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)造變得越來越復(fù)雜，基于模型的設(shè)計與測試已成為一種范式，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)計和運行流程。

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 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)成為必要條件。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，達到所需的置信度，就需 要設(shè)計團隊、測試團隊與相關(guān)人員之 間進行有效的溝通。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 利用該接口進行高效的交流和溝通。

發(fā)現(xiàn)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 團隊的工作，即測試流程的目標(biāo)，是 獲得團隊需要的知識，以便對后續(xù)的 開發(fā)、生產(chǎn)和部署步驟做出決策。

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 帶來許多有用到的信息和見解。


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行探索和評估風(fēng)險。

圖01 概述了從測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 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，進一 步了解DUT的特性和行為，并評估與 DUT部署和運行相關(guān)的風(fēng)險。

這一流程能夠雙管齊下。隨著探索的 不斷深入以及風(fēng)險評估越來越復(fù)雜， 需要的新信息也越來越多。這反過來 會推動挖掘流程的變化和改進。該模 型可用作為設(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，并提供能方便用戶 查看這些信息并與之交互的途徑。

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。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，又或者是周邊硬件之類的物理 元素。DUT的場景既可以是模擬，也 可以是真實的。例如，如果DUT是汽 車逆變器，電動機則是測試場景的一 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 具有內(nèi)置功能的DUT，從而在正常運 行期間也能挖掘數(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 行測試。

這些替代測試方法旨在優(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。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。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)。模型是用于壓縮DUT測 量數(shù)據(jù)和預(yù)測DUT行為的模板。

換句話說，模型是知識和預(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，同時有助 于預(yù)測DUT的行為。在測試過程的探 索階段，設(shè)計合適的模型拓撲是必 要的一環(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。

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，團隊能 以一致且可執(zhí)行的方式交換信息。例 如，測試團隊可以使用部署在FPGA 上的模型來進行實時評估和模型參 數(shù)擬合。然后，系統(tǒng)設(shè)計團隊可以將 模型和參數(shù)集“下載”為基于CPU的 功能模型單元實現(xiàn)，以供離線系統(tǒng) 級仿真使用。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)計與測試有助于團隊 應(yīng)對不斷加劇的DUT復(fù)雜性，并跟上 緊迫的計劃進度。采用這種工作和思 維方式能夠帶來影響巨大且深遠的 結(jié)果，這種結(jié)果可以實現(xiàn)組織轉(zhuǎn)型， 并將測試變?yōu)楦偁巸?yōu)勢。

數(shù)字孿生是指計算機可 執(zhí)行的模型，旨在幫助 連接流程和組織的各個 部分。數(shù)字孿生以一種 可執(zhí)行的方式匯總并 傳達需求、期望和測量 結(jié)果。

作者
NATE HOLMES NI動力總成測試主管
PIET VANASSCHE NI首席工程師






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