自动化测试的定义
自动化测试是指让计算机按照逻辑顺序对产品执行一系列独立测试的过程。这些测试通过测试仪器硬件进行测量，该硬件将测量值传输给装有 软件（测试执行器）的计算机，该软件可将结果与预定义的限值进行比较，从而判定产品是否通过测试。 借助自动化技术，测试流程能够以极快的速度、高度的可靠性以及可重复的方式进行，同时将人为错误的风险降至最低。如今，自动化测试已应用于所有使用电子设备的行业，且自动化测试仪的数量正在显著增长。
自动化测试的日常生活实例
从人工测试向自动化测试转变的一个常见例子，可以在当地的汽车修理店中找到。当汽车结构还比较简单时，消费者会将车开到修理店，由技师手动检查分电器、火花塞，以及燃油是否输送到化油器等部件。 这些检查通常逐项进行，直到诊断出故障并完成维修。如今，技师只需将汽车连接到计算机上，按下一个按钮，然后分析计算机完成更全面的测量后生成的测试结果。 例如，在对发动机控制单元（ECU）进行测试时，许多测试会在技师甚至无需了解具体发生什么的情况下自动完成。这一过程被称为自动化测试，即对产品按顺序执行一系列测试。
手动测试与自动化测试
手动测试过程通常由一名或多名人员负责，他们依次执行各项测量任务，直至测试完成。很多时候，企业会雇佣操作员，让他们整天坐在测试设备前，观察仪表并记录测试结果。这种方法已沿用多年，在劳动力成本较低的情况下仍被广泛采用。 当产品测试过程相对简单，操作员能在短时间内完成测试时，也会采用手动测试。 另一方面，自动化测试是指由基于计算机的测试系统执行产品测试过程。历史上，自动化测试设备价格昂贵且结构复杂，大多数自动化测试系统都是为国防、汽车和电信行业打造的。 从20世纪70年代到90年代初，计算成本相对于人工成本而言极其高昂，在那段时期，自动化测试设备的成本远超人工成本。因此，人工测试仍然占据主导地位。
测试序列与测试执行软件
单个测试（称为测试模块）执行特定的功能和验证。当这些单个测试组合在一起时，就称为测试序列。测试序列的一个示例可能是：（1）上电测试，随后是（2）电压检查测试，接着是（3）电流测试。 借助自动化测试设备，可以创建多个测试序列，以便在同一系统内对多种产品进行测试。测试模块可以使用多种编程语言编写，而测试序列通常由测试执行软件工具生成。 测试执行工具具有多种功能，包括创建单个测试序列、设置测量限值以确定通过/失败条件，以及根据测量结果创建调用新测试序列的条件。此类软件还提供了一个测试数据输出框架，以便将结果上传至数据库进行进一步分析。
半自动测试
在考虑手动测试与自动化测试时，切忌非黑即白地思考。 许多公司在制定测试策略时会采用第三种方案，即半自动化测试。当产品在测试过程中需要进行某种形式的配置时，通常会采用这种方案。半自动化测试是指在测试周期的部分或全部过程中，都有操作员在场。
产品通常被放置在一个与计算机相连的测试夹具中。在测试过程中，计算机屏幕上显示的图形用户界面（GUI）会引导操作员完成测试流程中那些需要对产品进行某种形式手动调整的环节。这可能包括调节电位器或对齐某个机械部件。 在操作员进行调整时，计算机可以实时读取相关参数。
一旦数值处于要求的范围内，计算机可能会通过显示“已正确设置”的提示来告知操作员。完成这些测试后，计算机将再次接管，剩余的测试将按照前述方式完全自动化进行。
自动化测试的类型
自动化测试系统种类繁多、规模各异，涉及各个专业领域。在不同的测试项目中，不同阶段都需要光学、射频、机械、电气、软件等各领域的专家参与。
测试类型的示例包括：
在线测试（ICT）
在线测试已存在多年。其最初用途是测试用于电子产品的单个电路板。 通过电气探针对已装配的印刷电路板（PCB）进行测试，检查短路、开路、电阻、电容及其他基本参数，以判断该组件是否制造正确。测试可采用“钉床”测试夹具和专用测试设备进行，也可使用无夹具的在线测试装置。 “钉床”式测试仪是一种传统的电子测试夹具，其结构为在玻璃布层压板上嵌有大量测试针。这些测试针通过定位销进行对准，从而与PCB上的测试点接触，而测试点则通过导线和电缆连接至测量单元。 每个小型弹簧式针脚均与被测设备（DUT）电路中的一个节点接触。通过将DUT压向“钉床”，可快速且同时地与DUT电路中的数百甚至数千个独立测试点建立可靠接触。 压紧力可通过手动或真空方式提供，从而将被测设备向下压在“钉床”上。ICT系统通常内置测试数据记录功能，并根据制造商的设计生成专有输出报告。尽管许多ICT系统正逐渐被下文所述的边界扫描系统所取代，但至今仍有大量ICT系统在使用。 ICT具有诸多优势，包括测试速度快、能够同时测试PCB的多个部位，以及可直接购买现成设备。它们通常用于在将已装配元件的单块PCB组装成子组件之前对其进行测试。
边界扫描
边界扫描是一种自动化测试形式，近年来已变得极为流行。 边界扫描通常被称为 JTAG（联合测试行动小组），或以其 IEEE 标准（IEEE 1149.1）命名，与更传统的测试形式相比，它具有许多显著优势，因此已成为当今自动化测试中使用的主要工具之一。 边界扫描测试最初开发的主要目的是为了解决测试时无法接触电路板和集成电路的问题。随着产品越来越小，可用的测试空间也越来越难找到，这意味着传统的测试方法不再适用甚至无法实施。 边界扫描通过在电路板上安装的大型集成电路中设置专门的边界扫描寄存器来解决这一问题。当电路板设置为边界扫描模式时，数据会传输到集成电路中的串行数据寄存器中。 通过响应信号——即从该串行数据链中输出的数据——测试仪能够以相对较高的速度检测出任何故障。由于边界扫描技术能够测试物理测试访问点极为有限的电路板甚至集成电路，因此已得到广泛应用，且其应用范围仍在持续扩大。
自动光学检测（AOI）
AOI在许多制造环境中都很常见。它本质上是一种目视检查，但通过摄像头、计算机和软件实现自动化。由于检查的自动化特性，与传统人工检查相比，它提供了更高的可重复性和速度。 当AOI部署在生产焊接PCB的生产线末端时，其作用尤为显著：它能快速定位任何生产问题（包括焊接缺陷），并能判断是否安装了正确的元器件以及其方向是否正确。 传统上，此类检测由操作员完成，他们需要连续数小时检查同类型的电路板。 人工目视检查最大的问题之一是操作员疲劳。临近下班时，人工检查的准确性往往会下降，导致不合格产品通过检测，或合格产品被判定为不合格。AOI 成功解决了这些问题。由于 AOI 系统成本高昂，它们通常仅应用于大批量生产线。
自动X射线检测（AXI）
AXI 与 AOI 有许多相似之处。然而，随着球栅阵列（BGA）封装的出现，有必要开发一种能够观察肉眼不可见部件的检测方式。 AXI系统能够透过集成电路（IC）封装准确评估焊点，这就像医生通过X光片观察骨骼以查找可能的骨折一样。
功能性自动化测试设备
顾名思义，功能测试旨在检验器件的运行状况。该测试在制造流程中处于较后阶段，通常是产品包装并发货给客户前的最终测试。一旦产品进入此测试阶段，若发现缺陷，维修成本通常最高。 问题或设计缺陷越早被检测并发现，解决成本就越低。 由于企业产品的多数功能具有独特性，因此大多数功能测试仪都需要定制。当设计和制造新产品时，它往往具备前所未有的功能，这意味着此前从未有人为这些功能制造过测试仪。
组合测试
从前面讨论过的测试类型可以看出，没有任何一种测试方法能够提供完整的解决方案。为帮助克服这一问题，许多自动测试设备（ATE）系统将多种测试方法整合到一台测试仪中。通过组合测试功能，测试覆盖率得以大幅提高。 组合式测试仪还能执行多种不同类型的测试，而无需将电路板在不同测试仪之间进行物理转移。这一套测试方案可能包括ICT 测试，以及功能测试和JTAG边界扫描测试。 上述每种自动化测试方式都有其优势；因此，必须根据具体测试需求选择正确的测试方法。 通过综合运用所有可用的不同测试技术，可以最大限度地发挥所构建的任何自动测试设备（ATE）的潜力。这将使测试能够快速执行，同时仍能提供高覆盖率，确保所有产品类型的测试均能成功通过。
在手动测试与自动化测试之间做出选择
通过综合分析产品的用例全貌以及生产规模，通常就能明确最佳选择。通常情况下，关键任务型产品会经过多次测试以确保其正常运行。 此类产品的典型代表包括用于保障人员安全的产品，以及功能缺陷可能导致灾难性后果的产品，例如交通、航空航天、医疗和国防行业中的产品。例如，制造飞机零部件的公司深知，其产品中的任何故障都可能导致大规模人员伤亡和财产损失，因此这些公司会大量投资于自动化测试设备。 另一个例子是植入式医疗设备制造商，其产品质量直接关系到用户的生死。出于安全考虑和经济实惠的双重原因，此类企业很早就采用了自动化测试技术。 自动化测试永不疲倦，也从不会“状态不佳”。研究表明，当操作员执行必要任务时，午饭前后的测试结果可能会有所不同。此外，主观因素也会产生影响。对某人来说合适的方法，对另一个人可能就不合适。 本不该进入市场的产品却流向了公众，而被拒收的产品却被证明完全没问题。这些错误在召回、维修和品牌声誉方面造成了不小的损失。当以客观限值为依据时，测试结果总是可靠且可重复的。
该应用是否适合自动化？
当测试流程简单且人工成本较低时，通常采用手动测试。在研发部门，由于测试正在开发中的新产品时灵活性至关重要，手动测试也经常被采用。手动测试能够灵活调整测试流程并尝试多种不同方案。 企业有时难以从手动测试流程过渡到自动化测试流程，因为软件开发的预期成本似乎很高。
随着测试设备和软件工具的成本遵循摩尔定律持续下降，自动化测试现已被广泛应用于各类电子产品的测试中。随着测试设备价格的降低，自动化测试设备的部署也日益普及。 推动自动化测试普及的另一个因素是全球劳动力成本的上涨，这导致手动测试的成本更高。在需要专业技能的利基行业中，寻找和培训合适的人才同样成本高昂且充满挑战。 无论是大批量/低成本产品还是小批量/高价值产品，自动化测试均被广泛应用。选择何种测试设备取决于所生产产品的类型。 对于大批量/低成本产品，测试时间往往至关重要，因此节省几秒钟的测试时间是选择测试设备类型时的一个关键驱动因素。对于更复杂、高价值的产品，能够进行深入的全面测试更为重要；因此，测试设备往往更为精密，成本也可能更高。
自动化是否值得投入资金？
企业领导者在启动新产品导入时需要做出的最重要决策之一，就是是否投资自动化测试。 尽管近年来建立自动化测试系统的成本有所下降，但这仍是一笔不小的投资。话虽如此，一旦进行了初期投资，就有办法将其转化为一个节省成本的平台。通过设计和实施具有通用核心的测试站，这些测试站可以在整个制造过程中轻松重复使用和回收利用。 构建通用核心或通用测试站的关键在于，将所有昂贵的仪器设备整合到一个基座单元中。在此基础上，只需围绕这些设备设计灵活的夹具，即可通过按需更换，适应不同产品及产品生命周期的各个阶段。
对引入自动化测试设备的抵触情绪也可能来自组织内部，因为部分现有员工可能会认为新技术的引入会威胁到他们的工作岗位。当他们意识到自己工作中那些重复乏味的环节将被更具挑战性的工作所取代，从而能够为企业创造更多价值时，这种感知到的威胁往往会转变为积极的动力。 如果处理得当，这种情况可以转化为对所有相关人员来说都积极的体验。
虽然已经探讨了手动测试、半自动化测试和自动化测试之间的主要区别，但如何做出决策的问题仍然存在。
要确定哪种策略最适合特定情况，需要回答以下几个问题：
- 该产品是低成本还是高价值？
- 该产品是否将大规模生产？
- 测试过程是复杂还是相对简单？
- 该产品对终端客户而言是否至关重要？
- 是否需要对100%的产品进行测试，还是批次测试即可？
这些问题的答案有助于更好地决定是否应引入自动化测试策略。对于生产低成本、简单电子产品的公司而言，自动化测试对于降低制造和测试成本至关重要。在这种情况下，让操作员手动测试每件产品成本过高。 对于复杂或高价值的产品，由于测试其复杂性所需的专业技术人员人力成本高昂，自动化测试往往是明智之选。高价值产品的客户通常期望有高标准的测试和有据可查的流程，以确保质量的一致性。对于关键任务型产品，在生产的各个阶段，高质量和重复测试都至关重要。 测试应在组装的每个层面进行，从单个PCB的测试，到子系统测试，直至最终的功能验收测试。此类产品在实际使用中出现故障（即质量问题造成的成本）所带来的损失，远高于进行全面测试所需的成本。
为了更好地理解并由此证明前文所述测试流程之间的差异，参考一个典型的测试场景示例会很有帮助。 在上述示例场景中，将待测试产品按三种测试流程的潜在单次测试成本进行了分解。决定最佳策略的关键计算因素包括测试时间、操作人员成本、设备成本以及所需的工程开发（即软件设计）成本。 该示例假设某产品线每年生产10,000台，并据此估算了固定成本、开发成本和测试时间。利用这些信息可计算出每台产品的测试成本。在本例中，关键成本是测试时间。随着测试时间的缩短，每次测试的成本会大幅下降。
在人工测试中，由于对操作员技能水平的要求更高，因此操作员成本也更高。 必须由受过培训的测试技术人员来执行测试。而在半自动化或全自动化测试场景中则并非如此，这些场景下可以使用技能要求较低的操作员。（在这些情况下，操作员理论上可以同时操作多台测试仪，但计算中未采用这种多路复用假设。）上表中的示例为计算不同测试类型的情景提供了参考。在此情况下，由于单位产量（每年 10,000 件），从人工测试转向半自动化测试是合理的，但尚不具备转向全自动化测试的条件。 这是因为该测试量足够大，足以支持采用某种形式的自动化以显著降低人工成本，但又不足以支撑成本更高的全自动化方案。
成功的产品测试对质量至关重要，但需要付出相应成本。在决定产品测试应采用人工还是自动化时，必须综合考虑上述所有因素，进行审慎权衡。良好的规划将带来有效成果，在提升整体质量的同时加速生产进程。
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