Giải pháp thử nghiệm Hardware-in-the-Loop (HIL)

Tại sao mô phỏng HIL lại quan trọng

Các hệ thống nhúng hiện đại hiếm khi gặp sự cố do một linh kiện bị lỗi. Chúng gặp sự cố vì sự tương tác giữa phần mềm, điện tử, truyền thông, cảm biến và các hệ thống vật lý diễn ra không như dự kiến. HIL ra đời nhằm phát hiện những tương tác đó trước khi sản phẩm được đưa vào sử dụng thực tế.

Averna không coi HIL là một hoạt động độc lập, mà là một phần của chuỗi xác nhận rộng lớn hơn, bao gồm phát triển dựa trên mô hình, phần mềm trong vòng lặp (SIL), phần cứng trong vòng lặp (HIL), tích hợp hệ thống và thử nghiệm sản xuất. Mô phỏng HIL nằm ở đầu phần cứng của phổ XIL (MIL, SIL, PIL, v.v.): bộ điều khiển hoạt động dựa trên mô hình nhà máy thực tế, đôi khi là một bản sao kỹ thuật số hoàn chỉnh, thay vì một tập hợp các đầu vào tĩnh.

Averna Powered by Spherea cho phép bạn tích hợp HiL, mô phỏng thời gian thực, hệ thống đo lường, RF, công nghệ thị giác, tự động hóa và dữ liệu chất lượng vào một chương trình xác nhận duy nhất. Điều này giúp xác nhận các hệ thống hoàn chỉnh trong điều kiện vận hành thực tế, đồng thời giảm chi phí sản xuất nguyên mẫu và đẩy nhanh quá trình phát triển.

Cách tiếp cận tích hợp này được thiết kế dành cho các ứng dụng quan trọng đối với nhiệm vụ và thế hệ tiếp theo của các sản phẩm nhúng và kết nối. Các giải pháp HiL của Averna giúp bạn:

Phát hiện lỗi sớm hơn nhờ các quy trình kiểm tra có thể lặp lại và được kiểm soát chặt chẽ
Kiểm chứng hành vi trong các điều kiện vận hành hiếm gặp hoặc nguy hiểm mà khó có thể tái tạo trên thực tế
Chứng minh tính an toàn và độ tin cậy trước khi triển khai
Giảm bớt phần cứng và thiết bị không cần thiết
Xác thực quy mô thông qua tự động hóa và các kiến trúc kiểm thử có thể tái sử dụng

Cách tiếp cận của Averna đối với thử nghiệm HIL

Averna xây dựng các môi trường Hardware-in-the-Loop dựa trên một nguyên tắc đơn giản: các tài sản xác thực được phát triển từ giai đoạn đầu của vòng đời sản phẩm cần tiếp tục phát huy tác dụng trong suốt quá trình kiểm định chất lượng và cho đến khi đi vào sản xuất.

Cách tiếp cận này giúp đẩy nhanh tiến độ phát triển đồng thời duy trì khả năng truy xuất nguồn gốc và độ bao phủ kiểm thử. Mặc dù mỗi chương trình đều có những điểm khác biệt, nhưng hầu hết các dự án HiL đều tuân theo một quy trình lặp lại tương tự:

Giai đoạn 01
Xác định các mục tiêu xác thực

Mọi dự án HIL đều bắt đầu từ việc hiểu rõ những yếu tố cần được xác thực. Averna hợp tác với các đội ngũ kỹ sư để xác định các yêu cầu quan trọng và các kịch bản lỗi có ý nghĩa nhất, trước khi phát triển bất kỳ mô hình mô phỏng hay trường hợp thử nghiệm nào.
Giai đoạn 02
Xây dựng môi trường mô phỏng thời gian thực

Một môi trường mô phỏng thực tế chính là yếu tố giúp các kết quả trở nên có ý nghĩa. Averna phát triển các mô hình thời gian thực tái hiện cách thức hoạt động của hệ thống, các cảm biến của hệ thống và môi trường xung quanh trong cả điều kiện bình thường lẫn bất thường.
Giai đoạn 03
Tích hợp phần cứng vật lý

Khi môi trường mô phỏng đã sẵn sàng, phần cứng vật lý sẽ được kết nối với hệ thống HIL. Hệ thống được kiểm tra như một tổng thể, thay vì kiểm tra từng hệ thống con một.
Giai đoạn 04
Thực hiện các chiến dịch kiểm thử tự động

Việc thực thi tự động cho phép bạn đánh giá hành vi của hệ thống trong nhiều điều kiện hoạt động khác nhau. Các chuỗi thử nghiệm có thể lặp lại giúp giảm bớt công sức thực hiện thủ công vốn làm chậm quá trình xác nhận và phát hiện ra mọi điểm ẩn.
Giai đoạn 05
Phân tích kết quả và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống

Dữ liệu thử nghiệm được rà soát để xác nhận các yêu cầu và phát hiện các hành vi bất thường. Những thông tin thu được từ quá trình xác thực sau đó sẽ được phản hồi trở lại vào phần mềm và các chiến lược điều khiển trước khi triển khai.

Averna thiết kế các hệ thống HIL trên các nền tảng thử nghiệm và đo lường uy tín nhất, bao gồm Emerson / NI – nơi Averna được công nhận là Đối tác Kim cương. Bên cạnh hoạt động này, Averna đã phát triển các nền tảng riêng của mình, được tối ưu hóa cho các lĩnh vực cụ thể. Các nền tảng này có thể đóng vai trò là các khối xây dựng sẵn sàng sử dụng trong một chương trình tùy chỉnh quy mô lớn hơn, hoặc là điểm khởi đầu độc lập.

DITE – Nền tảng thử nghiệm HiL

Nền tảng phần cứng HiL tích hợp, thời gian thực dành cho việc xác nhận hệ thống nhúng và hệ thống điều khiển.

Chạy các mô hình nhà máy thời gian thực nhờ tích hợp trực tiếp với MATLAB/Simulink và SCADE
Kiến trúc mô-đun, đa nút có khả năng mở rộng theo quy mô của chương trình
Các dạng lắp giá và di động, bao gồm ARINC 600 dành cho ứng dụng trên máy bay

Khám phá hệ thống

U-TEST – Nền tảng thử nghiệm SiL

Môi trường thử nghiệm và mô phỏng thời gian thực cho SiL và HiL.

Thực thi các mô hình và quản lý các chuỗi thử nghiệm thời gian thực
Giải pháp phần mềm trong vòng lặp (software-in-the-loop) và phần cứng trong vòng lặp (hardware-in-the-loop) của Bridges trên cùng một môi trường
Hỗ trợ các công cụ của bên thứ ba và thiết bị đo lường COTS
Tích hợp các mô hình từ MATLAB/Simulink, FMI 2.0 / 3.0, AmeSim và SCADE

Thảo luận về các yêu cầu đối với bài kiểm tra HIL của bạn

Hãy cho chúng tôi biết hiện tại chương trình của bạn đang ở giai đoạn nào và bạn cần xác thực những gì. Một kỹ sư kiểm thử HiL của Averna có thể giúp bạn xác định phạm vi hệ thống sao cho phù hợp với tiến độ và kiến trúc bộ điều khiển của bạn.

Liên hệ với chúng tôi

Khả năng xác thực của các hệ thống HIL của Averna

Khả năng HIL của Averna là một bộ các chức năng thử nghiệm được tích hợp thành một chương trình duy nhất, thay vì được bán riêng lẻ từng phần. Mỗi khối chức năng dưới đây đều được kết hợp và điều chỉnh quy mô để phù hợp với hệ thống cần thử nghiệm cũng như các điều kiện mà hệ thống đó phải đáp ứng.

Mô phỏng thời gian thực và mô hình hóa hệ thống

Kết quả HIL có ý nghĩa phụ thuộc vào mô hình nhà máy phản ứng giống như môi trường thực tế. Các kỹ sư kiểm thử phần cứng và phần mềm của Averna sở hữu chuyên môn sâu rộng và được chứng nhận về các chuỗi công cụ kiểm thử thời gian thực mà các chương trình này dựa vào, bao gồm LabVIEW, VeriStand, TestStand, cũng như SimuLink và MATLAB của MathWorks.

Quý vị sẽ có được một môi trường vòng kín, trong đó thiết bị đang được thử nghiệm nhận được các kích thích thực tế với thời gian phản hồi như trong thực tế, nhờ đó các hành vi vốn chỉ xuất hiện trong điều kiện thực địa có thể được tái tạo và nghiên cứu ngay trong phòng thí nghiệm.

Giao tiếp tín hiệu và tạo lỗi

Mức độ thực tế của một hệ thống thử nghiệm HIL phụ thuộc hoàn toàn vào giao diện kết nối với phần cứng. Averna quản lý các cổng vào/ra (I/O) analog và kỹ thuật số cùng với quá trình xử lý tín hiệu cần thiết để phù hợp với các đặc tính điện của từng bộ điều khiển.

Chức năng tiêm lỗi là yếu tố cốt lõi của lớp này: các lỗi như mạch hở, ngắn mạch, mất tín hiệu cảm biến và lỗi bus được tạo ra theo yêu cầu để xác minh rằng hệ thống có thể phát hiện và phản ứng một cách an toàn trước các lỗi này. Bạn sẽ có được bằng chứng về cách sản phẩm của mình gặp sự cố, chứ không chỉ là bằng chứng cho thấy nó hoạt động bình thường, và dữ liệu này sẽ được sử dụng cho phân tích sự cố nhằm truy vết các lỗi ngắt quãng trở lại nguyên nhân gốc rễ.

Thực thi kiểm thử tự động và kiểm thử hồi quy

Việc xác thực thủ công không thể mở rộng quy mô để xử lý hàng nghìn điều kiện mà một hệ thống quan trọng phải xem xét. Averna tự động hóa các chuỗi thử nghiệm để chúng có thể chạy mà không cần giám sát và lặp lại chính xác theo yêu cầu. Sau đó, thử nghiệm hồi quy xác nhận rằng mỗi bản dựng phần mềm mới vẫn đáp ứng đầy đủ các tiêu chí mà bản dựng trước đó đã đáp ứng, và tính truy xuất nguồn gốc yêu cầu liên kết mỗi kết quả trở lại với thông số kỹ thuật mà nó xác minh, giúp duy trì khả năng theo dõi phạm vi thử nghiệm trong suốt quá trình phát triển chương trình.

Hỗ trợ giao thức truyền thông

Nền tảng HIL cần phải tương thích với ngôn ngữ của bộ điều khiển. Các hệ thống của Averna tương tác với các bus phổ biến trong kiến trúc nhúng và hàng không, đồng thời nền tảng này được thiết kế để có thể mở rộng sang các bus khác tùy theo yêu cầu của chương trình.

Miền	Ví dụ về các giao diện được hỗ trợ
Ô tô	CAN, LIN, Ethernet ô tô, FlexRay
Hàng không vũ trụ & Quốc phòng	ARINC 429, AFDX, MIL-STD-1553
Tổng quan	Cổng vào/ra (I/O) tương tự và kỹ thuật số, Ethernet, OPC UA, MQTT, Modbus

Một nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) hàng đầu trong ngành ô tô đã hợp tác với Averna nhằm tăng cường khả năng kiểm soát và tính lặp lại trong quá trình xác nhận tích hợp cảm biến thông qua mô phỏng HIL.

Một nền tảng HIL kết hợp tính năng phát lại dữ liệu đã ghi và mô phỏng dựa trên kịch bản, nhằm cho phép quá trình xác thực liên tục và có kiểm soát trong cả môi trường thực tế và ảo
Kích thích đa cảm biến theo thời gian thực (radar, camera, siêu âm) nhằm tái tạo các tín hiệu đầu vào nhận thức nhất quán ở cấp độ hệ thống
Tích hợp vòng kín với các bộ điều khiển điện tử (ECU) của xe và mạng lưới ô tô để điều chỉnh động các điều kiện thử nghiệm dựa trên phản ứng của hệ thống

Averna đã giúp các chu kỳ xác nhận diễn ra nhanh hơn và có thể dự đoán được hơn bằng cách làm cho việc thử nghiệm “hardware-in-the-loop” trở nên có khả năng mở rộng, có thể tái tạo và gần gũi hơn với điều kiện thực tế.