Будущее успешного выпуска изделий на рынок – ускорение их тестирования и валидации
История появления отчета [1] ведет свое начало с декабря 2018 г., когда компания Keysight Technologies (далее — Keysight) поручила компании Dimensional Research (компания предоставляет практические исследования рынка, чтобы помочь предприятиям принимать более разумные бизнес-решения) провести исследование, позволяющее оценить время выхода на рынок продуктов, выявить имеющиеся на этом пути барьеры и найти тенденции. Оценка проводилась с помощью опроса инженеров-проектировщиков и инженеров-испытателей по всему миру. Полученные результаты подчеркивают необходимость изменения подхода к организации НИОКР, а именно объединения проектирования и тестирования в единый рабочий процесс с дальнейшим подключением инженеров, отвечающих за освоение и выпуск спроектированной конечной продукции.
Введение
Представленное исследование [1] открывает широкие возможности для сокращения затрат времени и средств на всех этапах жизненного цикла разработки электронного продукта и, как результат, сокращения времени его вывода на рынок. Как можно быстрее перейти от концепции к отгрузке конечного продукта — такова цель, которая стоит практически перед каждой командой разработчиков. Требования бизнеса стимулируют, а фактически принуждают, не оставляя выбора, группы разработчиков постоянно улучшать свои инструменты моделирования, сокращать время циклов проектирования и тестирования и делать все для того, чтобы как можно быстрее выводить продукты на рынок. Кроме того, как выяснилось, почти каждая опрошенная компания пытается использовать и сравнивать данные моделирования и прототипа с результатами испытаний конечного продукта. Однако этот процесс сложен, фактически 9 из 10 опрошенных компаний показали, что сопоставление данных по ожидаемым результатам и результатам тестирования занимает месяцы. В качестве возможного выхода проведенное исследование показывает, что нужно наладить обмен информацией еще внутри рабочего процесса разработки, и это одна из самых больших проблем на пути освоения нового конечного рыночного продукта.
Проблемы, возникающие при исследовании и изучении корреляции данных, вероятно, вызваны множеством инструментов, используемых на протяжении жизненного цикла разработки. Согласно результатам опроса, более 90% инженеров-испытателей только для тестирования и проверок используют более трех различных инструментов. Однако эти программные инструменты не интегрированы и, для того чтобы обеспечить совместное использование данных, требуют больших затрат времени, в том числе и на программирование. Причина еще и в том, что, как оказалось, 91% участников опроса используют собственные, нестандартные инструменты для тестирования и проверки. Работа со всеми этими разрозненными программными инструментами замедляет испытания не только на промежуточных и финальных этапах НИОКР, но и текущее тестирование непосредственно в группах разработки продукта. Респонденты повсеместно заявили, что интегрированное решение, предназначенное для совместного использованиях данных и пригодное для применения группами проектирования, проверки, тестирования и производства, ускорит разработку их электронных продуктов (здесь необходимо отметить, что имеется сложность и в самих группах проектировщиков, причина которой в конфликте их интересов, примеры из практики и решения в [2]).
Результаты анализа проблем
Времена разработок конструкции электронной аппаратуры на основе простых электронных схем и конструктивных решений уже давно канули в Лету. Каждый год компании, стремящиеся победить конкурентов в своих сегментах или выйти с конкурентным продуктом на новые рынки, выдвигают разработчикам буквально ультимативные требования, ограничивая их в возможных решениях. Как правило, для электронных конечных, то есть рыночных, продуктов широкого применения — это увеличенное время автономной работы, уменьшение веса и расширение функций. Таким образом, для реализации столь «скромных пожеланий» необходимы меньшие по размерам компоненты с более высоким уровнем интеграции. В результате требования к тестовой инженерии растут в геометрической прогрессии. Наглядный пример — аппаратура стандарта 5G New Radio (NR) требует при проверке на соответствие стандартам на 20 тестов больше, чем это было для аппаратуры стандарта 4G. Как на это реагируют инженеры-испытатели? Чтобы не утонуть в море измерений, они для тестирования и проверки используют все больше программных инструментов.
Как уже отмечалось, только для тестирования и проверки 91% участников опроса используют три или более программных инструмента, при этом 43% применяют более пяти. Каждая дополнительная часть программного обеспечения увеличивает время рабочего процесса тестирования и проверки за счет импорта, экспорта данных и, что греха таить, исправления ошибок и неувязок. В результате дополнительные программные инструменты замедляют процесс проектирования. Статистика по использованию программных инструментов приведена на рис. 1.
И общая ситуация такова, что инженеры-испытатели будут и впредь использовать все большее количество программных инструментов для выполнения анализа и проверки, необходимых для оценки на соответствие постоянно изменяющимся стандартам тестирования. Инструменты включают корпоративное программное обеспечение и собственные инструменты, также известные как собственное программное обеспечение (ПО) — homegrown software (буквально: «доморощенное программное обеспечение»). Но поскольку часто оно создано непрофессионалами или с малым бюджетом и под конкретную задачу, такое ПО не является хорошо отработанным и универсальным, со всеми вытекающими последствиями. Давайте и мы зададимся вопросом: «Использует ли моя компания собственные программные инструменты для тестирования и проверки?» Статистика по использованию собственных программных инструментов, отражающая сложившуюся ситуацию, приведена на рис. 2.
Многие компании полагаются на собственное программное обеспечение, потому что им нужны от него именно те функции, которые соответствуют их конкретным требованиям к тестированию конкретного продукта. Однако по мере того, как тестирование становится все сложнее, опора на собственное тестовое ПО замедляет разработку продукта. Интеграция этого типа программного обеспечения сложна и для того, чтобы встроить его в рабочий процесс тестирования и проверки, требует дополнительных часов программирования и перепрограммирования. Такое дополнительное время мешает инженерам-испытателям идти в ногу с требованиями по более быстрым циклам разработки продукта и, соответственно, его тестирования. Однако с учетом трудностей использования отечественного программного обеспечения неудивительно, что 91% опрошенных компаний пока предпочитают для тестирования собственные программные инструменты.
Хотя интеграция собственных программных инструментов может занять значительное время, еще более серьезной проблемой представляется их обслуживание, обновление и адаптация под новые или модернизированные продукты. Поиск и обучение людей для разработки и поддержки собственных программных инструментов истощают бюджеты НИОКР, которые в противном случае можно было бы инвестировать в ускорение внедрения инноваций.
В ходе опроса инженеры-испытатели указали на множество проблем при создании прототипов и проверке конструкции. Так, 40% инженеров-испытателей заявили, что устранение ошибок программного обеспечения становится для них самой большой проблемой. Другие не менее важные проблемы включают взаимодействие между инструментами проектирования, инструментами тестирования и контрольно-измерительными приборами. А также сопоставление результатов тестирования завершенной конструкции конечного продукта и его прототипа. Давайте зададим себе еще один вопрос: «С какими наиболее серьезными проблемами приходится сталкиваться на этапе проверки прототипа и дизайна?» Выбрав для себя до пяти ответов и сравнив их с результатами анкетирования, приведенными на рис. 3, вы увидите тенденцию.
Интересно, что треть участников заявила, что одна из самых серьезных проблем — сопоставление результатов испытаний конечного продукта и его прототипа. В ходе опроса разработчики и инженеры-испытатели отметили, что более простой обмен данными в процессе проектирования и тестирования позволит сократить время вывода продукта на рынок, уменьшив разброс характеристик модели, прототипа и конечного серийного продукта. Это в свою очередь позволит сократить время на его доработки. Однако обмен данными между командами разработчиков и испытателями затруднен, поскольку они часто используют разные программные инструменты, а то и живут в разных мирах [2]. Давайте продолжим наш опрос: «По вашему опыту, может ли доступ к интегрированным программным инструментам для команд проектирования, тестирования и производства сократить время вывода продукта на рынок?». Предельно ясный ответ на него от участников проекта компании Keysight приведен на рис. 4.
Инженеры-испытатели, занимающиеся разработкой продукта, помогая в его проектировании и проверке, проводят продукт по всем этапам проектирования и внедрения в производство, и их ответы нам известны. Что касается инженеров-испытателей, работающих на производстве и отвечающих за приемо-сдаточные, а также за периодические и при необходимости типовые испытания уже серийных изделий, они сказали, что самая большая проблема, с которой приходится сталкиваться, — это проверка нового конечного продукта (46%) и подготовка тестовой системы (43%). А с какими самыми большими проблемами вы сталкиваетесь на этапе освоения производства и серийного выпуска продукта? Чтобы понять вашу тенденцию — выберите до пяти ответов. Ответы на этот вопрос от инженеров, отвечающих за освоение и последующие испытания при выпуске уже серийного продукта, приведены на рис. 5.
Для того чтобы проверить продукт, инженерам необходимо точное решение для его тестирования — такое, которое требует полного взаимодействия аппаратных средств и программного обеспечения, контрольно-измерительной аппаратуры, а также надежных методов измерения и алгоритмов. Почти треть (31%) инженеров-испытателей заявила, что совместимость между различными инструментами тестирования является самой большой проблемой и их головной болью при освоении и серийном производстве конечного рыночного продукта. Участники опроса отметили, что многие из их проблем связаны с желанием организовать как можно лучший обмен данными и совместно анализировать их.
Используемая для отчета методология
Компания Keysight поручила компании Dimensional Research провести это исследование непосредственно на местах. В опросе приняли участие 304 инженера, менеджера и руководителя, занимающихся проектированием, проверкой и испытаниями электронных устройств различного назначения. Цель исследования заключалась в том, чтобы понять проблемы, связанные с созданием электронного оборудования на всех этапах жизненного цикла продукта — от проектирования до производства. Компания Dimensional Research провела опрос в электронном виде, а для стимулирования получения максимально достоверной информации с высокой долей вероятности правильных ответов предложила участникам проекта символическую компенсацию.
Заключение
По мере совершенствования программного обеспечения инженеры-испытатели, занятые на всех этапах НИОКР, освоения и серийного выпуска конечного рыночного продукта, будут собирать все больше данных, которые с учетом накопления исторических данных перейдут в разряд больших. Сложность здесь заключается в том, чтобы для повышения эффективности рабочего процесса уметь эффективно анализировать эти данные и на их основе делать выводы и принимать соответствующие решения. Многие инженеры-испытатели придумывают собственные обходные пути для анализа данных, но все же лучший подход — на всех этапах от проектирования до производства использовать надежное и точное программное обеспечение, специально созданное для анализа получаемых при этом сведений. Публикуя данный отчет, мы надеемся, что на основании уже выявленных тенденций он позволит вам увидеть проблемы, проанализировать их и принять соответствующие решения, которые помогут вам при проектировании и выводе ваших продуктов на рынок.
- Realize the Future of Testing and Validation Workflows Today. REPORT. Keysight Technologies, March 21, 2019.
- Рентюк В. Устранение конфликта интересов и оптимизация организации работ при проектировании РЭА // Технологии в электронной промышленности. 2014. № 7.