如果說一張圖勝過千言萬語，那么一個(gè)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)造變得越來越復(fù)雜，基于模型的設(shè)計(jì)與測(cè)試已成為一種范式，代表著行之有效的工作 和思維方式，有望帶來豁然貫通的理解、清晰詳盡的溝通以及快速高效的工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行流程。
行之有效的工作和思 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(shí)候都更需要深刻理解 技術(shù)。同時(shí)，由于汽車設(shè)計(jì)與測(cè)試團(tuán) 隊(duì)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(yùn)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)成為必要條件。雖然各種創(chuàng) 新和革命性設(shè)計(jì)層出不窮，但是失敗 的風(fēng)險(xiǎn)也隨著系統(tǒng)變得復(fù)雜而呈指數(shù) 級(jí)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(jì) 已不足以滿足客戶的需求。要使設(shè)計(jì) 足夠優(yōu)秀，達(dá)到所需的置信度，就需 要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、測(cè)試團(tuán)隊(duì)與相關(guān)人員之 間進(jìn)行有效的溝通。這時(shí)候模型就派 上用場(chǎng)了。
企業(yè)如果采用基于模型的設(shè)計(jì)與 測(cè)試，就可以使用計(jì)算機(jī)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。
發(fā)現(xiàn)與評(píng)估
測(cè)試的過程其實(shí)也是探索和評(píng)估的 過程。探索測(cè)試有助于工程師更好地 了解待測(cè)設(shè)備(DUT)，進(jìn)而預(yù)測(cè)和改 善待測(cè)設(shè)備的行為。評(píng)估測(cè)試則能 幫助決策者解決DUT部署和運(yùn)行中 固有的成本和風(fēng)險(xiǎn)問題。因此，測(cè)試 團(tuán)隊(duì)的工作，即測(cè)試流程的目標(biāo)，是 獲得團(tuán)隊(duì)需要的知識(shí)，以便對(duì)后續(xù)的 開發(fā)、生產(chǎn)和部署步驟做出決策。
測(cè)試流程：以終為始
請(qǐng)記住，良好的測(cè)試流程能為工程師和決策者 帶來許多有用到的信息和見解。
圖01 測(cè)試流程是指挖掘待測(cè)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(píng)估風(fēng)險(xiǎn)。
圖01 概述了從測(cè)試流程提取信息和見 解的主要步驟。首先，需要挖掘DUT 中將輸出行為與應(yīng)用到其輸入的激勵(lì) 信號(hào)相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。接下來，應(yīng)當(dāng)以 簡(jiǎn)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(píng)估與 DUT部署和運(yùn)行相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。
這一流程能夠雙管齊下。隨著探索的 不斷深入以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估越來越復(fù)雜， 需要的新信息也越來越多。這反過來 會(huì)推動(dòng)挖掘流程的變化和改進(jìn)。該模 型可用作為設(shè)計(jì)和分類測(cè)試架構(gòu)的 框架。
在考慮采用這一框架時(shí)，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(yùn)行，而最大的價(jià) 值在于將數(shù)據(jù)提煉為信息，并提供能方便用戶 查看這些信息并與之交互的途徑。
許多測(cè)試工具共同的缺點(diǎn)是僅專注 于數(shù)據(jù)獲取和存儲(chǔ)。如果沒有相應(yīng) 手段(最好是自動(dòng)化手段)來提取有 用的信息并識(shí)別重要事件，團(tuán)隊(duì)常 常只能獲得大量毫無用處的“垃圾” 數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對(duì)所投資的測(cè)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(chǎng)景中。情境元素可以是虛擬的，比如用于操控DUT的 軟件，又或者是周邊硬件之類的物理 元素。DUT的場(chǎng)景既可以是模擬，也 可以是真實(shí)的。例如，如果DUT是汽 車逆變器，電動(dòng)機(jī)則是測(cè)試場(chǎng)景的一 部分，我們可以使用仿真的電動(dòng)機(jī)， 也可以將電動(dòng)機(jī)真正置于測(cè)試臺(tái)上， 或是集成到實(shí)際的汽車中。
在測(cè)試設(shè)計(jì)中，需要確定最有利于實(shí) 現(xiàn)測(cè)試場(chǎng)景的方法。傳統(tǒng)的測(cè)試架構(gòu)通常將DUT嵌入仿真環(huán)境中。DUT放置在測(cè)試臺(tái)上，然后施加激勵(lì)并測(cè)量 其響應(yīng)。這種方法經(jīng)實(shí)踐證明是行之 有效的，能夠隨意創(chuàng)建測(cè)試條件，但缺點(diǎn)是成本高，不具備擴(kuò)展性。
因此不妨考慮其他替代方法，例如采 用從設(shè)計(jì)到測(cè)試均適用的方法來設(shè)計(jì) 具有內(nèi)置功能的DUT，從而在正常運(yùn) 行期間也能挖掘數(shù)據(jù)。也可以采用基 于仿真的測(cè)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(cè)試。
這些替代測(cè)試方法旨在優(yōu)化或重組 測(cè)試流程的成本結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)測(cè)試方法 通常需要大量投資到“挖掘設(shè)備” 和運(yùn)行上。而上述替代挖掘方法可以 大大降低捆綁到測(cè)試的資本，因此，給測(cè)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。模型在解釋原始測(cè)試 數(shù)據(jù)方面起著至關(guān)重要的作用。模型 可存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，從而為預(yù)測(cè)未來行 為提供依據(jù)。模型是用于壓縮DUT測(cè) 量數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)DUT行為的模板。
換句話說，模型是知識(shí)和預(yù)期的一種表示形式， 是可轉(zhuǎn)化的。因此，它們也被稱為數(shù)字孿生，包 含兩大要素：物理系統(tǒng)在數(shù)字世界對(duì)應(yīng)的虛擬 模型 ；物理系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流。
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(shí)有助 于預(yù)測(cè)DUT的行為。在測(cè)試過程的探 索階段，設(shè)計(jì)合適的模型拓?fù)涫潜?要的一環(huán)。模型識(shí)別和評(píng)估(仿真)可 幫助您評(píng)估給定場(chǎng)景中DUT部署的 結(jié)果。
交互
本質(zhì)上，模型(數(shù)字孿生)有助于高效 地匯總測(cè)試結(jié)果以及跨平臺(tái)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(tái)和工具鏈導(dǎo)致溝 通不暢，因此模型對(duì)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(shí)現(xiàn)同一組模型方程式，團(tuán)隊(duì)能 以一致且可執(zhí)行的方式交換信息。例 如，測(cè)試團(tuán)隊(duì)可以使用部署在FPGA 上的模型來進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估和模型參 數(shù)擬合。然后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以將 模型和參數(shù)集“下載”為基于CPU的 功能模型單元實(shí)現(xiàn)，以供離線系統(tǒng) 級(jí)仿真使用。與通過文本和電子表 格交換信息相比，這種方法的出錯(cuò)率 更低。
行之有效的方法
基于模型的設(shè)計(jì)與測(cè)試有助于團(tuán)隊(duì) 應(yīng)對(duì)不斷加劇的DUT復(fù)雜性，并跟上 緊迫的計(jì)劃進(jìn)度。采用這種工作和思 維方式能夠帶來影響巨大且深遠(yuǎn)的 結(jié)果，這種結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)組織轉(zhuǎn)型， 并將測(cè)試變?yōu)楦?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
數(shù)字孿生是指計(jì)算機(jī)可 執(zhí)行的模型，旨在幫助 連接流程和組織的各個(gè) 部分。數(shù)字孿生以一種 可執(zhí)行的方式匯總并 傳達(dá)需求、期望和測(cè)量 結(jié)果。
作者
NATE HOLMES NI動(dòng)力總成測(cè)試主管
PIET VANASSCHE NI首席工程師
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