Alan J. Lesko
Agilent Technologies
כדי להיות תחרותי, על מהנדסי יצור לבצע אופטימיזציה של תפוקת הבדיקה תוך הבטחת תקינות המדידה. יעדי יצור עשויים להיות אגרסיביים מאוד ובחירת מתודולוגיית ומכשור הבדיקות יכולים לקדם או להכשיל את תקצוב זמן הבדיקות שלך.
על שיטת הבדיקה להיות יעילה ולהתמקד באימות הפונקציונאליות של ההתקן הנבדק תוך איסוף נתונים פרמטריים וזאת, כדי לסייע לשיפור תהליך היצור. בחירת מכשירי הבדיקה חייבת להתחשב במהירות יחד עם תקינות ושלמות המדידה. פלטפורמות בדיקה PXI מהוות בסיס טוב עבור מערכות בדיקה פונקציונאלית בעלות תפוקה גבוהה. מאמר זה ידון בשיטות בדיקה ומאפייני מכשור אשר יסייעו לך להצליח ביישום מערכת הבדיקות הבאה שלך.
תוכניות בדיקות יצור יכולות להתבצע בכמה אופנים. בדיקה פונקציונאלית אמיתית מציבה את ההתקן הנבדק (DUT) בסביבה אלקטרונית אשר מדמה את היישום האמיתי. חיבורי ההתקן הנבדק נטענים ומופעלים בדומה ליישום הסופי. ההתקן הנבדק נבחן מקרוב על מנת לוודא ביצועים תקינים. מימוש תרחיש של בדיקה פונקציונאלית אמיתית הינו על פי רוב איטי ובמקרים רבים, גישה זו אינה מעשית. שיטת בדיקות חלופית נקראת DAT (DUT assisted test) והיא משתמשת בקו תקשורת אל ההתקן הנבדק יחד עם פקודות בדיקה מובנות של ההתקן הנבדק כדי לבודד ולהפעיל חלקים ספציפיים של ההתקן הנבדק. גישה זו גמישה ביישום ומאפשרת בדיקה מהירה ויעילה מאוד. יצרנים רבים משתמשים בשיטות DAT כדי להשיג כיסוי בדיקות מירבי תוך תפוקת ביצועים מיטבית. מומלץ לאמץ גישה זו של מתודולוגיות DAT כאשר ניתן, כדי לשפר את גמישות, יעילות ותפוקת הבדיקה. מאמר זה יתמקד בשיטות בדיקה של DAT כדי לבצע אופטימיזציה של תפוקת הבדיקה.
להבנת מונחי מפתח, נבחן את תכנית בדיקות היצור עבור ECU (יחידת בקרת מנוע) לרכב, המיוצרת ביצור המוני. סקירה של תכנית הבדיקות מראה שהיא בעלת קצב טרנסקציות אינטנסיבי מאוד, עם הגדרות תצורה רבות של ה-DUT וטרנסקציות מדידה לאורך הבדיקה. תרשים 1 מציג טבלת Pareto המפרידה את הטרנסקציות השונות.
יחידת ה-ECU הזו הינה בעלת כמות פינים גבוהה (מעל 150 פינים). כדי לעמוד ביעדי התפוקה, על זמן הבדיקה הכולל עבור יחידת ה-ECU להוות כ- 15 שניות.
ניתן להבחין כי זמן ההמתנה – latency (משך העיכוב של כל טרנסקציית תכנות) הינו חשוב מאוד. אפילו זמן המתנה של מספר מילי שניות עבור כל טרנסקציית תכנות ישפיע בצורה משמעותית על זמן הבדיקה הכולל (ויכול אפילו לחייב הוספה של מבדק נוסף כדי לעמוד ביעדי התפוקה). האמרה “זמן שווה כסף” נכונה במקרה זה.
נתמקד בשלושת הפריטים המובילים שבתרשים 1, ונדון במאפיינים קריטיים הדרושים לעמידה ביעדי התפוקה האגרסיביים של יחידת ה-ECU.
הפעלת מתגים הינה הפריט מספר אחת בטבלת ה- Pareto עם 400 דרישות מיתוג. טכנולוגיות העברה שונות מאוד זו מזו במהירותן, וכדי להשיג תפוקה גבוהה, בחירה הולמת של המתג הינה קריטית. ממסרים אלקטרומגנטיים יכולים למתג זרמים גבוהים, אולם זמן המיתוג שלהם עלול לקחת עשרות מילי שניות. ממסרי reed relays מהירים יכולים למתג תוך 100 מיקרו שניות תוך אפשרות למתג זרם של 500 מילי-אמפר.
מכיוון שמרבית דרישות המיתוג משמשות לאותות מדידה לניתוב זרם נמוך, הרי שניתן להשתמש במטריצת ממסר reed relays או Multiplexer.
תקשורת DUT סריאלית (טורית) הינה חיונית להגדרת מדידות ושאילתות. טרנסקציות תקשורת DUT יחד עם פעולות מיתוג ותכנות מכשור מהוות את עיקר מתודולוגיית ה-DAT.
הפקודות הסריאליות מוגדרות בדרך כלל על ידי מתכנן ההתקן הנבדק, וכוללות פקודות להגדרה ולשאילתות אודות הקלט/פלט (I/O) של ההתקן הנבדק. בדרך כלל אפיק התקשורת הינו אפיק טורי הנמצא בהתקן הנבדק ומיועד לשימוש בהתקנה הסופית, אולם הוא מוקצה מחדש במהלך בדיקות היצור לטובת תמיכה ב-DAT. למשל, מקובל למצוא במודולים של תעשיית הרכב אפיק ISO-9141 או CANBUS, ובתעשיות ה- AeroSpace אפיק ARINC או ISO-1588. בכל מקרה, האפיק הטורי יכול לשמש ביצור כדי לאפשר בדיקת DUT.
מכיוון שתקשורת טורית הינה מרכיב כה גדול מפעולות הבדיקה, רצוי למזער את זמן ההמתנה (latency) עבור כל פקודה טורית. מה ניתן לעשות על מנת לשפר את ביצועי הפקודה הסדרתית של ההתקן הנבדק? הבלב הראשון נשלב במערכת הבדיקה מתאם פרוטוקול סדרתי עם זמן המתנה נמוך ככל הניתן. מתאמים טוריים ישנים מבוססי RS-232 יכולים להיות בעלי זמן המתנה של מספר אלפיות השנייה עבור כל פקודה שנשלחת על האפיק. אך, יצרנים רבים מספקים מתאמים טוריים מהירים. מומלץ להשתמש במתאם מבוסס PCI עם זמן המתנה נמוך כדי לשפר את תפוקת הבדיקה.
מספר מאפייני תקשורת עשויים להיות מחוץ לשליטת מתכנן הבדיקות. אם להתקן הנבדק יש אפיק סריאלי איטי מאוד כגון אפיק LIN בעל מהירות של 10kbaud, משך זמן השידור והקליטה של פקודות מורכבות יהיה מספר אלפיות השנייה. במקרה, זה מומלץ לשתף פעולה עם מהנדסי התכנון כדי לבצע אופטימיזציה של הפקודות הסדרתיות של ה-DAT. ניתן לשקול צירוף של מספר בדיקות לפקודה אחת. למשל, במקום שתהיה פקודה אחת אשר תפעיל או תפסיק קלט יחיד, לעיתים ניתן לשלוח פקודה מורכבת אשר תעבור על מספר פלטים ותפעיל כל אחד בתורו. לסיכום, אל תמעיט בערכה של אופטימיזציה של פקודת הבדיקה הפנימית של ההתקן הנבדק על מנת לשפר את תפוקת הבדיקה. ככל שמהנדס התכנון יוכל לשלב יותר תכונות בפקודות הבדיקה של ה-DAT המשולב, כך ייטב.
מדידות DMM הינן מרכזיות במרבית מערכות הבדיקה, והן מספר 3 בטבלת ה-Pareto במקרה של יחידת ה-ECU הזו, ניתן לראות שקיימות כ- 90 מדידות שבוצעו ע”י DMM ולכן זמן ההמתנה עבור מדידת DMM הינו קריטי.
לרוב ה-DMMs ישנם זמני מִפְתָּח (חלון הזמן בו המתח נמדד aperture) הניתנים לבחירה. זמני מפתח ארוכים משפרים את דיוק התוצאות ויכולים לסנן רעשי מערכת, אך עלולים לגזול פרקי זמן ארוכים מדי בתהליך הבדיקה. זמן מפתח קצר יכול להיות מהיר מאוד, אולם עלול להיות מושפע מרעשי מערכת. ברירת המחדל של רוב ה-DMMs הינה זמני מפתח ארוכים למדי (20 מילי-שניות ומעלה). יחד עם זאת, במקרה של יחידת ה-ECU הזו, המיוצרת יצור המוני, זמן מפתח של 20 מילי שניות עבור כל 90 המדידות יוסיף פרק זמן נכבד מאוד של 1.8 שניות, או מעל 10%.
כדי להאיץ את זמני מדידות ה-DMM, מומלץ לשמור על זמני מפתח נמוכים ככל האפשר תוך שמירה על מאפייני רעש קבילים. לאחר פיתוח תכנית הבדיקה והפעלתה בצורה אמינה, השלם בדיקת Gage R&R ונתח את התוצאות על מנת לקבוע אם קיים צורך לשיפור תהליך הבדיקה. רצוי להריץ את תכנית הבדיקה מספר פעמים רב (למשל 100) ולקבוע את סטיית התקן של כל בדיקה המשתמשת ב-DMM. השווה את היחס של 6 פעמים סטיית התקן לטווח אפיצות הבדיקה (גבול מפרט עליון פחות גבול מפרט תחתון). התוצאה ידועה כיחס P/T (יחס דיוק לאפיצות, precision to tolerance ratio). יחס P/T הקטן מ-0.10 בדרך כלל נחשב סגור.
P/T יחס = (i6x סטיית תקן ) / (USL – LSL)
במקרים רבים תמצא כי תוכל לקצר את זמן המפתח של ה-DMM תוך השגת תוצאות קבילות וזמן ביצוע מהיר יותר. בחר DMM עם זמן המתנה נמוך של מדידה חד נקודתית, והשתמש במפתח הקטן ביותר האפשרי תוך השגת יחס P/T קביל.
כמו כן, הקדש תשומת לב בבחירת ה-DMM בתצורת PXI. למספר DMMs יש זמן המתנה עצמי גבוה של מדידה חד נקודתית, והם אינם מתאימים לבדיקות בנפחים גבוהים. ה- DMMs בתצורת PXI הזמינים בשוק יכולים להיות מהירים מאוד, ומתוכננים ספציפית עבור זמני המתנה נמוכים מאוד של מדידה חד נקודתית. מספר DMMs אף תומכים בזמני מפתח של 2.5 מיקרו-שנייה, דבר המוביל לזמן מדידה חד נקודתית הקטן מ-50 מיקרו השנייה. כך תוכל להקטין את זמן המפתח על פי הנדרש כדי להשיג את האיזון הנדרש בין מהירות ויחס P/T.
מאמר זה הציג מאפייני מפתח המשפיעים על מהירות תכנית בדיקה. על ידי שימוש בשיטות DAT והבנת מאפייני זמן ההמתנה של מכשירים, מהנדס יכול לשפר בצורה דראמטית את תפוקת הבדיקה. בחירה של מתגים ו-DMMs בעלי זמן המתנה נמוך הינה קריטית למאמץ זה. יחד עם זאת, ישנם היבטים רבים נוספים להצלחתם של תכנוני מערכות בדיקה אשר הינם מעבר לטווח של מאמר זה.
