Reducción del costo de prueba con la gestión integrada de conmutadores

La conmutación es un componente clave de la mayoría de los sistemas de prueba automatizados. Con él, los desarrolladores pueden reducir el número de instrumentos necesarios y el tamaño de los sistemas de prueba compartiendo instrumentos para una variedad de mediciones. Sin embargo, la conmutación representa un alto porcentaje del esfuerzo y los costos de equipo de capital para construir una solución completa. De hecho, el costo de los subsistemas de conmutación puede superar fácilmente el 40 por ciento del rack total de equipos de prueba automatizados (ATE) en los sistemas de prueba modernos.

En un nivel simple, la conmutación es tan sencilla como usar un relé para conectar la entrada A a la salida B. En una aplicación donde solo hay unas pocas de estas rutas, los desarrolladores pueden implementar soluciones fácilmente. Pero los sistemas de prueba modernos a menudo requieren cientos o miles de rutas individuales para conectar cada uno de los instrumentos a cada punto de prueba de la unidad bajo prueba (UUT). A nivel de hardware, este desafío se resuelve mediante el uso de conmutadores de matriz flexibles que los desarrolladores pueden configurar para conectar cualquier entrada a cualquier salida; pero a nivel de software, faltaba un software de gestión de conmutadores inteligente para gestionar este problema, hasta ahora.

El número de rutas posibles es solo una de las complejidades de la conmutación. Los sistemas de conmutación también llevan muchos tipos de señales. Un sistema de conmutación puede, por ejemplo, llevar una mezcla de RF, señales de alto y bajo ancho de banda, junto con fuentes de alimentación, e incluso señales ópticas. Además, a medida que crecen las topologías de conmutación, puede ser necesario agregar interruptores de matriz juntos para formar matrices de conmutación más grandes. Estos módulos unidos requieren conexiones cableadas. En las conexiones cableadas, un cable físico se conecta a una fila o columna de conmutación en el primer módulo y luego a la fila o columna respectiva en el segundo módulo. Una vez más, a nivel de software, los desarrolladores tradicionalmente han tenido dificultades para recordar cada una de las posibles rutas físicas y usarlas eficientemente en su sistema de pruebas. A menudo, estos sistemas requieren documentos detallados y engorrosos que vinculan conexiones de conmutadores entre módulos de conmutadores, canales de instrumentos y puntos de prueba UUT.

Los desarrolladores encuentran otro problema al intentar reparar o depurar el sistema de conmutación completado. Debido a que en la mayoría de los sistemas de prueba el software de control de conmutación está incrustado profundamente dentro del código de prueba de medición, puede llegar a ser prácticamente imposible recordar cada llamada para implementar una determinada ruta, o recordar cada prueba que utiliza un determinado relé. Este dilema significa que, en muchos casos, si incluso un solo relé de cientos en un módulo de conmutación falla, es menos costoso reemplazar el módulo que reprogramar el sistema para enrutar señales alrededor del componente dañado.

La solución a este problema extremadamente costoso y lento es extraer el control de conmutación del código de prueba. En el pasado, las únicas herramientas que podían proporcionar esta funcionalidad se basaban en sistemas de prueba de gama muy alta que costaban 100.000 dólares o más. Como alternativa, los desarrolladores de pruebas han tenido que desarrollar soluciones internas que son costosas de construir, soportar y mantener. Para resolver este problema, NI ha presentado Switch Executive, una potente herramienta de bajo coste con la que los desarrolladores pueden crear y mantener fácilmente rutas de conmutación e integrar sin esfuerzo los sistemas de conmutación en su arquitectura de prueba.

Los principales beneficios de NI Switch Executive son que acelera el desarrollo, mejora el rendimiento y reduce el mantenimiento de los sistemas de prueba, lo que reduce significativamente el costo de construcción y propiedad del sistema de prueba. NI Switch Executive es una herramienta de desarrollo fácil de usar que ofrece toda la flexibilidad y el control que requieren las aplicaciones de conmutación. Además, NI diseñó Switch Executive para funcionar con cualquier dispositivo de conmutación compatible con NI o IVI. Al basarse en el estándar IVI, NI Switch Executive puede trabajar con cualquier tipo de módulos de conmutación (módulos de propósito general, multiplexores o matrices) y muchas configuraciones diferentes, como PXI, GPIB o SCXI.

NI Measurement & Automation Explorer (NI MAX) aloja Switch Executive y simplifica la configuración de los componentes de hardware compatibles con NI o IVI en un sistema de prueba. En primer lugar, los desarrolladores configuran su hardware de conmutación en Measurement & Automation Explorer, y luego la información de configuración se proporciona sin problemas a las utilidades de configuración dentro de NI Switch Executive.

Una vez que un desarrollador elige los dispositivos de conmutación en Switch Executive, es fácil nombrar canales y rutas con alias descriptivos. Esta estructura elimina una de las mayores causas de confusión de inmediato al proporcionar una estructura de nombres simple independiente de la arquitectura del proveedor del conmutador. Después de aplicar una estructura simplificada, el usuario puede construir rápidamente rutas y grupos de rutas utilizando herramientas interactivas que proporcionan información sobre los atributos de los conmutadores. Estas herramientas dan orientación sobre qué módulos de conmutadores pueden manejar los requisitos de señal, desde el ancho de banda del conmutador hasta la impedancia y la capacidad de conducción de potencia.

La simplicidad de Switch Executive reduce drásticamente el tiempo de configuración incluso de los sistemas más complejos, acelerando la configuración del sistema y facilitando la depuración del sistema.

Sin embargo, configurar las rutas del sistema es solo la mitad de la tarea, porque el usuario ahora necesita asociar las rutas con el código de prueba o medición real. Para facilitar este aspecto del desarrollo del sistema, NI ha integrado una interfaz Switch Executive en muchas de las herramientas de desarrollo de pruebas de la compañía, como TestStand y LabVIEW.

NI construyó un conjunto estrechamente integrado de herramientas de software para proporcionar a los usuarios un desarrollo rápido de aplicaciones y un tiempo más corto para probar. Estas herramientas trabajan juntas para proporcionar una plataforma única que abarca controladores de dispositivos, entornos de desarrollo de aplicaciones (ADE) y software de gestión de pruebas.

Los entornos de desarrollo de aplicaciones (ADE) incluyen paquetes de software como LabVIEW, LabWindows/CVI y Measurement Studio. NI Switch Executive se integra perfectamente en estas herramientas para proporcionar un control de software de bajo nivel sin complicaciones.

El software de gestión de pruebas es una colección de herramientas para gestionar, organizar y ejecutar pruebas y grandes conjuntos de datos. NI TestStand es un componente crucial del framework NI, que es un entorno de gestión de pruebas listo para ejecutar que organiza y ejecuta prototipos automatizados, validación de diseño y sistemas de prueba de producción. TestStand es altamente flexible, por lo que los desarrolladores pueden modificar y mejorar sus aplicaciones TestStand para satisfacer las cambiantes necesidades de prueba de la organización. TestStand proporciona una integración sin esfuerzo con NI Switch Executive al exponer todos sus componentes configurados como propiedades de pasos de prueba, lo que facilita la asociación de rutas de conmutación Switch Executive existentes con pasos individuales dentro de una secuencia TestStand.

Las arquitecturas modernas para pruebas automatizadas se basan en gran medida en la modularidad del software, lo que fomenta la reutilización de código a gran escala. Los desarrolladores pueden centrarse en las pruebas reales que requieren sus productos, sin tener que desarrollar características comunes como informes, integración de bases de datos y gestión de usuarios. Esta arquitectura se expresa normalmente, como se muestra en la Figura 2, con el software de gestión de pruebas que contiene y controla las pruebas que se escriben como módulos de código de prueba. Estos módulos llaman al nivel de hardware, a través de controladores de dispositivos, para realizar una medición funcional, realizar una operación de conmutación o actualizar una señal de control. Tradicionalmente, la conmutación se ha vinculado dentro del módulo de código de prueba, lo que ha dificultado el desarrollo y mantenimiento a medida que el sistema evoluciona con el tiempo. Sin embargo, como muestra la Figura 2, Switch Executive permite extraer los requisitos de conmutación e implementar los requisitos en toda la arquitectura, de modo que los desarrolladores puedan aplicar la conmutación al nivel requerido.

TestStand es un software Test Executive con el que los desarrolladores pueden encapsular toda la configuración y medición necesarias para una prueba en una sola etapa TestStand. Este paso podría ser tan simple como establecer un valor o puede ser tan complejo como una prueba completa del sistema. Sin embargo, un paso TestStand generalmente contiene toda la configuración y mediciones necesarias para probar un solo aspecto de la UUT. Al aplicar esta regla, es posible generar código verdaderamente modular y reutilizable, reduciendo así los gastos generales de desarrollo futuros. Una colección de pasos se denomina secuencia y un desarrollador puede crear numerosas secuencias para producir la arquitectura completa del sistema de prueba.

Switch Executive se integra en TestStand y expone sus configuraciones como propiedades de paso de TestStand. Al hacer esto, Switch Executive facilita enormemente la asociación de una ruta de conmutación o un grupo de conmutación con un paso TestStand sin integrar las operaciones de conmutación en el código de paso. Así se simplifica la generación y mantenimiento de un sistema completo. Las propiedades de conmutación de paso de TestStand se muestran en la Figura 3.

La alternativa a la incorporación de la conmutación en el sistema de gestión de pruebas es mantenerlo en el módulo de código de prueba. Este enfoque es una opción viable para los desarrolladores de sistemas de conmutación de bajo número de canales. Para tales usuarios, NI Switch Executive todavía ofrece una enorme ventaja en la simplificación del código y la eliminación de las complejidades de la ruta de conmutación real. La Figura 4 muestra un diagrama simple LabVIEW de cómo los desarrolladores pueden implementar rutas de conmutación simples.

^{Figura 4: LabVIEW Ejemplo de Switch Executive}

Al implementar la conmutación en LabVIEW mediante NI Switch Executive, el desarrollador puede cambiar la ruta física de la señal a través de la matriz de conmutación porque el código LabVIEW llama a la ruta por su nombre. Como tal, es fácil actualizar la ruta de conmutación a través del entorno de configuración NI Switch Executive mientras que las llamadas LabVIEW de bajo nivel no se ven afectadas.

Para muchos usuarios, la capacidad de desacoplar el código de prueba de la implementación física ofrece un gran ahorro en mantenimiento y soporte a largo plazo. Estos costos son típicamente el costo de todo el desarrollo. Al implementar este enfoque de interfaz dual, es posible ahorrar cientos de horas de depuración si solo falla un módulo de relé o interruptor.

Debido a que Switch Executive se basa en IVI, el desarrollador puede combinar muchos módulos de conmutación diferentes en el sistema de prueba, lo que hace que el desarrollo del sistema sea más fácil y rápido, al tiempo que ofrece una intercambiabilidad completa en caso de que el módulo que está utilizando un desarrollador quede obsoleto. IVI es una tecnología clave en la arquitectura de prueba moderna y es importante confirmar con un proveedor de interruptores que su producto se envía con un controlador compatible con IVI antes de la compra. La mayoría de los fabricantes, como NI, Pickering, Ascor, Racal y Agilent, incluyen controladores IVI con sus módulos de conmutación.

La Figura 5 a continuación ilustra cómo IVI proporciona la capa de controlador de clase IVI para que el entorno de desarrollo pueda llamar a una interfaz común que a su vez llama al controlador de instrumento correcto para el hardware específico.

^{Figura 5: La implementación de IVI ofrece intercambiabilidad de conmutadores}

Existen muchas plataformas disponibles para hardware de switch, siendo las más comunes hoy en día PXI, GPIB y SCXI. Con Switch Executive, todos estos tipos de módulos de conmutación pueden operar juntos, siempre que tengan controladores IVI o NI-SWITCH.

Los dispositivos GPIB a menudo proporcionan el embalaje más grande para la conmutación y pueden ofrecer matrices de conmutación más grandes, aunque el costo comparativo por relé normalmente es sustancialmente más alto. La alternativa a estas soluciones voluminosas y lentas es implementar varias unidades PXI o SCXI juntas para formar un solo interruptor “virtual”. Switch Executive facilita considerablemente la tarea de desarrollar configuraciones de conmutadores más grandes con la implementación de cables duros en la descripción del sistema. Anteriormente, si un desarrollador intentaba extender las filas o columnas de un módulo a otro, tenía que programarlo en el código, lo que dificultaba mucho su comprensión y depuración. Con Switch Executive, los cables duros se definen por separado y el enrutamiento automático simplemente integra los cables duros en la ruta en el momento del diseño, ahorrando tiempo y dinero desde el desarrollo hasta la implementación.

Una ventaja de la plataforma PXI y SCXI es que ha sido diseñada específicamente para llevar sistemas de conmutación modulares que los desarrolladores pueden expandir fácilmente. Por ejemplo, con el módulo de conmutación de matriz NI PXI-2532B y el bloque de terminales TB-2643B, los usuarios pueden conectar múltiples módulos junto con cables de cinta. Este sencillo accesorio logra en segundos lo que de otro modo tomaría horas crear a mano utilizando cables individuales, al tiempo que elimina cualquier posibilidad de error en el cableado. La figura 6 representa tres módulos de conmutación NI PXI-2532B conectados mediante este método.

Integrar Switch Executive en arquitecturas de prueba modernas disminuye sustancialmente el tiempo que se tarda en entregar el sistema de prueba a la planta de producción, al tiempo que aumenta el rendimiento y minimiza el mantenimiento durante la vida útil del sistema.

Las modernas arquitecturas de prueba –basadas en Switch Executive, TestStand y entornos de desarrollo avanzado– ofrecen tecnologías de bajo costo que en su día solo estuvieron disponibles en sistemas de gama alta definidos por proveedores que cuestan más de 100.000 dólares. NI ha puesto tecnologías como switch y gestión de pruebas a disposición de un público más amplio al hacerlas asequibles, fáciles de usar y fáciles de mantener, dando a las empresas una ventaja competitiva con un menor costo de prueba y mucho menor tiempo de comercialización.

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