如果说一张图胜过千言万语，那么一个模型必然胜过一千张PowerPoint幻灯片，或一千行规范 说明。由于创造变得越来越复杂，基于模型的设计与测试已成为一种范式，代表着行之有效的工作 和思维方式，有望带来豁然贯通的理解、清晰详尽的沟通以及快速高效的工程设计和运行流程。

行之有效的工作和思 维方式

随着技术创新步伐不断加快，我们 比以往任何时候都更需要深刻理解 技术。同时，由于汽车设计与测试团 队需要将多种新技术集成到系统中， 并确保这些技术在各种运行条件下能够很好地协同工作，因此透彻理解 相关技术成为必要条件。虽然各种创 新和革命性设计层出不穷，但是失败 的风险也随着系统变得复杂而呈指数 级增加。

搭建大型的复杂系统需要大量 的人力、有效的策略以及各种组 件高效协同配合。随着复杂性的 增加，PowerPoint形式的工程设计 已不足以满足客户的需求。要使设计 足够优秀，达到所需的置信度，就需 要设计团队、测试团队与相关人员之 间进行有效的沟通。这时候模型就派 上用场了。

企业如果采用基于模型的设计与 测试，就可以使用计算机可执行的模 型作为通用接口，将原始数据转化为信息和规范，并在开发过程的各阶段 利用该接口进行高效的交流和沟通。

发现与评估

测试的过程其实也是探索和评估的 过程。探索测试有助于工程师更好地 了解待测设备(DUT)，进而预测和改 善待测设备的行为。评估测试则能 帮助决策者解决DUT部署和运行中 固有的成本和风险问题。因此，测试 团队的工作，即测试流程的目标，是 获得团队需要的知识，以便对后续的 开发、生产和部署步骤做出决策。

测试流程：以终为始

请记住，良好的测试流程能为工程师和决策者 带来许多有用到的信息和见解。


图01  测试流程是指挖掘待测设备数据，并将数据转换为有用的信息来帮助工程师和决策者进行探索和评估风险。

图01 概述了从测试流程提取信息和见 解的主要步骤。首先，需要挖掘DUT 中将输出行为与应用到其输入的激励 信号相关联的数据。接下来，应当以 简洁易懂的方式，将原始数据提炼为 能够解释DUT行为的信息。最后，工 程师和决策者应利用这些信息，进一 步了解DUT的特性和行为，并评估与 DUT部署和运行相关的风险。

这一流程能够双管齐下。随着探索的 不断深入以及风险评估越来越复杂， 需要的新信息也越来越多。这反过来 会推动挖掘流程的变化和改进。该模 型可用作为设计和分类测试架构的 框架。

在考虑采用这一框架时，应注意，其最大的成本 在于数据挖掘设备的设置和运行，而最大的价 值在于将数据提炼为信息，并提供能方便用户 查看这些信息并与之交互的途径。

许多测试工具共同的缺点是仅专注 于数据获取和存储。如果没有相应 手段(最好是自动化手段)来提取有 用的信息并识别重要事件，团队常 常只能获得大量毫无用处的“垃圾” 数据，导致对所投资的测试系统感到 失望。

挖掘

要挖掘数据，需要将DUT嵌入到模 拟DUT周围环境的场景中。情境元素可以是虚拟的，比如用于操控DUT的 软件，又或者是周边硬件之类的物理 元素。DUT的场景既可以是模拟，也 可以是真实的。例如，如果DUT是汽 车逆变器，电动机则是测试场景的一 部分，我们可以使用仿真的电动机， 也可以将电动机真正置于测试台上， 或是集成到实际的汽车中。

在测试设计中，需要确定最有利于实 现测试场景的方法。传统的测试架构通常将DUT嵌入仿真环境中。DUT放置在测试台上，然后施加激励并测量 其响应。这种方法经实践证明是行之 有效的，能够随意创建测试条件，但缺点是成本高，不具备扩展性。

因此不妨考虑其他替代方法，例如采 用从设计到测试均适用的方法来设计 具有内置功能的DUT，从而在正常运 行期间也能挖掘数据。也可以采用基 于仿真的测试方法，在开发过程早期 就可以以较低的成本在虚拟环境中进 行测试。

这些替代测试方法旨在优化或重组 测试流程的成本结构。传统测试方法 通常需要大量投资到“挖掘设备” 和运行上。而上述替代挖掘方法可以 大大降低捆绑到测试的资本，因此，给测试行业带来了颠覆性的影响。

提炼

挖掘出数据后，需要将数据“提炼” 为有用的信息。模型在解释原始测试 数据方面起着至关重要的作用。模型 可存储历史数据，从而为预测未来行 为提供依据。模型是用于压缩DUT测 量数据和预测DUT行为的模板。

换句话说，模型是知识和预期的一种表示形式， 是可转化的。因此，它们也被称为数字孪生，包 含两大要素：物理系统在数字世界对应的虚拟 模型 ；物理系统产生的数据流。

好的模型可以帮助工程师深入理解 物理系统并减少不确定性，同时有助 于预测DUT的行为。在测试过程的探 索阶段，设计合适的模型拓扑是必 要的一环。模型识别和评估(仿真)可 帮助您评估给定场景中DUT部署的 结果。

交互

本质上，模型(数字孪生)有助于高效 地汇总测试结果以及跨平台捕获DUT 信息。由于在大型组织中，不同部门 常常使用不同的平台和工具链导致沟 通不畅，因此模型对于优化大型组织 内部的沟通非常有用。

通过在这些不同的环境中以相同的 方式实现同一组模型方程式，团队能 以一致且可执行的方式交换信息。例 如，测试团队可以使用部署在FPGA 上的模型来进行实时评估和模型参 数拟合。然后，系统设计团队可以将 模型和参数集“下载”为基于CPU的 功能模型单元实现，以供离线系统 级仿真使用。与通过文本和电子表 格交换信息相比，这种方法的出错率 更低。

行之有效的方法

基于模型的设计与测试有助于团队 应对不断加剧的DUT复杂性，并跟上 紧迫的计划进度。采用这种工作和思 维方式能够带来影响巨大且深远的 结果，这种结果可以实现组织转型， 并将测试变为竞争优势。

数字孪生是指计算机可 执行的模型，旨在帮助 连接流程和组织的各个 部分。数字孪生以一种 可执行的方式汇总并 传达需求、期望和测量 结果。

作者
NATE HOLMES NI动力总成测试主管
PIET VANASSCHE NI首席工程师






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