亞​旭​電腦 (Askey) 使用 NI 系列​產品​實現​工廠​端​機​頂​盒​測試​自動化​建置

陳 泰​君 工程師, 亞​旭​電腦 數位​視訊​技術處

"利用 NI 的​虛擬​儀​控​概念​並​使用 NI​一系列​產品​進行​工廠​自動化​生產,​具備​了​減少​購置​設備​的​成本、​減少​測試​程式​開發​的​時間、​開發​上​的​高度​適應性、​縮短​測試​時間​增加​產能、​穩定​的​測試​準​確率​等​優勢。" ​

- 陳 泰​君 工程師, 亞​旭​電腦 數位​視訊​技術處

挑戰:

在​面對​機​頂​盒​的​自動化​生產,​除了​需要​考慮​如何​建立​高​效益​且​穩定​的​生產​環境​外,​也​需​考慮​到​如何​在​生產​測試​中​及​生產​管理​上​能​符合​要求。 ​

解決​方案:

在​亞​旭​電腦​的​機​頂​盒​自動化​測試​生產線​運用​裡,​從​產品​的 Board level test 到​組​裝​後​的 Final test,​皆​透過 LabVIEW 7.0 的​內建​函數​並​配合 NI 相關​產品,​達到​測試​自動化​的​目的。​我們​利用 PCI-6509 搭配 DAQmx 的​功能​建立​控制 DIO​點,​透過 DIO 及 IC 腳​位​控制​方式​取代 EEPROM 燒錄​器,​將​資料​寫入 EEPROM 中;​或​透過​這種​方式​讀取​並​比對 EEPROM IC 中的​資料​是否​正確。​利用​這種​方式​再​搭配​簡易​的​頂針​治​具,​便​可以​直接​在 IC 上​件​後​進行​資料​讀寫。​在 Video 數位​訊號​量​測​方面,​取代​傳統​儀器​的​量​測​方式,​而​改​採用 NI 的 PCI-5122 高​解析度​數位​器​來​進行​量​測,​所​得到​的​量​測​結果​及​時間​皆​能​達到​自動化​生產​的​需求,​甚至​更​優於​示波器。​在​其他​測試、​控制、​管理​及​報表​產生​方面,​則是​透過 LabVIEW7.0 的​內建​函式​及​人​機​介面​功能,​來​達到​工廠​自動化​生產​的​目的。​利用​虛擬​儀​控​來​進行​自動化​的​生產​測試,​在​工廠​大量​生產​的​產能​上​已經​可以​明顯​的​發揮​出​效益。​另外,​在 NI 系列​產品​的​易於​模組化​特性​下,​對於​在​往後​的​生產線​擴​線​及​開發​時間​上​更能​節省​時間​及​金錢。

亞​旭​電腦​在 2004 年​利用 LabVIEW7.0 及 NI 5911、​1409、​6601 模組化​儀器​完成​生產線​的​自動化​測試​生產​系統​後,​2005 年​更​利用 NI 軟​硬體​產品,​完成​全新​的​機​頂​盒​測試​生產線。​不僅​在​生產線​的​測試​上,​甚至​結合​現有​以 Delphi 為​架構​的​現場​生產​管理​系統 (Shop Floor Control system,​SFC),​完成​從 Board level test、​Final test 到​出貨​報表,​這​一連串​的​生產、​測試、​管理​工作;​尤其在 Video 與 Audio 的​訊號​量​測​上,​利用 NI-5122 與 NI-6220 來​取代​傳統​上​的​量​測​方式,​增加​生產​測試​的​產能。

 

在​面對​機​頂​盒​的​自動化​生產,​除了​需要​考慮​如何​建立​高​效益​且​穩定​的​生產​環境​外,​如何​在​生產​測試​中​及​生產​管理​上​能​符合​要求,​所​面臨​的​問題​如下:

 

1. 在​產品​進入​生產​測試​時,​需要​將​某些​資料​寫入 EEPROM 中,​並​讀取​資料​進行​比對。​如果​使用​傳統​的 EEPROM 燒錄​器​除了​會發​費​較​多​的​時間​外,​且​無法​在 IC 上​件​後​進行​燒錄​的​工作,​對於​生產​時​的​控​管​也會​增加​發生​錯誤​的​機率。    

 

2. 在 Video/​Audio 訊號​量​測​方面,​目前​客戶​所​提供​的​測試​方案​為​利用​示波器​進行​分析​及​量​測。​為了​提高​工廠​生產​效能​及​減少​成本,​需要​尋找​更加​的​量​測​替代​方案​進行​分析​及​量​測​工作。

 

3. 以往​人員​利用 Hi-​Pot 機​在​進行​高​低壓​時,​人員​需要​直接​接觸到 Hi-​Pot 機;​這樣​的​方式​不僅僅​操作​不便​而且​人員​容易​發生​觸電​危險。​有鑑於此,​需要​建立​一​自動化​的 Hi-​Pot 機​控制​環境,​來​改善​以上​的​缺點。

 

4. 機​頂​盒​在​生產​過程​中,​除了 A/V 訊號​的​量​測​之外,​還​必須​對​產品​的​其他​功能​進行​測試​如:USBModem…​等​測試,​在​程式​的​規劃​上​可以​透過 RS232 建立​自動化​測試​程式。

 

5. 在​整個​工廠​的​生產​管理​中,​需要​透過 LabVIEW 的​內建​函數​與​目前​系統​相​結合,​而且​不會​發生​系統​不相容​的​狀況。

 

6. 在​產品​出貨​時,​需要​提供​相關​的​出貨​測試​報告,​利用​報表​產生​工具​產生​報表,​建立​一套​易於​操作​及​維護​的​自動化​測試​環境。

 

機​頂​盒​簡介:

隨著​數位​廣播​的​日趨​成熟​與​普及,​進一步​帶動​機​頂​盒​或​稱​數位​視訊​轉換​盒​(Set-​Top-​Box,​STB)​的​市場​商機。​STB 除了​能​提供​電視、​廣播​介面,​提供​互動​式​功能,​包括​電話​介面、​計算機​數據​介面​外,​甚至​能​提供​攝像機​與​遊戲​機​介面…​等;​用戶​可以​藉此​上網​購物、​發送​電子郵件…​等。

 

STB 能​接收​和​存儲​用戶​發出​的​某些​指令,​對​視、​音頻​信號​進行​解​壓縮​輸出​和​壓縮​輸入,​可以​接收​經過​編碼​及​壓縮​的​類比​及​數位​訊號,​並且會​將之​解碼​及​解​壓縮,​其​功能​包括​單純​的​訊號​轉換、​選​頻​至​接收​數位​訊號,​具​解碼、​上網​及​最終​可​提供​雙向​高速​傳輸​的​互動​式​服務。​簡單​的​說,​STB 是​一種​用戶​端​設備,​不論是​透過​何種​方式​接收​數位​服務,​使用者​均​需要​使用 STB 作為​接收​器材。

 

生產線​規劃​及​解決​方案:

在 STB 生產線​規劃​中,​除了​整個​生產​所需​的​製程​如:​SMT、​DIP、​ATE、​組​裝…​外,​主要​還​包括​了 STB 的​測試​及​生產​管​控​部分。​關於​測試​的​項目​及​流程,​依照 STB 的​產品​功能、​特性​及​測試​需求…​等​雖​有所不同,​但​對於​基本​的​生產​測試​方式​可以說是​大同小異。

 

依照​本次​專案​中的 STB 產品​生產​需求,​概略​訂定​出​生產​流程,​簡單​說明​如下:​當​產品​進入​生產線​從 SMT 並​完成 DIP/​ATE 後,​開始​進入​測試​階段。​除了​各​站​的​測試​之外,​在​每站​進行​產品​的​測試​前,​須​先​進行​資料​比對​確定​該​產品​可以​在​測試​站​中​進行​測試;​當​待​測​物​完成​測試​站​的​測試​後,​將​測試​結果​透過 Ethernet 存入​現場​生產​管理​系統 (Shop Floor Control system,​SFC),​藉以​這種​方式​來​確保​產品​在​生產​流程​上​的​正確性。

 

NI-5122​的 STB Video 測試​架構

PC 透過 GPIB 的​介面​與​示波器​所​發展​出來​的​測試​架構​方式​在​以往​的​測試​架構​中​算是​最​常見​也​最​普遍​的。​在​測試​站​的​硬體​架設​上,​是​將​待​測​物​上​之 Video (S-​Video、​CVBS…​等)​訊號​輸出​端​連接​到​示波器​上​之​輸入​端​直接​讀取 Video 訊號。​在 PC 與​示波器​的​溝通​上,​通常​以​較為​普遍​的 GPIB 作為​通訊​介面,​以​這種​方式​直接​由 PC 端​控制​示波器,​利用 GPIB 的​方式​由 PC 端​直接​讀取​示波器​所​讀取​到​的​參數,​再​由 PC 做​運算​分析。​由​圖​可以​看出,​在​擷取 Video 訊號​之前​必須​由 PC 端​透過 GPIB,​傳送​一連串​的​命令​字元​給​示波器,​如:​開始​取樣、​停止​取樣…​等。

 

示波器​擷取​到​的​參數​並不會​主動​的​直接​傳送​給 PC,​而是​由 PC 端​透過​相同​的​方式​讀取 Video 參數,​PC 再​依據​讀取​的​參數​資料​進行​分析​並將​結果​呈現。​尤其​因為​示波器​的​特性,​造成​無法​在​同一​時間​內​對​同一​訊號​線上​的​多個​訊號​區間​進行​取樣​動作。

 

綜合​比較:

在​整個​生產​自動化​的​規劃​上,​利用 NI 的​虛擬​儀​控​概念​並​使用 NI​一系列​產品​進行​工廠​自動化​生產,​還​具備​以下​的​種種​優勢:

 

減少​購置​設備​的​成本

以 NI-5122 為​主要​生產​測試​架構​上,​在​設備​上​的​成本​花費​要​比​以​示波器​為主​的​測試​架構​節省​約 25~30%,​因為​不用​像​儀器​一般,​需要​把​擷取​到​的 Video 訊號​參數​透過 GPIB 介面​傳給 PC,​也就​不需要​再​另外​購置 GPIB 卡,​而且​價格​上 NI-5122 也​比​示波器​來的​便宜。​除了​在 Audio 及 Video 自動化​量​測​外,​EEPROM 資料​寫入​的​部分,​不再​需要​購置​傳統​的​燒錄​器​就​可以​達到​相同​的​功能。

 

減少​測試​程式​開發​的​時間

使用​傳統​儀器​開發​測試​程式,​對於 PC 與​儀器​的​控制​上​還​必須​要有​一定​程度​的​了解。​就​因為​這些​因素,​往往會​影響​測試​開發​到​產品​正式​測試​生產​的​時間。​而且​在​這​整個​測試​架構​裡,​如果​其中​一個​環節​在​整合​上​發生​問題,​將會​花費​許多​時間​在​整個​測試​架構​的​除錯​上。​而​使用 NI-5122 作為​測試​平台​時,​工程​人員​只需要​熟悉​如何​進行​安裝​並​熟悉​如何​利用 LabVIEW 的​內建 DAQmx 函數​來​控制 NI-5122 進行​訊號​取樣、​分析,​就​可以​完成​整個 STB 測試。​尤其,​NI-5122 所​提供​的​視訊​觸發,​使得​視訊​量​測​工作​變得​更​簡單。​尤其在​測試​站​進行​架設​時,​過多​的​測試儀​器​可能會​花費​工程師​較​多​的​時間。

 

開發​上​的​高度​適應性

在 LabVIEW 的​開發​環境​下,​只要​使用​幾個​簡單​的​函式​就​可以​輕易​完成​量​測​自動化​的​工作,​尤其在​本次​專案​規劃​上​可以​發現​使用​同樣 DAQmx 函式​不僅​可以​用來​控制 PCI-6509 的 DIO Port 進行 EEPROM IC 的​讀寫​外,​使用​相同​的 DAQmx 函式​還可以​用來​控制 PCI-6220 進行 Audio 的​量​測。

 

縮短​測試​時間​增加​產能

實際​分別​以​這​二種​不同​的​測試​架構 (相同​測試​程式),​對​同​一個​待​測​物 (STB) 進行 26 種 S-​Video 及 CVBS 訊號​進行​測試、​取樣​及​分析。​結果​發現​在​測試​時間​上,​以 NI-5122 為主​的​測試​平均​時間​為 19 ~ 22 秒,​而​使用​示波器​測試​時間​則​需要 156 ~ 163 秒。​會有​這樣​的​差異​主要是​因為​在​使用​示波器​量​測​時,​需要​不斷​的​對​示波器​進行​一連串​的​進行​設定、​開始​取樣、​讀取​參數、​停止​取樣…​等​動作,​而且 PC 端​每​送出​一次​命令,​就​必須​等待​一段​時間​後,​PC 端​才能​接收​到​由​示波器​發出​的​結果。​而 NI-5122 卻​只要​設 定​Waveform Graph 的 Cursors 位置​就​可以​在​同一​調​掃描​線上​同時​進行​多點​的​訊號​取樣。

 

穩定​的​測試​準​確率

在​測試​的​準​確率​及​穩定性​上,​由於 NI-5122 的​解析​到​高達 14 位元,​所以​對於​較小​的​電壓​變化​也能​檢測​出來,​相對​的​在​取樣​時​的​電壓​變動​也​較為​穩定。

透過​示波器​與 NI-5122 的​實際​的​量​測​比較​可以​發現,​NI-5122 量​測​所​得到​的​的​誤差​都比​示波器​量​測​所​得到​的​誤差​來得​小。​尤其在 Bar Level、​Sync Level 的​重複​測試​中,​可以​發現 NI-5122 確實​有​較佳​的​穩定性。

 

未來​展望​及​結論:

利用​虛擬​儀​控​的​技術​及​架構​來​實現​自動化​量​測,​此次​的​專案​裡​也​證明​了​這對​需要​龐大​人力​及​量​測​設備​來​進行​生產​的​工廠​而言​確實​帶來​前所未有​的​便捷,​不僅​縮短​了​測試​時間、​降低​了​建構​的​成本,​在​量​測​的​上​透過​與​其他​測試​設備​的​比較​及​驗證,​確實​能​使用​於​需要​高​精準​度​及​高​穩定​度​的​自動化​測試​量​測​分析​工作​上。

 

作者​資訊:

陳 泰​君 工程師
​亞​旭​電腦 數位​視訊​技術處