​Automatice al principio del diseño y validación: De la primera traza a una aplicación de prueba utilizable

Si la automatización se prioriza solo cuando comienza la producción, los equipos de ingeniería de pruebas posteriores pagan el precio. Los flujos de trabajo manuales ad hoc crean resultados inconsistentes, ocultan las condiciones de carrera y obligan a los ingenieros a depurar la automatización bajo la presión del programa. Peor aún, las soluciones se acumulan cuando los instrumentos y dispositivos solo se controlan manualmente, y esos atajos rara vez sobreviven al uso automatizado.

La solución es simple en concepto y poderosa en la práctica: hacer de la automatización un comportamiento de primera clase durante el diseño y la validación. Utilice software interactivo y optimizado para pruebas con instrumentos diseñados para automatizarse, de modo que el trabajo de primer trazado se pueda repetir y esté listo para evolucionar.

Si bien muchos equipos confiarán en los ingenieros de diseño para crear y mantener sus propias estrategias y software para tomar mediciones, y luego regresar a lo que se haya creado más tarde para automatizar las pruebas, construir el sistema inicial con herramientas y tácticas de automatización de calidad en mente tiene los siguientes beneficios: 

• Repetibilidad: los pasos estándar reducen la variabilidad diaria 
• Trazabilidad: los metadatos y las configuraciones guardadas hacen que los resultados sean comparables entre bancos 
• Iteración más rápida: los patrones de aplicaciones reutilizables, la fácil creación de IU y los perfiles guardados aceleran el cambio 
• Menos errores de configuración: las plantillas y reinicios evitan desajustes 
• Mejor cobertura: la automatización temprana expone casos de borde que la conducción manual a menudo no se realiza 
• Menos retrabajo: el software de medición de diseño evoluciona a una aplicación estructurada o secuenciador en lugar de tirarse a la basura 

Para ser claros, no se trata de una recomendación para evitar cualquier prueba manual, sino más bien un intento de integrar un nivel apropiado de automatización como un activo para prevenir los efectos negativos muy predecibles aguas abajo cuando la automatización se trata como un obstáculo para ir rápido en el diseño y validación. 

El proceso de automatización de pruebas se puede dividir en las siguientes “fases” de automatización de alto nivel. A veces puede ser apropiado completar solo el primero, mientras que para aplicaciones más complejas, llegar al nivel más alto de automatización ofrece beneficios significativos. El proceso de automatización se compone de estos pasos: 

• Aceleradores de automatización para la configuración interactiva y el registro durante la aparición  
• Desarrollo rápido de prototipos y mediciones para explorar y caracterizar comportamientos 
• Aplicaciones estructuradas que permiten una amplia caracterización y registro de automatización 

Vamos a caminar a través de cómo tener éxito con este flujo de trabajo utilizando el software NI. 

Bring-Up y Logging con InstrumentStudio y FlexLogger 

La aparición inicial de un dispositivo puede ser un momento caótico. Comúnmente, los ingenieros están preocupados por entender los muchos comportamientos de su dispositivo, tanto esperados como inesperados. InstrumentStudio permite a los usuarios configurar y sincronizar múltiples instrumentos (osciloscopios, SMUs, patrón digital) de forma interactiva. FlexLogger ayuda a los usuarios a configurar canales basados en transductores y DAQ (vibración, temperatura, deformación) para registrar dinámicamente señales mixtas con metadatos enriquecidos y una interfaz sin código o de bajo código. Ambas herramientas ayudan a los equipos a pasar de mediciones interactivas a automatización repetible rápidamente sin necesidad de comenzar desde un lienzo de codificación en blanco, independientemente del idioma previsto.  

Estas herramientas permiten la automatización al tomar el trabajo realizado interactivamente y permitir la recreación de estas configuraciones complejas en software, generalmente en tres llamadas a API o menos. Además, adoptan un enfoque de estilo “proyecto” para las tareas, donde un usuario no solo está guardando un solo conjunto de configuraciones de instrumentos en el disco, sino que más bien proporciona un panel de control a nivel del sistema para todos los instrumentos y E/S, lo que acelera las sesiones interactivas posteriores.  

Imagine por un momento que un ingeniero pasó la mayor parte de una tarde configurando el alcance, el DMM, el analizador de espectro y la SMU para detectar transitorios de encendido en un dispositivo. ¿Cómo volverían a ese mismo punto más tarde? ¿Cómo compartirían esa configuración con un colega? ¿Cómo conseguirían que un ingeniero junior reprodujera el proceso y tuviera fe en los resultados?  

Ahora imaginen que al día siguiente, el mismo usuario entra al laboratorio, abre un solo archivo y toda su mezcla heterogénea de equipos de prueba está configurada y lista para funcionar. InstrumentStudio y FlexLogger ofrecen esta experiencia perfecta. 

Figura 1. InstrumentStudio muestra acceso interactivo instantáneo a la configuración y análisis de instrumentos en un espacio de trabajo centrado en el proyecto

Nuestra lista de verificación recomendada (agnóstica de hardware/plataforma y orientada a la repetibilidad) incluye realizar los siguientes pasos.  

1. Restablezca todos los instrumentos a valores predeterminados conocidos: los ajustes persistentes de ejecuciones anteriores pueden dificultar la realización de mediciones repetibles. Las configuraciones deterministas son críticas en las primeras etapas cuando los usuarios no pueden confiar en que el dispositivo sea consistente. 
2. Verifique las asignaciones de canales y pinouts para E/S digital y señales analógicas: muchos instrumentos permiten asignar nombres de E/S en el dispositivo a un puerto en un instrumento que puede hacer que el desarrollo rápido sea mucho más claro y rastreable.  
3. Cargar configuraciones estándar de instrumentos de perfiles guardados: ¿hay configuraciones específicas que ya se han definido o que provienen de otras? Según el tipo de dispositivo o la configuración de prueba que se utilice, los usuarios ya pueden estar mejor preparados para los siguientes pasos. Esto reduce significativamente las dificultades asociadas con el "restablecimiento de valores predeterminados". 
4. Compruebe la sincronización y la sincronización entre instrumentos: cuando los usuarios pueden aprovechar funciones potentes como el disparo de instrumento a instrumento, siempre es bueno validar el rendimiento de sincronización estable. Esto es aún más importante cuando los usuarios pueden enviar disparadores y recibir eventos desde el dispositivo bajo prueba (DUT); los comportamientos variables del Firmware pueden destruir un sistema optimizado si no se tiende a hacerlo. 
5. Ejecute una miniprueba de repetibilidad, ejecute los mismos pasos dos veces y compare los rastros: antes de ejecutar pruebas grandes, asegúrese de que los resultados estén en línea con las expectativas, sean repetibles y estén registrados correctamente, puede evitar problemas importantes. Con demasiada frecuencia, la automatización se evita debido a fallas históricas basadas en grandes cantidades de datos defectuosos que se registran y días perdidos. Los usuarios deben tener un conjunto específico de pruebas listo para validar antes de automatizar. 
6. Registra los resultados en TDMS o CSV con la plantilla de metadatos aplicada: la coherencia es clave al registrar cualquier dato. Si los resultados no se pueden comparar o correlacionar entre sistemas, o incluso entre tiradas individuales, los datos pierden valor práctico. La armonización eficaz de los datos depende de decisiones intencionales tomadas desde el primer momento. 
7. Guardar la instantánea de configuración: el proyecto InstrumentStudio y la configuración FlexLogger: una vez que se toman los resultados, tener una instantánea de la configuración que produjo esos resultados puede maximizar la probabilidad de reproducir y confiar en los resultados. Completar la conexión entre las mediciones manuales y los datos del sistema permitirá a los futuros proyectos utilizar y comparar esos resultados de manera más eficaz. 

Después de que se completen las tareas iniciales de presentación, es importante decidir cómo se registrarán los datos. La siguiente lista muestra campos de metadatos comunes para los datos de prueba: 

• ID de Proyecto, ID de DUT o serial, Revisión del Firmware 
• Nombre y versión de la prueba, operador, fecha y hora, ubicación del laboratorio 
• Detalles del instrumento: opciones instaladas, versiones del controlador, números de modelo, estado de calibración 
• Configuración de sincronización 
• Condiciones ambientales: temperatura, humedad 
• Ejecutar etiquetas (base de referencia o variante) y notas 

InstrumentStudio y FlexLogger también pueden ejecutarse en paralelo y mezclarse donde ayuda, lo que a veces se conoce como un "flujo de trabajo trenzado". Al configurar los instrumentos y verificar la temporización en InstrumentStudio y registrar los canales DAQ sincronizados con FlexLogger, las primeras trazas son rastreables y reutilizables. Fundamentalmente, cada aplicación proporciona una aceleración de flujo de trabajo diferente, pero el ingeniero experto aprende cómo y cuándo se utiliza mejor cada una, así como cómo aprovechar su extensibilidad para integrar E/S no habilitadas de forma inmediata. Por ejemplo, InstrumentStudio comúnmente se asocia con instrumentos modulares PXI solamente; sin embargo, los usuarios pueden crear plug-ins personalizados para brindarse a sí mismos y a sus organizaciones una experiencia totalmente integrada dentro de una sola plataforma (plug-ins DUT, plug-ins de instrumentos de terceros, plug-ins de visualización). 

Figura 2. FlexLogger muestra un panel creado dinámicamente que muestra la configuración interactiva de DAQ y el registro

Desarrollo rápido de prototipos y mediciones para explorar y caracterizar comportamientos 

Después de que el proceso interactivo se vuelve más estable, es común el desarrollo de aplicaciones de automatización de mediciones ligeras. Las mejores aplicaciones de medición son pequeñas aplicaciones que crean prototipos rápidamente, se reconfiguran sobre la marcha y visualizan las salidas al instante. LabVIEW cuenta con una integración de hardware perfecta, bibliotecas de procesamiento integrales y una fácil creación de IU, lo que permite a los usuarios arrastrar y soltar controles, indicadores y gráficos para ensamblar una aplicación de prueba utilizable rápidamente, como se muestra en la Figura 3. El objetivo es ir más allá de un solo guion mientras se mantiene ágil.

Figura 3. Una captura de pantalla de un panel de prueba de ejemplo escrito en LabVIEW para la creación rápida de prototipos que ha migrado a un plug-in InstrumentStudio.

LabVIEW y NI Nigel™ AI pueden ayudar a estructurar la aplicación de automatización y utilizar las funciones de hardware de NI de manera efectiva, ayudando a los usuarios a reducir el código repetitivo y evitar errores comunes durante el desarrollo. 

Recomendamos los siguientes componentes como parte de una estructura sugerida para las aplicaciones de medición. Estas son consideraciones pertinentes y no pretenden ser una lista exhaustiva: 

• Diseño del panel: se pueden agrupar por función y propósito. La colocación de valores de configuración específicos y resultados de medición permite la accesibilidad y facilidad de uso. Los paneles de configuración secundarios también se pueden utilizar para mostrar y modificar variables y salidas que no son fundamentales para la operación. 
• Controles: incluyen inicio y parada, selección de pruebas, puntos de ajuste y basculación de registro, junto con guardado y carga del perfil. 
• Estados: estos incluyen inicialización, configuración del núcleo, cálculo de parámetros, bucles de medición, registro activo y derribo. 
• Manejo de errores: incluye colas de errores por módulo más un indicador de resumen. 
• Modelo de datos: proporciona al registro de TDMS un buffer de anillo en memoria para gráficos en vivo. 
• Reutilización: permite a los usuarios guardar y cargar perfiles de prueba, así como versionar el proyecto de la aplicación. 

Después de que las aplicaciones de medición se hagan útiles y repetibles, descomponga sus comportamientos en módulos que puedan evolucionar a una aplicación estructurada o un secuenciador de prueba. Por ejemplo, un usuario podría dividir el flujo en inicialización, configuración del núcleo, cálculo de parámetros a partir de entradas declaradas por el usuario, bucles de medición que registran activamente los resultados y metadatos, e informes confiables. Las plantillas para el manejo de errores, la gestión de condiciones y la generación de informes ahorran tiempo y reducen los defectos. 

Hay algunas compensaciones a considerar cuando un equipo puede optar por mantenerse interactivo, codificar una aplicación de prueba, pasar a la secuenciación o hacer las tres cosas: 

• Manténgase interactivo: si una de las siguientes situaciones es cierta, considere usar solo software interactivo como InstrumentStudio o FlexLogger. 
  • Los usuarios solo necesitan uno o dos instrumentos 
  • Puesta en marcha exploratoria 
  • Trabajo de un solo operador 
  • Instantáneas básicas de datos o simple registro de datos 
• Código una aplicación LabVIEW: cuando sus necesidades exceden los límites de las herramientas interactivas, LabVIEW ofrece una gran opción para crear su propia experiencia interactiva personalizada o creación de complementos. Esto se debe comúnmente a demandas de procesamiento, visualización o interacción multiinstrumento. 
  • Corridas repetidas 
  • Barridos de parámetros 
  • Registro aumentado y más que una IU básica 
  • Reutilización de equipos pequeños 
• Pase a secuenciación: en algún momento, la interacción general de su plataforma justifica la ejecución de un Test Executive real, donde la responsabilidad de la automatización general y la automatización de mediciones son diferentes capas. Software como NI TestStand está diseñado específicamente para esta fase de sus necesidades de automatización. Las siguientes son algunas situaciones que podrían llevar a usar un Test Executive: 
  • Múltiples DUT o estaciones 
  • Ejecución paralela de secuencias 
  • Implementación oficial de software 
  • Registro de datos abstractos y seguimiento de resultados 

La LabVIEW+ Suite reúne las herramientas que reducen la fricción de la automatización temprana y la escala según sea necesario: InstrumentStudio para la configuración y visualización de instrumentos, FlexLogger para el registro centrado en sensores con sincronización y metadatos, y LabVIEW para aplicaciones de prueba interactivas y análisis con fácil creación de IU. Cuando llegue el momento de adaptarse, expandirse e implementarse en una infraestructura para automatización, ya sea en validación o producción, otros software dentro del conjunto, como NI TestStand y NI DIAdem, están listos para ahorrar tiempo de desarrollo y costo general. El uso de software diseñado para trabajar juntos y diseñado específicamente para pruebas y mediciones ofrece un enfoque más confiable que la construcción de sistemas desde cero con herramientas de propósito general. 

El proceso de automatización analizado anteriormente ahora se puede aplicar para ilustrar cómo podría funcionar para una aplicación de ejemplo. 

El dispositivo en prueba para este ejemplo es un detector de humo con comportamiento de suministro basado en litio, alarma sonora y sensores ambientales. El ingeniero de pruebas debe conectarse a un simulador de batería SMU, osciloscopio o disparador analógico, temperatura, E/S digital, canales analógicos para humedad y monóxido de carbono. Para este escenario, se supone que el equipo está utilizando instrumentos modulares NI PXI, como osciloscopios y SMU, junto con módulos NI CompactDAQ para la adquisición básica de señales basadas en transductores e I/O. 

Fase 1: Aceleración interactiva con herramientas optimizadas para la automatización 

Los ingenieros acostumbrados a trabajar con instrumentos de banco pueden realizar fácilmente la transición al uso de la interfaz unificada InstrumentStudio. Con un solo clic, InstrumentStudio escanea los recursos PXI disponibles y rellena automáticamente un panel de instrumentos, lo que brinda a los usuarios acceso inmediato para comenzar a desarrollar mediciones y experimentos. 

Para este ejemplo, el SMU, el osciloscopio y las entradas analógicas están disponibles para configuración y visualización. InstrumentStudio proporciona una experiencia de panel frontal y guardado de instantáneas de datos, mientras FlexLogger ejecuta el registro de datos durante un período de tiempo, capturando ciertas condiciones de la E/S CompactDAQ de forma predeterminada. InstrumentStudio enciende la placa con el SMU, el alcance sondea varias señales y puertos para garantizar valores y comportamientos correctos, y también monitorea varias señales analógicas durante ese proceso. Una vez completado ese paso, el equipo puede querer realizar pruebas en varias condiciones ambientales, momento en el que comenzarían a utilizar FlexLogger para configurar la adquisición de señales electromecánicas adicionales. Para cada aplicación, la configuración se basa en el proyecto, y simplemente guardando el proyecto, el equipo crea un punto de partida para futuras pruebas, ya sea para ellos mismos o para otros. 

Fase 2: Guiones de medición y utilidades habilitados para automatización 

Después de establecer la configuración adecuada para ejecutar pruebas, las configuraciones exportadas y guardadas se pueden utilizar dentro de scripts y programas simples. NI PXI instrumentación puede importar sin problemas aquellos archivos de configuración creados desde InstrumentStudio para llevar instantáneamente el hardware a un estado conocido. Luego, el equipo puede comenzar a desarrollar mediciones simples que ajusten, barran y ejecuten mediante programación las pruebas necesarias con una combinación de interactividad y visualización de IU personalizadas y creación simplificada.  

Para las sesiones de registro de datos, FlexLogger se puede automatizar directamente desde las llamadas a la API, lo que le da al ingeniero de pruebas la capacidad de ir más allá de cualquier limitación que pueda haber encontrado utilizando la amplia gama de características que FlexLogger proporciona de forma predeterminada. El software NI permite a los usuarios comenzar a trabajar rápidamente y les permite ampliar sus capacidades para cumplir con sus requisitos específicos en lugar de limitarlas a una funcionalidad fija. 

Fase 3: Integración de automatización formalizada 

Dependiendo del nivel de madurez de la automatización de una organización, establecer directrices y herramientas para la transición a esta siguiente fase puede ser crítico. Sin embargo, cuando los ingenieros aprovechan el hardware y el software optimizados para la automatización completa, el progreso se puede lograr sin problemas. Por ejemplo, si las mediciones creadas en la etapa anterior adoptan una política de fuertes límites funcionales, entonces es posible separar la configuración de medición de la ejecución y procesamiento del instrumento y encajar en el marco de plug-in de medición para InstrumentStudio y FlexLogger. Si FlexLogger se ha aprovechado correctamente, ampliar sus fuentes de datos, procesadores de datos o sumideros de datos a su sistema de prueba permitirá sus necesidades de registro completas con el nivel más bajo posible de creación de código. El equipo de prueba puede considerar las siguientes recomendaciones: 

• Descomponga la utilidad en módulos que se ocupen de la inicialización, configuración, cálculo de parámetros, bucles de medición y registro. 
• Adoptar plantillas para el manejo de errores y la gestión de condiciones; preparar pasos de reporte. 
• Entregue a un secuenciador de prueba si se requiere paralelización o ejecución multiestación.

Figura 4. Dispositivo electrónico característico como PCB detector de humo durante el ciclo de producción.

Dar prioridad a la automatización al principio del ciclo de vida de la ingeniería siempre rinde dividendos, equipos que integran la automatización desde el primer rastro para reducir el retrabajo, obtener repetibilidad y acelerar la iteración. Al confiar en un software diseñado específicamente para pruebas y mediciones, junto con hardware diseñado para automatizar, los ingenieros desbloquean una eficiencia medible y evitan los peligros de flujos de trabajo improvisados y manuales. Y en lugar de ensamblar un mosaico de herramientas de bricolaje, el uso de un conjunto de software coherente de un proveedor de confianza garantiza la interoperabilidad, reduce el riesgo técnico y posiciona a los equipos para escalar desde aplicaciones exploratorias hasta aplicaciones estructuradas y secuenciación completa. La automatización intencional temprana no es solo una buena práctica, sino una ventaja estratégica que se presenta en todas las fases del diseño y validación. 

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