ハードウェアシミュレーションを使用して、生産用ATE設計リスクを低減し、検証テストを簡素化する

需要が製造の増強を要求する場合、生産テストもそれに従わなければなりません。しかし、ほとんどの企業にとって、フロアスペースや予算の制約により、生産テストのスループットを増やすことは、より多くの自動試験装置（ATE）を追加するほど簡単ではありませんでした。これは、ある大手航空宇宙・防衛請負会社が、ミッションクリティカルな航空電子コンポーネントの生産ラインおよびATEで最近まさに経験していた状況でした。

このような高度なテストシステムを設計する際、失敗のリスクは増大します。これは部分的には、複数のベンダーからの多くのコンポーネントがすべてシームレスに統合される必要があるという事実によるものです。このことは、統合や互換性の問題による多くの潜在的な失敗のポイントを露呈させます。製品開発サイクルの後半で時間と費用を無駄にする可能性のあるこれらの失敗のリスクを減らすために、この会社は設計プロセスの初めに次の2つの重要な決定を下しました：

購入の決定を下す前にテストハードウェアのオプションをシミュレートして互換性を確認することを選択する

互換性と統合のしやすさで知られる製品を選ぶこと

事前にシミュレーションを行うことで、この会社は以下の一般的なATE設計リスクを早期に軽減することができました。

テストシステムに最適でないハードウェアを注文すること

ハードウェア/ソフトウェアの互換性の問題や、マルチベンダーソリューションに関連するその他の問題を経験すること

ハードウェアの到着を待つ間、ソフトウェア開発の時間を無駄にする

トラブルシューティングの複雑さに直面している

この会社がハードウェアシミュレーションを事前に実施するという決定を行ったことが、どのように一般的な生産用ATE設計リスクを軽減し、開発サイクルの後半で追加の利益をもたらしたのか、その詳細を見てみましょう。

ハードウェアシミュレーションによる設計リスクの軽減

複数のベンダーからの多数のソフトウェアおよびハードウェアコンポーネントを必要とする複雑なテストシステムを開発する際、すべてのハードウェアコンポーネントを同時に調達することは実際的ではありません。これは非常に高額で、多くのリスクを伴います。この場合、このATEの以前の世代において、この会社はすでにNIソフトウェアプラットフォーム（NI TestStand、NI Switch Executive、LabVIEW、NI測定およびオートメーションエクスプローラ（NI-MAX）を含む）を使用していました。

エンジニアリングチームは、NIのエコシステムを引き続き使用し、NIのソフトウェア環境にうまく接続できるプラットフォームに依存しないPXIソリューションを使用したいと自信を持っていました。PXIはオープンプラットフォームであるため、特定のハードウェアに縛られることはなく、このシステムが必要とする複雑なスイッチングを管理および実行するためのオプションを評価したいと考えていました。前述のスイッチングに関する技術仕様に加えて、選択された非NIハードウェアやソフトウェアコンポーネントがNIプラットフォーム全体とうまく連携することも重要でした。

システムに最適でないハードウェアの使用に自分たちを制限することを避け、ハードウェアコンポーネントとNIソフトウェアプラットフォームとの互換性を確保するために、同社のエンジニアは、購入を行う前にPickeringのシミュレーションツールを使用してハードウェアをシミュレーションすることが最善であると判断しました。シミュレーションプロセスにより、チームはハードウェアが物理的に存在していなくても、ハードウェアの機能を理解し、ハードウェアの能力をテストすることができます。これには、複雑なスイッチングをこのシステムで実行するのに適しているかどうかを確認するために、次のPickering製品を評価するためのシミュレーションの使用が含まれていました:

40-560A-121-1104X4 BRIC PXI マトリックスモジュール

40-585A-001 PXI マトリックスモジュール

40-139-202 PXI リレーモジュール

多くのPickeringスイッチは業界標準の交換可能なバーチャルインスツルメント（IVI）ドライバを使用してプログラムできるため、NIソフトウェア環境内でPickeringハードウェアをシミュレートすることは容易でした。上記のスイッチに利用可能なIVIドライバを使用して、エンジニアは互換性をテストし、ハードウェアベースの実行ループの実行などの機能をシミュレートおよび評価し、物理的なハードウェアが存在しない状態でスイッチ用のコードを開発しました。

エンジニアリングチームが、Pickeringスイッチがシミュレーションシステムを使用して必要な機能性と互換性を提供できることを確認すると、ソフトウェアエンジニアはハードウェアが手元に届く前にテストシステム用のコード作成を始めることができました。これらのシミュレートされたモジュールにより、エンジニアはハードウェアが届いた際に操作できる同じフロントパネルに早期にアクセスすることができました。

このATEについて、リードエンジニアはコードを動作させることもでき、ハードウェアが受け取られて設置されるとほぼすぐにデータ収集を開始できる状態にまで到達しました。したがって、ハードウェアが到着すると、開発用コンピュータからターゲットシステムにソフトウェアを転送し、ソフトウェアを物理的なハードウェアと統合し、残っている小さな問題をデバッグするだけで済みました。

マルチベンダーシステムのテストと統合の簡素化

調達プロセスからリスクを排除することに加えて、ハードウェアを事前にシミュレーションすることで、ハードウェアが届きシステムテストが開始された際に多くの時間が節約されました。ハードウェアが到着した時点ですでにコードが書かれていたため、ソフトウェアの制御メカニズムや意思決定ツリーを含む、多くの潜在的なエラーの原因が事前に試されました。ハードウェア統合時に自動的に問題を引き起こすようなコーディングミスといった基本的なエラーも、十分に前もって修正されました。

初期のシミュレーションを実施することは、ハードウェアが統合された後に、テストエンジニアがテストプロセス中に異常な動作を確認するための組み込みの方法を持つことを意味していました。テスト全体を通して、シミュレーション中に書かれたコードは、「既知の良好な」サンプルとして比較およびテストに使用されました。一般的に、シミュレーターは多くの問題の原因を排除するため、テストエンジニアはエラーが発生した場合に、実際の問題に検索範囲を限定することができます。その結果、シミュレーターで既に検証された物理ハードウェア上で何かが期待通りに動作していない場合、テストチームはテストやドライバコードの問題を自動的に排除できるため、エラーの原因を見つけるためのより良い出発点を持つことができました。

より具体的に言うと、このテストシステムにおいて、エンジニアはハードウェアが手元に届く前に、シミュレーションシステムを使ってスイッチング用のすべてのルートグループを作成・検証し、さらにルートと信号が正しく作動していることを示すプログラムによる検証も追加していました。これは、テスト中に信号が正しく動作していることを確認するために誰かが物理的にシステムに入ってスイッチを切り替えたり導通計測を行ったりする必要がなかったことを意味しており、シミュレーションに基づいてルートが機能しているという十分な信頼性がすでに確立されていました。

さらに、実際のルートがテスト中に正常に動作していることが分かっていたため、もしスイッチングの問題が発生した場合、テストチームはすぐに他の潜在的な障害の調査に取り掛かることができました。これには、コマンドストリームが正しく出力されているか、スイッチに正しく情報が伝わっているかを確認したり、実際のスイッチに問題があるかどうかを判断したりすることが含まれます。このようなシステムでは、さまざまな場所から多くの部品が集まっており、制御機構のメッセージが正しく機能しているかを誰かが迅速に確認すべきことを知る能力は有益です。

問題が発生したときに特定しやすいため、これはマルチベンダーから調達されたソフトウェアやハードウェアで作業する際の不安を軽減します。これらのシステムでは、問題が発生したときにエンジニアが誰に連絡すればよいかを知るのが難しく、トラブルシューティングを行う中で異なるベンダーの間を行き来することがよくあります。

最後に、PickeringのスイッチはIVIドライバを使用し、NIのソフトウェア環境とシームレスに統合するように設計されているため、シミュレーションによって、この会社は早い段階で、NIベースのソフトウェアが存在する世界にスイッチングハードウェアをスムーズに挿入することがどれほど簡単であるかを確認しました。このシステムで作業しているエンジニアは、Pickeringのウェブサイトで入手可能な優れたドキュメントのおかげで、ハードウェアをシミュレートして統合することができたこと、そして質問が生じた場合のPickeringからのサポートも統合の容易さに寄与したと述べました。

自信を持って前進：ATE設計サイクルの早い段階でピケリング製品をシミュレート

この会社にとって、Pickeringスイッチを既存のNIソフトウェアスタックに統合する際に煩雑にならず、かつPickeringスイッチが同社の広範なスイッチング要件に対応できることを証明するための、低リスクかつ低コストの方法を持つことは極めて重要でした。設計プロセスの早期にPickeringハードウェアをシミュレーションすることで、この会社はPickeringスイッチを使用して前進するために必要な自信を得ることができました。同社は、エンジニアリングチームがすでに使用しているNIベースの開発環境にスイッチを統合することが早期に困難でないことを知っていました。さらに、設計プロセスの早期にハードウェアシミュレーションを行うことで、設計およびテストプロセス全体でリスクを継続的に低減する多くの他のメリットも得られました。

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