Resumen Ejecutivo: Diseñando Sistemas de Prueba de la Nueva Generación

Bienvenido a la Guía de Desarrolladores que Diseñan Sistemas de Prueba de la Nueva Generación. Esta guía es una colección de documentos diseñados para ayudarle a desarrollar sistemas de prueba que disminuyan sus costos y aumenten el rendimiento de su prueba, además de contar con la habilidad de actualizarse según requerimientos. Este documento describe la diferencia entre una plataforma de instrumentación modular y una plataforma de instrumentación tradicional. Para descargar la guía de desarrolladores completa (120 páginas) , visite ni.com/automatedtest.

Introducción al Diseño de Retos para un Sistema de Prueba Automatizada

Ingenieros y gerentes de prueba utilizan sistemas de prueba automatizados en aplicaciones que van desde la validación de diseño a pruebas al final de la línea de producción a diagnósticos de reparación de equipos con la meta de asegurar la calidad y confiabilidad de que la producción se lleve hasta el cliente final. Pueden utilizar sistemas de prueba automatizada para desempeñar pruebas sencillas de “pasa” o “falla” o como un amplio rango de mediciones de caracterización del producto. A medida que los costos crecen exponencialmente al intentar detectar fallas en una etapa avanzada del ciclo de diseño, los sistemas de prueba automatizados se han convertido en la parte más importante del proceso de desarrollo del productos. Este primer documento titulado "Diseñando Sistemas de Prueba de la Nueva Generación" describe los retos que continúan presionando a los equipos de ingenieros, reducción del tiempo de prueba y sus costos. También proporciona un acercamiento a cómo los ingenieros y gerentes de prueba superan estos retos al construir sistemas modulares de prueba definidos por software aumentando significativamente el procesamiento del sistema de prueba así como su flexibilidad, mientras reduce los costos totales.

Hoy día los ingenieros se enfrentan a un nuevo conjunto de presiones. A los ingenieros de prueba se les presentan las siguientes realidades en los ambientes de desarrollo de productos:

• El diseño de productos más complejos que sus generaciones previas.
• Los ciclos de desarrollo son más cortos en cuanto a la permanencia de competitividad y satisfacción de la demanda.
• Los presupuestos están decreciendo mientras que las pruebas de producto se tornan más costosas.

Aumentando la Complejidad en Diseño

Una de las más visibles tendencicas es la complejidad en el dispositivo. Por ejemplo, las industrias de electrónicos consumibles, comunicacione y semiconductores tienden a la convergencia de tecnologías de imagen/video digital, audio de alta fidelidad, comunicación inalámbrica e interconectividad a Internet, todo en un solo producto. Hasta en el automóvil se han integrado sistemas sofisticados de información y entretenimiento, seguridad y alarmas, y control electrónico del motor. El diseño del sistema de pruebas debe ser lo suficientemente flexible para soportar la amplia variedad de pruebas que difieren entre modelos de productos pero también escalable para acomodar el mayor número de puntos de prueba.

Reducción en el Ciclo de Desarrollo del Producto

La creciente demanda por los últimos producto o tecnología, combinada con la naturaleza de ser el primero en el mercado, agrega presión en los equipos de diseño e ingeniería de pruebas para acortar sus ciclos de desarrollo de productos. Para ser exitoso, los ingenieros necesitan desarrollar nuevas estrategias de prueba para reducir tiempo de prueba y mejorar la eficiencia desde el diseño hasta la producción.

Aumentando el Costo de Prueba y Disminuyendo el Presupuesto de Pruebas

El incremento en la funcionalidad de un dispositivo impacta en el aumento del tiempo de prueba así como del costo total. Sin embargo, el costo para construir cada función se está reduciendo, lo cual da nuevos retos a los departamentos de ingeniería de pruebas para disminuir su costo y presupuesto, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1. Datos del SIA ilustran cómo el costo de silicón (o función del dispositivo) ha disminuido a través del tiempo, pero el costo de prueba continúa incrementando.

Diseñando Sistemas de Prueba de la Nueva Generación

Para cubrir las demandas que se enfrentan con el aumento de complejidad en el dispositivo, ciclos de desarrollo más cortos y reducción de presupuestos, los ingenieros y gerentes de prueba están siendo forzados a abandonar estrategias de diseño de prueba tradicional en instrumentos tradicionales o sistemas ATE. Estos instrumentos individuales no cuentan con la flexibilidad requerida ya que el procesamiento de software e interfaz del usuario están definidos por el proveedor y puede solo actualizarse a través de un administrador. Esto, hace difícil el desempeño de mediciones no definidas en el instrumento y mediciones para nuevos estándares o modificaciones al sistema en caso de cambios en los requerimientos. Estos dispositivos tampoco cuentan con capacidades de integración como el flujo de datos y sincronización ya que están diseñados principalmente para trabajar como instrumentos independientes y no para sistemas integrados. Los sistemas ATE, como la alta producción de probadores de chip, proporcionan el desempeño requerido pero son prohibitivos en costo y pueden dejar vulnerables a los equipos de ingenieros hasta ser obsoletos.

Como respuesta a estas tendencias, los ingenieros y gerentes de prueba ahora están implementando arquitecturas modulares de prueba definidas por software en estándares ampliamente aceptados para proporcionar:

• Mayor flexibilidad en el sistema de prueba desplegable en una variedad de aplicaciones, segmentos de mercado y generación de productos
• Arquitecturas con mayor desempeño que incrementen significativamente el procesamiento del sistema de prueba y permitan alta correlación e integración de instrumentos para múltiples proveedores incluyendo, CD con precisión, análogo y digital de alta velocidad, y análisis y generación de señales RF
• Disminuir la inversión en los sistemas de prueba al reducir el capital inicial de inversión y el costo de mantenimiento mientras aumenta el uso de equipo a través de los múltiples requerimientos de prueba
• Aumentar la longevidad del sistema en base a los estándares ampliamente aceptados que permiten actualizaciones tecnológicas para mejorar el desempeño y cubrir así los futuros requerimientos de prueba

National Instruments, líder en pruebas de automatización, esta comprometido en la provisión de productos de software y hardware que ingenieros requieren para crear sistemas de prueba de la nueva generación.
Esta guía para desarrolladores incluye la información que requiere para diseñar la próxima arquitectura del sistema de prueba. Esta introducción describe una arquitectura de sistema de prueba, Figura 2, que proporciona a ingenieros una estrategia para cubrir los retos relacionados con la creciente complejidad del dispositivo, los cortos tiempos del ciclo de desarrollo y disminución de presupuestos.

Figura 2. National Instruments ofrece una completa solución de software y hardware para diseñar sistemas de prueba automatizados.

Capa de Arquitectura #5: Administración de Software para el Sistema de Prueba

Un sistema de prueba automatizado requiere de la implementación de varias tareas y funciones de medición – algunas específicas al dispositivo bajo prueba (DUT) y otras repetidas para cada dispositivo probado. Para minimizar los costos de mantenimientos y asegurar la longevidad del sistema de prueba, es importante implementar una estrategia de prueba que separe las tareas de nivel DUT de las tareas a nivel sistema para que ingenieros puedan rápidamente usar nuevamente, mantener y cambiar programar de prueba (o módulos) creados a través del ciclo de desarrollo para cubrir requerimientos de prueba específicos.

En cualquier sistema, existen operaciones frecuentes que son diferentes para cada dispositivo probado y operaciones que son comunes para cada dispositivo probado como las tareas a nivel sistema.

 

Algunas compañías han escrito sus propios ejecutivos de prueba y gastado recursos de ingeniería valiosos para desarrollar software de administración de pruebas desde sus cimientos. Esto, con frecuencia resulta en una productividad reducida y ata los recursos a lo largo del tiempo para mantenimiento de software. Para maximizar la productividad, los equipos de ingenieros deben utilizar el software de administración de prueba disponible, como el NI TestStand, para reducir el desarrollo de operaciones comunes para cada dispositivo. Al utilizar este software, ingenieros pueden enfocar sus esfuerzos de desarrollo en las operaciones diferentes para cada dispositivo.

Para mayores informes, vea el documento fuente Desarrolando una Arquitectura de Software Modular.

Capa de Arquitectura #4: Software de Desarrollo de Aplicación

El entorno de desarrollo de aplicación (ADE), como LabVIEW y LabWindows/CVI de National Instruments, juegan un papel crítico en las arquitecturas del sistema de prueba. Con estas herramientas, los desarrolladores del sistema de prueba pueden comunicarse a una variedad de instrumentos, integrar mediciones, desplegar información, conectarse con otras aplicaciones, y mucho más. Idealmente, el (los) ADE(s) utilizados para desarrollar aplicaciones de prueba y medición proporcionan facilidad de uso, compilación de desarrollos, integración de un conjunto diverso de E/S, y flexibilidad de programación para cubrir requerimientos para un amplio rango de aplicaciones.

La facilidad de uso va más allá de qué tan rápido se configura y ejecuta. Con la facilidad de uso de los ADEs, desarrolladores pueden fácilmente integrar rutinas de procesamiento con múltiples dispositivos de medición, crear interfases para el usuario sofisticadas, desplegar y mantener aplicaciones, y modificar la aplicación a medida que evoluciona el diseño de productos y se expanden las necesidades del sistema.

Para mayores informes, vea el documento Eligiendo el Ambiente Correcto de Software de Desarrollo de Aplicación.

Capa de Arquitectura #3: Servicios de Medición y Control

Los servicios de medición y control juegan un papel importante al proporcionar conectividad con varios activos del hardware en el sistema, configuración del sistema, y herramientas de diagnóstico. Por ejemplo, el Measurement & Automation Explorer de NI (MAX) detecta automáticamente los activos del hardware incluyendo hardware de adquisición de datos y condicionamiento de señales; instrumentos controlados por GPIB, USB, y LAN; sistemas PXI; dispositivos VXI; e instrumentación modular para que desarrolladores puedan configurarlos en un solo lugar. Las pruebas de diagnóstico integradas aseguran que el dispositivo funcione apropiadamente, y las capas de prueba proporcionan una forma rápida para revisar la funcionalidad del hardware antes de que los desarrolladores inicien la programación. Los servicios de medición y control también deben proporcionar integración con la fase de software de desarrollo de aplicación a través de interfases de aplicación de programación (APIs) para que los desarrolladores puedan fácilmente programar sus instrumentos. De hecho, los componentes de estos servicios de software – dispositivos de comunicación de hardware, interfases de aplicación de programación (APIs), y un administrador de configuración – deben integrarse con facilidad dentro de los ADEs para un máximo desempeño, incrementar la productividad de desarrollo, y reducir el mantenimiento global.

Para mayores informes, vea el documento  Desarrolando una Arquitectura de Software Modular.

Capa de Arquitectura #2: Bus de Cómputo y Medición

En el centro de cada sistema de prueba automatizado hoy día esta una computadora en forma de escritorio, estación de trabajo, laptop, o computadoras incluidas como se utiliza en PXI y VXI. Un aspecto importante de la plataforma de cómputo utilizada, es la habilidad para conectarse (y comunicarse) con una amplia variedad de instrumentos en un sistema de prueba. Existen varios buses de instrumentación diferentes disponibles para instrumentos individuales y modulares incluyendo GPIB, USB, LAN, PCI, y PCI Express. Estos buses tienen diferentes fortalezas haciendo una más aptas para ciertas aplicaciones que otros. Por ejemplo, el GPIB tiene la adopción más amplia para control de instrumentos y una amplia disponibilidad de instrumentación; el USB proporciona una amplia disponibilidad, fácil conectividad, y alto procesamiento; LAN resulta mejor para sistemas distribuidos; y el PCI Express proporciona el mayor desempeño.

El amplio uso de la PC ha generado una proliferación de buses internos de alto desempeño incluyendo el PCI y PCI Express, el cual proporciona menor latencia y mayor procesamiento de datos o ancho de banda. El bus PCI proporciona hasta 132 MB/s de ancho de banda del bus y el PCI Express, una evolución del PCI, puede escalarse hasta 4 GB/s para cubrir con el creciente ancho de banda mientras sigue proporcionando una compatibilidad de software completa con el PCI. La Figura 3 ilustra el desempeño de latencia y ancho de banda del bus de control de instrumentos más popular.

Figura 3. Una comparación de varios buses de control de instrumentos. PCI y PCI Express proporcionan el mejor ancho de banda y latencia o procesamiento global de desempeño.

Para mayores informes, vea los documentos fuente Sistemas Híbridos: Integrando su Equipo de Prueba de Múltiples Plataformas y Ventas y Desempeño del Bus de Instrumentos: Haciendo Sentido la Competencia de Tecnologías Bus para Control de Instrumentos.

Capa de Arquitectura #1: Medición y Dispositivos de E/S

Fundamentalmente, existen dos tipos de arquitecturas de medición hoy día – tradicional y virtual. La Figura 4 ilustra las similitudes de estas dos arquitecturas. Ambas tienen hardware de medición, un chasis, fuente de potencia, un procesador, un SO, y una interfase para el usuario.

Figura 4. Las arquitecturas de instrumentación tradicional y virtual comparten componentes de hardware similar; la principal diferencia entre estas arquitecturas es dónde reside el software y si está o no disponible al usuario.

La diferencia más obvia desde el punto de vista del hardware es cómo están empacados los componentes. Un instrumento individual o tradicional, pone todos los componentes en una caja para cada instrumento discreto. La funcionalidad de medición, análisis, desplegados y control de instrumentos se define por el proveedor.

En contraste, los instrumentos virtuales modulares definidos por software incorporan hardware de medición general que ayuda a usuarios a ir más allá de las capacidades estándar y definir sus propias mediciones e interfases de usuario en el software. Con un acercamiento modular, los ingenieros pueden definir la funcionalidad de medición del sistema de prueba y construir sistemas que escalan hacia la demanda futura. A través de un acercamiento modular definido por software, los usuarios pueden configurar mediciones, desempeñar mediciones para estándares emergentes, o modificar el sistema si cambian los requerimientos (por ejemplo, para agregar instrumentos, canales o mediciones nuevas). Esta combinación de componentes flexibles de software definido por usuarios y hardware escalable es el centro de la instrumentación modular.

Para mayores informes, vea los documentos fuente Comprendiendo un Sistema de Instrumentación Modular para Pruebas Automatizadas y PXI: Plataforma Industrial Estándar para Instrumentación.

Resumen: Diseñando Sistemas de Prueba de la Nueva Generación

El incremento en la complejidad del dispositivo, menor ciclo de desarrollo y reducción de presupuestos proporcionan una oportunidad para los equipos de ingenieros para evaluar nuevamente sus estrategias de prueba automatizadas actuales y buscar áreas en las cuales pueda incrementarse la eficiencia y reducir costos. Al diseñar sistemas de prueba de la nueva generación resulta importante incorporar estrategias que aumenten la flexibilidad del sistema, entreguen un mayor número de mediciones y desempeño de procesamiento, bajen el costo del sistema de prueba, y expanda la longevidad. Los sistemas modulares de prueba automatizada definido por el software superan las fallas de soluciones pasadas en base a la instrumentación individual o propiedad de los sistemas ATE prohibitiva de costo. Una plataforma de hardware modular basada en la amplia adopción de plataformas estándares en la industria, como PXI, permiten a ingenieros desarrollar sistemas de prueba escalables que integran fuertemente la funcionalidad de una variedad de proveedores de instrumentación. Adicionalmente, también permite a los equipos de ingenieros a integrar la inversión actual en equipo, reduciendo el costos inicial de implementación. Junto con mediciones definidas por el software que hacen uso de la tecnología PC más actual como los procesadores de múltiples núcleos y PCI Express, los sistemas de prueba de la nueva generación pueden mejorar significativamente el desempeño de procesamiento y escalarlo hasta cubrir las demandas de diferentes generaciones de un producto y segmentos de negocio.

Varias compañías ya han implementado una estrategia modular del sistema de prueba definido por el software y probado el retorno de su inversión. Por ejemplo, Microsoft desarrolló el sistema de prueba para los controladores Xbox 360 basados en LabVIEW e Instrumentos Modulares PXI de NI los cuales, resultaron en un sistema de prueba que opera dos veces más rápido que la generación anterior. La Fuerza Aérea de E.U. desarrolla arquitecturas de prueba que soporta sus aviones de ataque más especializados. Con el uso del software basado en PC y la arquitectura de hardware, fueron capaces de reducir costos y el tamaño de los sistemas de prueba en un 50 por ciento. Sanmina-SCI construye sistemas de prueba a dispositivos médicos, aprobado por la FDA basados en TestStand y PXI de NI, excediendo sus requerimientos de prueba a más de 83,000 dispositivos por semana y exceden sus requerimientos de producción en un 95 por ciento.

Software: 

• Marco de Trabajo de Administración de Pruebas NI TestStand
• Entorno de Programación Gráfica LabVIEW
• Software de Medición Interactiva Signal Express

Hardware:

• Instrumentos Modulares (Osciloscopios, Multímetros, RF, Interruptores y más)
• Adquisición de Datos Multifuncional
• Componentes del Sistema PXI (Chasis y Controladores)
• Control de Instrumentos (GPIB, USB, y LAN)

Documentos Fuente:
NI ofrece una Guía para Desarrolladores que Diseñan Sistemas de Prueba de Nueva Generación. Esta guía es una colección de documentos fuente diseñados para ayudarle a desarrollar sistemas de prueba que bajen sus costos, incrementen el procesamiento de la prueba, y que puedan actualizarse, según requerimientos futuros. Para descargar las guía completa de desarrolladores (120 páginas), visite ni.com/automatedtest.