美國國防部(DoD)等國防組織一直面臨著削減成本的壓力，同時還要維持重要的防衛(wèi)任務，并提高應對新威脅的能力。一種方法是在以前投資的設計基礎上通過增加功能來延長系統(tǒng)平臺的壽命。AAV-7A1、B-52、F-15和MA Abrams等平臺就是有長期生命力、一直工作著的可升級平臺，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)的服務時間有助于節(jié)省預算，但也會使維護機構(gòu)和自動測試系統(tǒng)(ATS)面臨更多的挑戰(zhàn)。其中的兩項特別挑戰(zhàn)是：

1. 處理被測設備生命周期與測試設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的高度混合的電子設備

圖1：國防工業(yè)設備的特點是，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)中使用商用測試設備的設計師在設計時需要十分小心，以確保在整個系統(tǒng)壽命內(nèi)都能提供支持。

幸運的是，由國防部相關機構(gòu)及其產(chǎn)業(yè)伙伴主導的標準與平臺給自動測試系統(tǒng)設計師和集成商提供了應對這些挑戰(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準以及高層測試管理軟件工具進行系統(tǒng)設計不僅能為當前挑戰(zhàn)提供解決之道，而且還為這些系統(tǒng)逐步升級以滿足未來需求奠定了堅實基礎。

應對生命周期不一致的挑戰(zhàn)

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

利用新的架構(gòu)設計自動測試系統(tǒng)是盡量降低解決廢棄問題成本的一個重要方法，這種架構(gòu)采用得到廣泛支持的模塊化儀器硬件平臺，如實現(xiàn)儀器功能的PCI擴展(PXI)。業(yè)界對PXI平臺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，因為像計算平臺、電源、冷卻部件和其它輔助基礎組件等通用資源不再是每臺儀器的不可拆分的組成部分，這一點與傳統(tǒng)箱式儀器不同。

用適當?shù)奶娲诽娲鷥x器硬件只是減緩廢棄情況的一個方面。在國防工業(yè)領域，測試工具的目標是在與商用生產(chǎn)測試相比長得多的時間周期內(nèi)保持測試現(xiàn)用設備的能力。因此，對替代硬件的另一個要求是執(zhí)行現(xiàn)有被驗證過和被認可的測試的能力?，F(xiàn)有測試不僅依賴于儀器硬件，而且依賴于對每個被測單元來說獨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，設備支持機構(gòu)必須繼續(xù)利用該投資，以便盡可能使這部分預算能頂更長時間。

由于重新開發(fā)這些測試程序集的代價非常高，因此利用測試程序集與測試站硬件資產(chǎn)之間的抽象層設計的自動測試系統(tǒng)在減少廢棄情況費用方面可以提供很大優(yōu)勢。硬件抽象層有時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，無需再使用供應商獨有的語法。將命令功能與獨有語法分離開來可以在發(fā)生廢棄或升級情況時保護對測試程序集的投資。

硬件抽象的一個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?？苫Q虛擬儀器驅(qū)動程序可以從獨特硬件實現(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)。為了在自動測試系統(tǒng)的工作任務改變時能提供新功能，這些測試站組件也會成為廢棄品或需要被替換。自動測試系統(tǒng)設計中的另外一個關鍵要素是全面的、模塊化抽象層的開發(fā)，這個抽象層將包含所有當前測試站的資產(chǎn)，而且要具有開放性，當今后自動測試系統(tǒng)程序有需要時可用于進一步開發(fā)。

系統(tǒng)設計中可以整合進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)，它能通過標準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)字處理技術產(chǎn)生信號或執(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用定制儀器功能。

因為這些儀器是軟件定義的，將它們整合進系統(tǒng)通?？梢怨?jié)省更多成本并帶來更大的系統(tǒng)靈活性，因為每種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

更容易升級以滿足新要求

更方便針對特殊測試需求進行定制

測試多代電子技術

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

結(jié)合延長了的平臺壽命的優(yōu)勢，整合可以顯著增加由平臺支持的自動測試系統(tǒng)必須能夠測試的電子技術的范圍。與大多數(shù)商用儀器相比，這將形成高度混合的測試應用環(huán)境。增加的復雜性和更多的被測單元將增加廢棄情況發(fā)生的頻度。它們還會增加這些廢棄情況對自動測試系統(tǒng)程序及其所支持的任務的影響程度。在此需要重申的是：模塊化儀器平臺、抽象層和軟件定義的儀器被證明是彌足珍貴的設計單元，它們能為集成這些單元的自動測試系統(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，維護機構(gòu)要求自動測試設備同時具有雙重角色，既支持維護大量傳統(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，自動測試系統(tǒng)必須能夠操作現(xiàn)有的測試程序集。同時，自動測試系統(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。所有這些設備必須經(jīng)過測試和維護以便其系統(tǒng)能夠滿足任務要求。

靈活、高成本效益的解決方案應包括(見表2和圖3)：

獲得廣泛支持的模塊化開放架構(gòu)平臺，如PXI

測試環(huán)境信息交換標準，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包括的內(nèi)容。

圖3：自動測試標記語言(ATML)定義了XML模型集合，用于表示有關系統(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，從而增加了自動測試系統(tǒng)程序的投資回報率(ROI)。借助圖形化的系統(tǒng)設計功能，被測單元領域的專家可以更高效地設計和實現(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現(xiàn)進行反復討論，則低效得多。

面對更重的測試程序集負擔，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)。一個高效的測試管理軟件工具應具有如下特性：

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)標準，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)設計師提供快速創(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單個單元的傳統(tǒng)測試程序集的種類。此外，制造領域?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開發(fā)任務，維護機構(gòu)具有經(jīng)濟上和進度上的更大的靈活性。通過讓每位專家工作在他們最熟悉、或者能夠為特定測試應用提供最佳功能的測試開發(fā)環(huán)境，與“以一應萬”的開發(fā)架構(gòu)比，這種系統(tǒng)能夠更快、更經(jīng)濟地提供關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，可以擴展自動測試系統(tǒng)為自動程序集開發(fā)與操作提供有效解決方案的時間范圍。雖然在測試資產(chǎn)遭廢棄時抽象層可以提供保護，但源自多版本支持的后向軟件兼容可以保護測試程序集本身在更新測試站軟件時免遭廢棄。

開放架構(gòu)

虛擬儀器軟件架構(gòu)(VISA)、IVI和ATML等工業(yè)標準為實現(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。每種標準都以這樣或那樣的方式保護著自動測試系統(tǒng)，防止發(fā)生國防維護機構(gòu)過去多次面臨的兩種風險：對單一資產(chǎn)供應商的依賴以及該供應商的“蒸發(fā)”。不管發(fā)生哪種情況，維護機構(gòu)都將花費更多。每種標準都遵循了指派關鍵接口和使用開放標準的模塊化開放系統(tǒng)方法(MOSA)原則。在自動測試系統(tǒng)中整合使用這些標準有助于降低程序成本和風險。

數(shù)據(jù)庫連接是平臺支持型自動測試系統(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、時間和地點，與數(shù)據(jù)庫保持連接的自動測試系統(tǒng)能夠匯集必要的信息來判斷故障原因。支持數(shù)據(jù)收集以進行一致性分析的這種能力，提供了能夠為過程和/或系統(tǒng)與系統(tǒng)組件設計確定可能的糾正措施的方式，從而節(jié)約了操作成本、使預算可支撐更長時間。

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

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

采用以上述組件設計整合了測試管理軟件的自動測試系統(tǒng)架構(gòu)的實質(zhì)性好處是能夠降低程序成本、提高投資回報率。這是因為具有靈活性的自動測試系統(tǒng)可以測試傳統(tǒng)的電子技術，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，并啟動相應的糾錯措施來降低成本。

雖然當今的報道標題使許多人相信目前的預算減少、節(jié)儉預算以延長資金使用時間和節(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)出相應方法，試圖通過技術更迭來逐步升級系統(tǒng)。在他們的努力下創(chuàng)建了模塊化硬件平臺(如PXI)、軟件定義的儀器(如合成儀器)以及通用通信語法標準(如VISA、IVI和ATML)。使用這些標準的模塊化開放平臺不僅能夠保持現(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劃的長2至3倍，從而在不犧牲功能的條件下延長了預算的可用時間。使用這些組件設計自動測試系統(tǒng)是創(chuàng)建能夠延長工作期限的自動測試系統(tǒng)的一種成功策略。