匯總測試結(jié)果以及跨平臺捕獲DUT信息。由于在大型組織中，不同部門常常使用不同的平臺和工具鏈導(dǎo)致溝通不暢，因此模型對于優(yōu)化大型組織內(nèi)部的溝通非常有用。

通過在這些不同的環(huán)境中以相同的方式實現(xiàn)同一組模型方程式，團(tuán)隊能以一致且可執(zhí)行的方式交換信息。例如，測試團(tuán)隊可以使用部署在FPGA上的模型來進(jìn)行實時評估和模型參數(shù)擬合。然后，系統(tǒng)設(shè)計團(tuán)隊可以將模型和參數(shù)集“下載”為基于CPU的功能模型單元，便于在脫機時進(jìn)行系統(tǒng)級仿真。與通過文本和電子表格交換信息相比，這種方法的出錯率更低。

行之有效的方法

基于模型的設(shè)計與測試有助于團(tuán)隊?wèi)?yīng)對不斷加劇的DUT復(fù)雜性，并跟上緊迫的計劃進(jìn)度。這種工作和思維方式能夠帶來影響巨大且深遠(yuǎn)的結(jié)果，而且這種結(jié)果有助于組織進(jìn)行轉(zhuǎn)型，并將測試變?yōu)楦偁巸?yōu)勢。

數(shù)字孿生是指實體系統(tǒng)的數(shù)字化虛擬模型，貫穿整個生命周期以及組織的各個部分。該技術(shù)以計算機可執(zhí)行的方式來展示并傳達(dá)組織的需求、期望以及測量結(jié)果。

作者
NATEHOLMES
NI動力總成測試主管

PIETVANASSCHE
NI首席工程師