美國國防部(DoD)等國防組織一直面臨著削減成本的壓力，同時(shí)還要維持重要的防衛(wèi)任務(wù)，并提高應(yīng)對新威脅的能力。一種方法是在以前投資的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上通過增加功能來延長系統(tǒng)平臺(tái)的壽命。AAV-7A1、B-52、F-15和MA Abrams等平臺(tái)就是有長期生命力、一直工作著的可升級(jí)平臺(tái)，自投入使用后，它們已經(jīng)連續(xù)服役幾十年了。

雖然延長軍事系統(tǒng)的服務(wù)時(shí)間有助于節(jié)省預(yù)算，但也會(huì)使維護(hù)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)測試系統(tǒng)(ATS)面臨更多的挑戰(zhàn)。其中的兩項(xiàng)特別挑戰(zhàn)是：

1. 處理被測設(shè)備生命周期與測試設(shè)備使用期限之間的不一致(見圖1)

2. 支持測試橫跨多代電子技術(shù)的高度混合的電子設(shè)備

圖1：國防工業(yè)設(shè)備的特點(diǎn)是，其生命周期明顯要比現(xiàn)成商用(COTS)部件長得多。那些試圖在軍事和航空系統(tǒng)中使用商用測試設(shè)備的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)需要十分小心，以確保在整個(gè)系統(tǒng)壽命內(nèi)都能提供支持。

幸運(yùn)的是，由國防部相關(guān)機(jī)構(gòu)及其產(chǎn)業(yè)伙伴主導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)與平臺(tái)給自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和集成商提供了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的解決方案。利用模塊化儀器儀表、軟件定義的儀器、硬件抽象層、定義通用控制與信息交換語法的標(biāo)準(zhǔn)以及高層測試管理軟件工具進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅能為當(dāng)前挑戰(zhàn)提供解決之道，而且還為這些系統(tǒng)逐步升級(jí)以滿足未來需求奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

應(yīng)對生命周期不一致的挑戰(zhàn)

被測單元(UUT)生命周期與自動(dòng)測試設(shè)備(ATE)使用期限之間的不一致使自動(dòng)測試系統(tǒng)提供商和系統(tǒng)維護(hù)人員的任務(wù)益發(fā)復(fù)雜(見圖1)。由于測試設(shè)備技術(shù)的發(fā)展步伐一般要比技術(shù)更迭的周期快，某種自動(dòng)測試設(shè)備經(jīng)常在國防維護(hù)人員對其仍有強(qiáng)烈需求時(shí)就過氣了。減緩這種廢棄情況的成本取決于自動(dòng)測試系統(tǒng)的架構(gòu)能在多大程度上支持使用時(shí)間的延長和功能升級(jí)。

利用新的架構(gòu)設(shè)計(jì)自動(dòng)測試系統(tǒng)是盡量降低解決廢棄問題成本的一個(gè)重要方法，這種架構(gòu)采用得到廣泛支持的模塊化儀器硬件平臺(tái)，如實(shí)現(xiàn)儀器功能的PCI擴(kuò)展(PXI)。業(yè)界對PXI平臺(tái)的廣泛支持提高了找到合適的低成本替代儀器的概率。另外，它也增加了擁有競爭性備選方案的概率。而且模塊化的外形通常可以最大限度地減少待替換硬件的數(shù)量，因?yàn)橄裼?jì)算平臺(tái)、電源、冷卻部件和其它輔助基礎(chǔ)組件等通用資源不再是每臺(tái)儀器的不可拆分的組成部分，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)箱式儀器不同。

用適當(dāng)?shù)奶娲诽娲鷥x器硬件只是減緩廢棄情況的一個(gè)方面。在國防工業(yè)領(lǐng)域，測試工具的目標(biāo)是在與商用生產(chǎn)測試相比長得多的時(shí)間周期內(nèi)保持測試現(xiàn)用設(shè)備的能力。因此，對替代硬件的另一個(gè)要求是執(zhí)行現(xiàn)有被驗(yàn)證過和被認(rèn)可的測試的能力?，F(xiàn)有測試不僅依賴于儀器硬件，而且依賴于對每個(gè)被測單元來說獨(dú)一無二的測試程序集(TPS)。許多測試程序集可能使用待替換的單套測試資產(chǎn)。組成每個(gè)測試程序集的文檔、軟件和接口組件的開發(fā)與集成占用了大部分先前的資金投入，設(shè)備支持機(jī)構(gòu)必須繼續(xù)利用該投資，以便盡可能使這部分預(yù)算能頂更長時(shí)間。

由于重新開發(fā)這些測試程序集的代價(jià)非常高，因此利用測試程序集與測試站硬件資產(chǎn)之間的抽象層設(shè)計(jì)的自動(dòng)測試系統(tǒng)在減少廢棄情況費(fèi)用方面可以提供很大優(yōu)勢。硬件抽象層有時(shí)也指軟件打包器或簡單地稱打包器，它使得用通用命令控制測試資產(chǎn)的測試開發(fā)成為可能，無需再使用供應(yīng)商獨(dú)有的語法。將命令功能與獨(dú)有語法分離開來可以在發(fā)生廢棄或升級(jí)情況時(shí)保護(hù)對測試程序集的投資。

硬件抽象的一個(gè)例子是使用針對儀器類的通用函數(shù)調(diào)用，如由可互換虛擬儀器(IVI)規(guī)范定義的內(nèi)容。可互換虛擬儀器驅(qū)動(dòng)程序可以從獨(dú)特硬件實(shí)現(xiàn)中抽象出一般性儀器功能，并用通用儀器命令語法代替獨(dú)有的制造商調(diào)用語法(見表1)。

表1：可互換虛擬儀器用于定義儀器類別的通用測試儀器清單。這種抽象方式為防止特定制造商儀器的廢棄提供了保護(hù)層。

開發(fā)模塊化抽象層

雖然可互換虛擬儀器為所列儀器提供了測試程序集保護(hù)層，但測試站幾乎總是包含有更多的儀器類型和其它測試資產(chǎn)。為了在自動(dòng)測試系統(tǒng)的工作任務(wù)改變時(shí)能提供新功能，這些測試站組件也會(huì)成為廢棄品或需要被替換。自動(dòng)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的另外一個(gè)關(guān)鍵要素是全面的、模塊化抽象層的開發(fā)，這個(gè)抽象層將包含所有當(dāng)前測試站的資產(chǎn)，而且要具有開放性，當(dāng)今后自動(dòng)測試系統(tǒng)程序有需要時(shí)可用于進(jìn)一步開發(fā)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以整合進(jìn)的另一種有用抽象是使用模塊化子系統(tǒng)，如合成儀器。合成儀器被定義為一種可重構(gòu)的系統(tǒng)，它能通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口將一系列基本的軟件和硬件組件整合在一起，以用數(shù)字處理技術(shù)產(chǎn)生信號(hào)或執(zhí)行測量——即是一種模塊化的軟件定義儀器。這是解決儀器生命周期與測試系統(tǒng)使用期限之間典型不一致問題的又一強(qiáng)大工具(見圖2)。

圖2：模塊化的軟件定義儀器允許用戶針對特定測試應(yīng)用定制儀器功能。

因?yàn)檫@些儀器是軟件定義的，將它們整合進(jìn)系統(tǒng)通常可以節(jié)省更多成本并帶來更大的系統(tǒng)靈活性，因?yàn)槊糠N合成儀器都具有下列優(yōu)勢：

可以代替多種傳統(tǒng)儀器

可以仿真廢棄的儀器

更容易升級(jí)以滿足新要求

更方便針對特殊測試需求進(jìn)行定制

測試多代電子技術(shù)

設(shè)備支持機(jī)構(gòu)過去的經(jīng)驗(yàn)證明了操作不同的測試儀表維護(hù)不同的子系統(tǒng)甚至獨(dú)立的武器平臺(tái)的代價(jià)是多么高。因此，今后的趨勢是盡可能地統(tǒng)一到通用支持設(shè)備上來。雖然這種方法可以降低成本，但在提供自動(dòng)測試系統(tǒng)解決方案時(shí)也面臨更多挑戰(zhàn)。

結(jié)合延長了的平臺(tái)壽命的優(yōu)勢，整合可以顯著增加由平臺(tái)支持的自動(dòng)測試系統(tǒng)必須能夠測試的電子技術(shù)的范圍。與大多數(shù)商用儀器相比，這將形成高度混合的測試應(yīng)用環(huán)境。增加的復(fù)雜性和更多的被測單元將增加廢棄情況發(fā)生的頻度。它們還會(huì)增加這些廢棄情況對自動(dòng)測試系統(tǒng)程序及其所支持的任務(wù)的影響程度。在此需要重申的是：模塊化儀器平臺(tái)、抽象層和軟件定義的儀器被證明是彌足珍貴的設(shè)計(jì)單元，它們能為集成這些單元的自動(dòng)測試系統(tǒng)提供差異化功能。

在支持這種高度混合測試環(huán)境的理由中，維護(hù)機(jī)構(gòu)要求自動(dòng)測試設(shè)備同時(shí)具有雙重角色，既支持維護(hù)大量傳統(tǒng)測試程序集又支持開發(fā)新的測試程序集。為了充分利用已經(jīng)投入的資金，自動(dòng)測試系統(tǒng)必須能夠操作現(xiàn)有的測試程序集。同時(shí)，自動(dòng)測試系統(tǒng)必須有能力高效地開發(fā)和操作針對新興技術(shù)被測單元和不斷發(fā)展的支持系統(tǒng)的測試程序集。所有這些設(shè)備必須經(jīng)過測試和維護(hù)以便其系統(tǒng)能夠滿足任務(wù)要求。

靈活、高成本效益的解決方案應(yīng)包括(見表2和圖3)：

獲得廣泛支持的模塊化開放架構(gòu)平臺(tái)，如PXI

測試環(huán)境信息交換標(biāo)準(zhǔn)，如ATML

軟件定義的儀器

基于FPGA的靈活的儀器硬件

表2：靈活、高成本效益的解決方案應(yīng)包括的內(nèi)容。

圖3：自動(dòng)測試標(biāo)記語言(ATML)定義了XML模型集合，用于表示有關(guān)系統(tǒng)、參數(shù)、數(shù)據(jù)和結(jié)果的信息。

還有行業(yè)工具可用于測試開發(fā)和測試管理，這些集成了支持圖形化的軟件系統(tǒng)可以提供更高的測試程序集開發(fā)產(chǎn)能，從而增加了自動(dòng)測試系統(tǒng)程序的投資回報(bào)率(ROI)。借助圖形化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能，被測單元領(lǐng)域的專家可以更高效地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)必要的測試;否則，若必須與有軟件開發(fā)技能、但缺乏被測單元技能的人士一起對測試要求和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行反復(fù)討論，則低效得多。

面對更重的測試程序集負(fù)擔(dān)，擁有全面測試管理軟件的測試系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(見圖3)。一個(gè)高效的測試管理軟件工具應(yīng)具有如下特性：

支持多種測試開發(fā)環(huán)境

支持這些環(huán)境的多種版本

支持使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如VISA、IVI和ATML

提供與數(shù)據(jù)庫的連接能力

通過加快定制操作員接口的開發(fā)速度來提高產(chǎn)能

通過給系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供快速創(chuàng)建抽象層和方便增加新組件的能力來增強(qiáng)系統(tǒng)彈性

由于支持多種測試開發(fā)環(huán)境，因此可以增加從老儀器卸載下來并整合進(jìn)單個(gè)單元的傳統(tǒng)測試程序集的種類。此外，制造領(lǐng)域?qū)＜摇? 測試程序集開發(fā)人員和提供支持的承包商能共同分擔(dān)開發(fā)任務(wù)，維護(hù)機(jī)構(gòu)具有經(jīng)濟(jì)上和進(jìn)度上的更大的靈活性。通過讓每位專家工作在他們最熟悉、或者能夠?yàn)樘囟y試應(yīng)用提供最佳功能的測試開發(fā)環(huán)境，與“以一應(yīng)萬”的開發(fā)架構(gòu)比，這種系統(tǒng)能夠更快、更經(jīng)濟(jì)地提供關(guān)鍵的測試程序集功能。

兼容以前發(fā)布的測試開發(fā)環(huán)境版本，可以擴(kuò)展自動(dòng)測試系統(tǒng)為自動(dòng)程序集開發(fā)與操作提供有效解決方案的時(shí)間范圍。雖然在測試資產(chǎn)遭廢棄時(shí)抽象層可以提供保護(hù)，但源自多版本支持的后向軟件兼容可以保護(hù)測試程序集本身在更新測試站軟件時(shí)免遭廢棄。

開放架構(gòu)

虛擬儀器軟件架構(gòu)(VISA)、IVI和ATML等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為實(shí)現(xiàn)與測試源的通信、儀器命令語法和測試環(huán)境信息的交換定義了通用接口。每種標(biāo)準(zhǔn)都以這樣或那樣的方式保護(hù)著自動(dòng)測試系統(tǒng)，防止發(fā)生國防維護(hù)機(jī)構(gòu)過去多次面臨的兩種風(fēng)險(xiǎn)：對單一資產(chǎn)供應(yīng)商的依賴以及該供應(yīng)商的“蒸發(fā)”。不管發(fā)生哪種情況，維護(hù)機(jī)構(gòu)都將花費(fèi)更多。每種標(biāo)準(zhǔn)都遵循了指派關(guān)鍵接口和使用開放標(biāo)準(zhǔn)的模塊化開放系統(tǒng)方法(MOSA)原則。在自動(dòng)測試系統(tǒng)中整合使用這些標(biāo)準(zhǔn)有助于降低程序成本和風(fēng)險(xiǎn)。

數(shù)據(jù)庫連接是平臺(tái)支持型自動(dòng)測試系統(tǒng)的重要組件，它提供了用于歸檔及公開故障與錯(cuò)誤數(shù)據(jù)以供故障分析的方式。通過以一致的方式記錄故障發(fā)生的內(nèi)容、時(shí)間和地點(diǎn)，與數(shù)據(jù)庫保持連接的自動(dòng)測試系統(tǒng)能夠匯集必要的信息來判斷故障原因。支持?jǐn)?shù)據(jù)收集以進(jìn)行一致性分析的這種能力，提供了能夠?yàn)檫^程和/或系統(tǒng)與系統(tǒng)組件設(shè)計(jì)確定可能的糾正措施的方式，從而節(jié)約了操作成本、使預(yù)算可支撐更長時(shí)間。

測試程序集運(yùn)行時(shí)是程序運(yùn)行成本的主要部分。這個(gè)運(yùn)行時(shí)的大部分由操作員的動(dòng)作時(shí)間組成，可能占到全部時(shí)間的40%以上。許多時(shí)間花費(fèi)在等待操作員的某種人工介入上。設(shè)計(jì)良好的操作員圖形化用戶界面(GUI)可以提高操作員的效率，進(jìn)而降低成本。測試管理軟件應(yīng)降低開發(fā)和修改這種GUI的成本，從而為延長操作性預(yù)算可支撐的時(shí)間提供了另一條重要途徑。

雖然在自動(dòng)測試系統(tǒng)行業(yè)中有許多通用接口和測試站組件，但不是每樣?xùn)|西都能以一種方式抽象出來且同時(shí)還能提供每種應(yīng)用要求的靈活性。基于這個(gè)原因，自動(dòng)測試系統(tǒng)需要能增強(qiáng)集成商定制系統(tǒng)的不同抽象層能力的軟件。

采用以上述組件設(shè)計(jì)整合了測試管理軟件的自動(dòng)測試系統(tǒng)架構(gòu)的實(shí)質(zhì)性好處是能夠降低程序成本、提高投資回報(bào)率。這是因?yàn)榫哂徐`活性的自動(dòng)測試系統(tǒng)可以測試傳統(tǒng)的電子技術(shù)，并且在它們的生命周期內(nèi)通過自我更新以測試更新的設(shè)備，并以一致的方式向數(shù)據(jù)庫提供信息;通過挖掘數(shù)據(jù)庫內(nèi)容就可以確定高成本的故障事件，并啟動(dòng)相應(yīng)的糾錯(cuò)措施來降低成本。

雖然當(dāng)今的報(bào)道標(biāo)題使許多人相信目前的預(yù)算減少、節(jié)儉預(yù)算以延長資金使用時(shí)間和節(jié)約成本的努力是新的挑戰(zhàn)，但國防部及其支持產(chǎn)業(yè)以前就面臨過這些情況。因此他們開發(fā)出相應(yīng)方法，試圖通過技術(shù)更迭來逐步升級(jí)系統(tǒng)。在他們的努力下創(chuàng)建了模塊化硬件平臺(tái)(如PXI)、軟件定義的儀器(如合成儀器)以及通用通信語法標(biāo)準(zhǔn)(如VISA、IVI和ATML)。使用這些標(biāo)準(zhǔn)的模塊化開放平臺(tái)不僅能夠保持現(xiàn)有的功能，并且在今后許多年里都能增加新的功能。這樣，系統(tǒng)的生命周期就能比原先計(jì)劃的長2至3倍，從而在不犧牲功能的條件下延長了預(yù)算的可用時(shí)間。使用這些組件設(shè)計(jì)自動(dòng)測試系統(tǒng)是創(chuàng)建能夠延長工作期限的自動(dòng)測試系統(tǒng)的一種成功策略。