​​設計と検証の初期段階で自動化:最初のトレースから使用可能なテストアプリケーションまで

自動化が生産開始時のみに優先される場合、後続のテストエンジニアリングチームが対価を支払います。暫定的な手動ワークフローは、一貫性のない結果を生成し、競合状態を隠蔽し、エンジニアにスケジュールのプレッシャーの下で自動化のデバッグを強制します。さらに悪いことに、計測器とデバイスを手動で制御するだけでは回避策が蓄積され、それらのショートカットが自動使用に耐えることはほとんどありません。

この修正は、設計および検証中に自動化を一流の動作にするという、概念がシンプルで、実際に強力です。テスト用に最適化された対話式ソフトウェアを計測器と使用して、ファーストトレース作業の反復と進化を可能にします。

多くのチームは、設計エンジニアが独自の測定方法およびソフトウェアを作成および維持し、後で作成されたものに戻ってテストを自動化しますが、品質自動化ツールおよび戦術を念頭に置いて初期システムを構築すると、以下の利点があります。 

• 繰り返し性―標準ステップにより、日々の変動を軽減 
• トレーサビリティ―メタデータと保存された構成により、複数のベンチ間で結果を同等にすることができます。 
• 反復の高速化―再利用可能なアプリケーションパターン、簡単なUI作成、保存されたプロファイルにより、変更を迅速化 
• 構成ミスの削減―テンプレートとリセットによりミスマッチを防止 
• カバレッジの向上―初期の自動化により、手作業による操作では見過ごしがちなエッジケースが明らかに 
• 手戻りの削減―設計測定ソフトウェアは、廃棄されることなく構造化されたアプリケーションまたはシーケンサに進化します。 

これは、手作業によるテストを避けることを推奨するものではなく、適切なレベルの自動化を資産として統合することで、自動化が設計と検証の高速化の妨げになるような非常に予測可能な悪影響を回避しようとするものです。 

テスト自動化プロセスは、以下の高レベルの自動化の「段階」に分けることができます。場合によっては、最初の1つのみを完了することが適切な場合もありますが、より複雑なアプリケーションでは、最高レベルの自動化を実現することが大きなメリットとなります。自動化プロセスは、以下のステップで構成されています。 

• 対話式構成および起動中のロギングのための自動化アクセラレータ  
• 動作の探索と特性評価のためのラピッドプロトタイピングと計測開発 
• 広範な自動化特性評価とロギングを可能にする構造化アプリケーション 

NIソフトウェアを使用して、このワークフローを成功に導く方法を見てみましょう。 

InstrumentStudio と FlexLogger の起動とロギング 

デバイスの最初の起動は、混乱状態になる場合があります。一般的に、エンジニアは、デバイスのさまざまな動作（予期される動作と予期しない動作）を理解する作業に追われています。InstrumentStudioを使用すると、複数の計測器（オシロスコープ、SMU、デジタルパターン）を対話的に構成および同期できます。FlexLoggerを使用すると、トランスデューサおよびDAQベースのチャンネル(振動、温度、歪み)を設定して、豊富なメタデータとノー/ローコードインタフェースで混合信号を動的にログできます。どちらのツールも、意図する言語に関係なく、ブランクのコーディングキャンバスから開始することなく、対話式測定から反復可能な自動化に素早く移行するのに役立ちます。  

これらのツールは、対話式に実行される作業を自動化し、通常3回以下のAPI呼び出しでこれらの複雑な構成をソフトウェアで再現できるようにします。また、タスクには「プロジェクト」スタイルのアプローチが採用されています。プロジェクトでは、計測器設定を1セットだけディスクに保存するのではなく、すべての計測器とI/Oに対してシステムレベルのダッシュボードを提供するため、後の対話式セッションが高速化されます。  

エンジニアが、デバイスの電源投入時の過渡を捉えるためにスコープ、DMM、スペクトラムアナライザ、およびSMUの構成に多くの時間を費やしたとします。後でどうやって同じ地点に戻るの？その構成を同僚とどのように共有するでしょうか。後輩エンジニアにどうやってプロセスを再現させ、結果を信頼させるのか。  

次の日、同じユーザがラボに入り、1つのファイルを開くと、すべての異種テスト機器が構成され、実行できる状態になったとします。 InstrumentStudioとFlexLoggerは、このシームレスなエクスペリエンスを提供します。 

図1. InstrumentStudio―プロジェクト中心のワークスペースで計測器の構成と解析に対話的に瞬時にアクセスできる様子

推奨ベンチ起動チェックリスト (ハードウェア/プラットフォームに依存しない、再現性重視) には、以下の手順が含まれます。  

1. すべての計測器を既知のデフォルトにリセット―以前の実行からの設定を持続すると、再現性のある測定が困難になる場合があります。確定的構成は、ユーザがデバイスの一貫性に頼れない初期段階で重要です。 
2. デジタルI/Oおよびアナログ信号のチャンネルマッピングおよびピン配列を確認―多くの計測器では、デバイスのI/Oから計測器のポートへの名前マッピングが有効になるため、迅速な開発をより明確で追跡しやすくなります。  
3. 保存されたプロファイルから標準計測器構成をロード―すでに定義されている特定の構成、または他の構成から来ている特定の構成がありますか。使用しているデバイスタイプまたはテスト構成に基づいて、ユーザは次のステップの準備が整っている可能性があります。これにより 、 「 デフォルトにリセットする」ことに伴う苦痛が大幅に軽減されます。 
4. 計測器間の同期とタイミングを確認―計測器間トリガなどの強力な機能を使用できる場合は、安定したタイミング性能を検証することをお勧めします。これは、ユーザがトリガを送信し、Device Under Test（DUT； 検査対象デバイス）からイベントを受信することができる場合、さらに重要です。可変 Firmware 動作は、最適化したシステムを破損させる可能性があります。 
5. 再現性ミニテストを実行し、同じステップを2回実行し、トレースを比較する―大規模なテストを実行する前に、結果が期待どおりであり、再現性があり、適切にログされていることを確認してください。多くの場合、膨大な量の不良データが記録され、数日が無駄になる履歴障害が原因で、自動化が回避されます。ユーザは、自動化を行う前に、特定のテストスイートを検証する準備をする必要があります。 
6. メタデータテンプレートを適用してTDMSまたはCSVに結果をログする―データをログする際は一貫性が重要です。システム間、または個々の実行間で結果を比較または相関付けられない場合、データは実用的な価値を失います。効果的なデータ調和は、最初のトレースからの意図的な決定に依存します。 
7. InstrumentStudio プロジェクトおよび FlexLogger 構成の設定スナップショットを保存―結果が取得されると、結果を生成した構成のスナップショットを取得することで、結果を再現して信頼する可能性を最大限に高めることができます。手動測定とシステムデータ間の接続を完了すると、将来のプロジェクトでそれらの結果をより効果的に使用および比較できるようになります。 

最初の起動タスクが完了したら、データのログ方法を決定することが重要です。以下のリストは、テストデータの一般的なメタデータフィールドを示します。 

• プロジェクトID、DUT IDまたはシリアル、Firmwareリビジョン 
• テスト名とバージョン、オペレータ、日付と時間、ラボの場所 
• 計測器の詳細: インストールされているオプション、ドライバのバージョン、型番、キャリブレーションステータス 
• 同期設定 
• 環境条件: 温度、湿度 
• ベースラインまたはバリアントのタグとメモを実行 

InstrumentStudioとFlexLoggerは、並列で実行でき、必要に応じて1つにまとめることができます。これは、「組み合わされたワークフロー」とも呼ばれます。InstrumentStudio で計測器を構成してタイミングを確認し、FlexLogger で同期された DAQ チャンネルをログすることで、最初のトレースをトレースして再使用できます。基本的に、各アプリケーションは異なるワークフローアクセラレーションを提供しますが、精通したエンジニアは、それぞれの最適な使用方法とタイミング、およびすぐには有効でないI/Oを統合する拡張性を活用する方法を学習します。たとえば、InstrumentStudioは通常、PXIモジュール式計測器のみに関連付けられていますが、カスタムプラグインを作成して、単一のプラットフォーム（DUTプラグイン、他社製計測器プラグイン、視覚化プラグイン）内で完全に統合されたエクスペリエンスをユーザ自身および組織に提供できます。 

図2.  FlexLogger - 動的に作成されたパネルを表示 - ケースを表示 - 対話式 DAQ 構成およびロギング

動作の探索と特性評価のためのラピッドプロトタイピングと計測開発 

対話式プロセスが安定してきた後は、軽量測定自動化アプリケーションの開発が一般的になっています。 最適な測定アプリは、プロトタイプを素早く作成し、その場で再構成し、出力を即座に視覚化する小規模なアプリケーションです。 LabVIEWは、シームレスなハードウェア統合、包括的な処理ライブラリ、および簡単なUI作成を特徴としており、図3に示すように、ユーザは制御器、表示器、グラフをドラッグ&ドロップして、使用可能なテストアプリケーションを迅速に組み立てることができます。 目標は、機敏性を維持しながら単一のスクリプトを超えることです。

図 3.ラピッドプロトタイピング用にLabVIEWで作成されたサンプルテストパネルのスクリーンショット。InstrumentStudioプラグインに移行されています。

LabVIEWとNI Nigel™ AIは、自動化アプリの構築とNIハードウェア機能の効果的な使用を支援し、ユーザがボイラープレートを減らし、構築中に陥りがちな問題を回避できるようにします。 

測定アプリの構成として、以下のコンポーネントを推奨します。以下は関連する注意事項であり、包括的なリストではありません。 

• パネルレイアウト―機能と目的別にグループ化できます。特定の構成値と測定結果を配置することで、アクセス性と使いやすさを実現します。セカンダリ構成ペーンを使用して、操作の基本ではない変数と出力を表示および変更することもできます。 
• 制御器―開始と停止、テスト選択、目標値、ロギングトグル、プロファイルの保存とロードが含まれます。 
• 状態―初期化、コア構成、パラメータ計算、測定ループ、アクティブロギング、およびティアダウンが含まれます。 
• エラー処理―モジュールごとのエラーキューと概要表示器が含まれます。 
• データモデル―ライブチャートのメモリ内リングバッファを使用したTDMSロギングを提供します。 
• 再利用―テストプロファイルの保存とロード、およびアプリケーションプロジェクトのバージョン管理ができます。 

測定アプリケーションが便利で繰り返し実行できるようになったら、その動作をモジュールに分解して、構造化アプリケーションまたはテストSequencerに発展させます。たとえば、ユーザはフローを初期化、コア構成、ユーザ宣言入力からのパラメータ計算、結果とメタデータをアクティブにログする測定ループ、信頼性の高いレポートに分割できます。エラー処理、コンディション管理、レポート用のテンプレートは、時間を節約し、欠陥を減らします。 

対話式操作、テストアプリのコーディング、シーケンスへの引き渡し、またはこれら3つすべてを実行する場合、いくつかのトレードオフを考慮する必要があります。 

• 対話式―以下のいずれかの状況に該当する場合は、InstrumentStudioやFlexLoggerなどの対話式ソフトウェアのみを使用することを検討してください。 
  • ユーザは1つまたは2つの計測器のみが必要 
  • 探索的起動 
  • シングルオペレータ作業 
  • データの基本的なスナップショットまたは簡単なデータロギング 
• LabVIEWテストアプリケーションのコード作成―対話式ツールの枠を超えたニーズがある場合、LabVIEWは独自のカスタム対話式エクスペリエンスまたはプラグイン作成のための優れたオプションを提供します。これは通常、処理、視覚化、または複数の計測器間の相互作用の要求によるものです。 
  • 反復実行 
  • パラメータスイープ 
  • 拡張ロギングと基本的なUI以上の機能 
  • 小規模チームによる再利用 
• シーケンスに渡す―プラットフォームの全体的な相互作用によって、全体的な自動化と測定自動化の責任が異なるレイヤにある実際のTest Executiveからの実行が保証されます。NI TestStandのようなソフトウェアは、この自動化ニーズのフェーズ専用に設計されています。Test Executive の使用につながる可能性のある状況を次に示します。 
  • 複数のDUTまたはステーション 
  • シーケンスの並列実行 
  • 正式なソフトウェア導入 
  • 抽象データロギングと結果トレース 

LabVIEW+ Suiteは、初期の自動化の摩擦を軽減し、必要に応じて拡張するためのツールを1つにまとめています。計測器の構成と視覚化のためのInstrumentStudio、同期とメタデータによるセンサ中心のロギングのためのFlexLogger、および簡単なUI作成による対話式テストアプリと解析のためのLabVIEWです。検証または本番稼働のいずれにおいても、自動化のためのインフラストラクチャに適応、拡張、およびデプロイする時期が来たら、NI TestStandやNI DIAdemなどの他のソフトウェアを使用して、開発時間と全体的なコストを削減することができます。汎用ツールを使用してシステムをゼロから構築するよりも、テストおよび測定用に設計されたソフトウェアを使用すると信頼性の高いアプローチが可能になります。 

ここまで説明した自動化プロセスを適用して、サンプルアプリケーションでどのように動作するかを説明します。 

このサンプルのテスト対象デバイスは、リチウムベースの供給動作、可聴アラーム、および環境センサを備えた煙感知器です。テストエンジニアは、SMUバッテリシミュレータ、オシロスコープまたはアナログトリガ、温度、デジタルI/O、湿度および一酸化炭素のアナログチャンネルに接続する必要があります。このシナリオでは、オシロスコープやSMUなどのNI PXIモジュール式計測器とNI CompactDAQモジュールを基本的なI/Oおよびトランスデューサベースの信号集録に使用することを前提としています。 

第1段階:自動化用に最適化されたツールを使用した対話式アクセラレーション 

ベンチ計測器の操作に慣れているエンジニアは、統合されたInstrumentStudioインタフェースを使用して簡単に移行できます。InstrumentStudioは、1回のクリックで使用可能なPXIリソースをスキャンし、計測器ダッシュボードに自動的に入力するため、ユーザはすぐに測定や実験の開発を開始できます。 

この例では、SMU、オシロスコープ、アナログ入力を構成および視覚化するために使用できます。InstrumentStudioはフロントパネルでの操作とデータのスナップショット保存を提供し、FlexLoggerはデフォルトでCompactDAQ I/Oの特定の状態をキャプチャしてデータロギングを一定時間実行します。InstrumentStudio は、SMU とともにボードの電源を投入し、さまざまな信号とポートをスコープで調査して正しい値と動作を確認し、そのプロセス中にさまざまなアナログ信号を監視します。この手順が完了すると、チームはさまざまな環境条件でテストを行い、FlexLoggerを使用して追加の機械的信号集録を構成します。各アプリケーションでは、構成はプロジェクトベースであり、プロジェクトを保存するだけで、チームは将来のテスト (自分自身または他の開発者) の出発点を作成できます。 

第2段階:オートメーション対応の計測スクリプトおよびユーティリティ 

テストを実行するための適切な構成が確立されると、エクスポートおよび保存された構成を簡単なスクリプトおよびプログラム内で使用できます。NI PXI計測器は、InstrumentStudioから作成された構成ファイルをシームレスにインポートして、ハードウェアを即座に既知の状態にすることができます。その後、カスタムUIの対話性、視覚化、シンプルな作成を組み合わせて、必要なテストをプログラム的に調整、スイープ、実行する簡単な測定の開発を開始できます。  

データロギングセッションでは、FlexLoggerをAPI呼び出しから直接自動化できるため、テストエンジニアはFlexLoggerがデフォルトで提供するさまざまな機能を使用して、これまでに経験した制限を超えることができます。NIソフトウェアを使用すると、ユーザは迅速に作業を開始でき、特定の要件を満たすように機能を拡張できます。 

第3段階:正式な自動化統合 

組織の自動化の成熟度によっては、この次のフェーズに移行するためのガイドラインとツールを確立することが重要になる場合があります。しかし、エンジニアが完全な自動化のために最適化されたハードウェアとソフトウェアを活用すれば、スムーズに進行することができます。たとえば、前段階で作成された測定が強力な機能的境界のポリシーを採用している場合、計測器の実行および処理から測定構成を分離し、InstrumentStudioおよびFlexLoggerの測定プラグインフレームワークに組み込むことができます。FlexLoggerを適切に活用した場合、データソース、データプロセッサ、またはデータシンクをテストシステムまで拡張することで、最小限のコード作成で完全なロギングニーズを実現できます。テストチームは、以下の推奨事項を検討できます。 

• ユーティリティを初期化、構成、パラメータ計算、測定ループ、およびロギングを処理するモジュールに分解します。 
• エラー処理とコンディション管理にテンプレートを使用し、レポートステップを準備します。 
• 並列化または複数ステーション実行が必要な場合は、テストSequencerに渡します。

図4. 製造サイクル中の煙検出器PCBとしての特性電子デバイス。

エンジニアリングライフサイクルの早い段階で自動化を優先することで、一貫して利益を得ることができます。チームは最初のトレースから自動化を統合し、手戻りを減らし、再現性を高め、反復を加速します。エンジニアは、テストおよび測定専用に構築されたソフトウェアと自動化用に設計されたハードウェアを組み合わせることで、測定可能な効率性を引き出し、即興的な手動優先ワークフローの落とし穴を回避できます。また、信頼できるプロバイダが提供する一貫性のあるソフトウェアスイートを使用することで、DIYツールをパッチワークで構築する代わりに、相互運用性を確保し、技術的なリスクを軽減し、探索的な導入から構造化アプリケーション、完全なシーケンスまで、チームが拡張できるようになります。初期段階で意図的な自動化を行うことは、単なるベストプラクティスではありません。 

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