על מנת לאפשר למערכות צבאיות ואוויונית לתפקד במשך תוחלת החיים שתוכננה עבורן ולעיתים אף מעבר לכך יש צורך לשלב בהן טכנולוגיות חדישות. הדבר מציב אתגרים בפני מהנדסי מדידות, עקב הצורך בשמירה על רציפות תוכניות הבדיקה – legacy Test Program Sets – והתאמתן לחידושים הטכנולוגיים.
איור 1. שכבת HAL מקלה על החלפת ציוד מיושן, אך קשה ליישום בהיעדר אסטרטגיית תמיכה ארוכת טווח
הדרך הקורצת ביותר למהנדסי מדידות היא להחליף את ציוד הבדיקה המיושן בציוד חדיש, בשילוב מתאמים (ITA’s) ומקבעים (Fixtures) תוך שימור מירבי של TPSs ככל האפשר. בגלל שיקולי תקציב לא תמיד הדבר אפשרי, ועל כן יש צורך לשפץ את מערכות הבדיקה הקיימות ולהחליף רק את חלקי המערכת שעבר זמנם (Obsolete) כחלק מהתחזוקה המתוכננת.
-
- איור 2. חיקוי יכולות מכשירים ישנים יכול להפחית את הסכנה של החלפת TPS אך הדבר מסובך לביצוע. מכשירי מדידה מוגדרי תוכנה SDI מציעים אפשרות קלה לחיקוי תכונות המכשיר המוחלף
-
- איור 3. התפתחות רוחב הפס של נתח אותות וקטורי מתוצרת חברת NI הנה דוגמא להרחבת יכולות מערכת מדידה המיועדת לתחום התעופה והחלל על מנת לאפשר תמיכה במערכות מכ”ם, תקשורת ומודיעין אותות מתקדמות
-
- איור 4 מערכות ATE מסורתיות נאלצו להשתמש ביחידות נפרדות שהכילו את מכשור המדידה לתחום ה-RF, היות ועלות הציוד הזה היתה גבוה מדי בכדי לשלבו בכל המערכות. לאור ירידת מחירי מכשירי המדידה ומערכות מדידה LRU ניתן למצוא מכשור RF כחלק אינטגרלי במערכות מדידה
התמודדות עם מקדם צורה
כדי להמחיש את הבעיה הראשונה נביא כדוגמא החלפת אוסצילוסקופ מיושן בחדש, במערכת מדידה קיימת, תוך שמירה על עלויות מינמליות של החלפת TPSs. המכשול הראשון הוא מקדם הצורה (form factor). על המכשיר החדש להשתלב במקום של המכשיר הישן, בדרך כלל מסד “19. אבל צריך לזכור שכל שינוי בתצורת (layout) המסד יוביל למספר גדול מאוד של שינויים בתיעוד (שלא לדבר על הופעת בעיות בתחום לכידות אות (signal integrity) שעלולות לנבוע משינוי באורכי המוליכים. הבעייתיות הכרוכה בשינוי תצורת המכשיר היא אחת הסיבות מדוע ב-30 השנים האחרונות מערכות VXI ולאחריהן מערכות PXI השתלטו על שוק מערכות המדידה הצבאיות והאוויוניות. מפרטי PXI מבטיחים שמכשירים העומדים בתקן PXI יהיו תואמים במידותיהם ויתאים ללוח חיבורים אחורי ולא יחייבו שינויי חיווט.
שינויים בשכבת HAL
הבעיה השניה כרוכה באינטגרצית חומרה בשכבת hardware abstraction layer . עלויות התחזוקה של כל מערכת מדידות המיועדת לפעול +10 שנים מתוכננות מראש. ניתן להפחית את העלויות על ידי העדפת חומרה יעודית של יצרן כלשהו, והחלפת דרייברים והטמעתם בשכבת HAL או measurement abstraction layer . ביצוע תהליכים אלה ולפעמים אף פיתוח הדרייברים הוא באחריות מהנדס התוכנה. במערכות HAL’s רבות משולבים דרייברי IVI ודרייברים מסוג plug and play. בדוגמא שבחרנו, החלפת אוסצילוסקופ ישן בחדש, נוכל להניח שהתהליך יבוצע בקלות היות וקיימים מפרטי IVI מתאימים.
-
- איור 5. שילוב מהנדסי מדידות כבר בשלבי פיתוח מוקדמים יכול להקדים את מועד הוצאת המוצר לשוק, להוריד עלויות ייצור ולשפר את התפוקה
-
- איור 6. בארגונים רבים קיימות יחידות נפרדות לפיתוח והטמעת מערכות מדידה. מהנדסי מדידות יכולים להשפיע על עלויות התפעול של המערכות התומכות, אך לשם כך עליהם להרחיב את השפעתם, ולהציע פתרונות אשר יורידו את עלויות הטווח הארוך של תמיכה במערכות ATE
חדש בפני ישן – תוציאו?
הבעיה השלישית חבויה בתשובה לשאלה הבאה: “האם הטוב יותר הוא באמת יותר טוב?” במקרה שבחרנו, אין ספק שאוסצילוסקופ חדש מתקדם בכמה דורות טכנולוגיים ביחס למכשיר הישן. אך כיוון שעכשיו זמני העליה וזמני התייצבות המדידה שונים, קצב הדגימות של המכשיר החדש יכול להיות גדול פי 3, 5 או אף 10 והדבר מתבטא בעשרות TPSs שעכשיו כבר לא מתאימים למערכת. בעיה אחרת מתעוררת כאשר TPSs של הדור הקודם דורשות אותות דרבון מסוגים שכיום כבר אינם בשימוש. במצב שכזה מהנדס המדידות חייב לעבור על כל בסיס הנתונים ולזהות את כל ה-TPSs שייפגעו משילוב המכשיר החדש. לא תמיד בסיס נתונים שכזה עדיין קיים, ואם כן הדבר יכול לדרוש שבועות ואף חודשים של עבודה ידנית. מערכות מדידה המשלבות מכשירים מוגדרי תוכנה – software-designed instruments פחות רגישות לבעיה זו. SDI משלבים FPGA הניתן לתכנות על ידי המשתמש, יחד עם ליבה אנלוגית וטכנולוגיות קצה קדמי שניתנות לתכנות. אלה הם המכשירים הגמישים ביותר הנמצאים בשוק. בדוגמא שבחרנו – הטמעת אוסצילוסקופ, אם נבחר מכשיר בטכנולוגיית SDI אזי מהנדס המדידות, או מי שיפתח את ה-TPS, יוכל פשוט להטמיע פונקציות דירבון יעודיות ב-FPGA ובכך לחקות את אותות הדירבון שהיו במערכת הישנה. המהדרין יכולים אף להרחיק לכת ולחקות באמצעות DSP את הביצועים האנלוגיים של ממירי ה-A/D של המערכת הישנה.
מדידות בתחום RF פיתוח RF מהיר
בקצה השני של הספקטרום (גם בהיבט מילולי והן באופן מעשי) נמצאות מערכות תדרי הרדיו, מערכות מכ”ם, מודיעין אותות, תקשורת ו-line-replaceable units . על מהנדסי המדידות להיות מעודכנים בתחום לא רק על מנת להתמודד עם הטכנולוגיות של היום, אלא לפתח מערכות שיוכלו לתמוך בדור הבא של הציוד.
בעבר לא נהגו לשלב במערכות מדידה מכשור למדידות אוטומטיות בתחום ה-RF, וזאת לאור מחירן הגבוה. ככל שעלה מספר ה-LRU בעלות יכולות מדידה בתחום ה-RF ויחס עלות/תועלת של מכשור ה-RF השתפר, שולבו מכשירי מדידה לתחום RF כחלק אינטגרלי של ליבת מערכות מדידה.
על מנת להדגים את המורכבות הניצבת בפני מהנדס המדידות ניקח כדוגמא מערכת מדידה המיועדת לביצוע במערכת מכ”ם מרובת אנטנות לגילוי כיוון. כאשר המערכת נמצאת אצל היצרן ניתן להניח שהמדידות של כל אנטנה תערכנה בנפרד, זו לאחר זו. לצורך ביצוע מדידה שכזו ניתן להשתמש בציוד יקר הכולל מקור אות בעל ביצועים גבוהים, נתח וקטורי רחב סרט, ומכלולי תקשורת מהירים לצורך בקרת ה-UUT. האתגר של מהנדס המדידות הוא ליצור מערכת שכזו עבור תחזוקת דרגי השדה (שיקולי תקציב – כבר אמרנו?)
כאשר מבצעים מדידות לצורך תחזוקה שוטפת, או בדיקת ציוד שחזר מן השדה, השאלה הניצבת בפני מהנדס המדידות היא לא “האם בנינו את זה נכון?”. עכשיו השאלה שעמה הוא מתמודד היא אחרת: האם המערכת אכן מבצעת את אשר הוטל עליה לבצע. על מנת לבדוק את ביצועי המערכת בעולם האמיתי ישנו צורך לחקות את התנאים האמיתיים בהם פועלת המערכת הנבדקת תוך שמירה על סינכרון כל האותות, תפעול מדוייק של חוגי בקרה סגורים בין מקור האות לנתח האות על מנת לאפשר עיבוד אות ומדידת אחדות המופע של המערכת. על מנת לשלוט באתגרי הסינכרון והעברת האותות על מהנדס המדידות להכיר לא רק את המכשירים אלא גם גישות מערכתיות כגון PXI. על מנת לחקות את סביבת העבודה האמיתית תוך פעולה בחוג בקרה סגור יש צורך להשתמש במכשור RF בעל ארכיטקטורה המשלבת הזרמת אותות, עיבוד אות מבוסס FPGA, וטכנולוגיות קצה קדמי עתירות ביצועים ורוחב פס גדול ויכולת לכידה ועיבוד של אותות. לא סוד הוא שעלות התפעול של הציוד עולה אם יש צורך לשלוח אותו לבדיקות תכופות במעבדות בדרגים גבוהים יותר. ירידת מחירי מכשור ה-RF מאפשרת לשלב אותו במערכי בדיקה המיועדים לדרגי השדה ולשפר את הסיוע באיתור תקלות שהדרגים הגבוהים יכולים להעניק לדרגי השדה מרחוק.
הנדסת מדידות ארוכת טווח
לא אחת אילוצי תקציב מאלצים את מהנדס המדידות לבצע תיקון מיידי וזול שפותר את הבעיה אך אינו מתחשב בהתפתחות טכנולוגית עתידית ואינו מתאים לארכיטקטורה שתאפשר תחזוקה פשוטה שתאפשר שדרוגים עתידיים. הדבר יכול להתברר כיקר כאשר מסתכלים על עלויות התפעול הכוללות של המערכת בטווח הארוך.
אבל רצוי לחשוב על השלכות ארוכות טווח עוד בשלבי הפיתוח המוקדמים. ארגונים שישלבו מהנדסי מדידות בצוות הפיתוח כבר בשלבי תכנון מוקדמים בגישת (Design For Test (DFT או בגישת (Design for Manufacturability (DFM יוכלו להטמיע בתהליכי הפיתוח ידע והבנה שיתרמו ליציבות מערכות המדידה, לשפר את התיאום בין המערכות הנבדקות לבין מערכת הבדיקה ויאפשרו להגיע לאופטימיזציה מירבית. בנוסף יש חשיבות לכך שמהנדסי המדידות ישולבו גם בשלבים מוקדמים של תהליכי הצגת מוצר חדש – product introduction . כך הם יוכלו לפתח תוכנות בדיקה יעודיות בשתוף פעולה עם מהנדסי האימות על מנת להקל על בדיקות האימות ותהליכי ההעברה לייצור. חברת NI אימצה גישה זו כבר בתחילת שנות האלפיים, ומאז היא מוציאה לשוק למעלה מ-200 מוצרים חדשים בשנה כאשר מידת הסיבוכיות שלהם עולה בכל דור.
כותב המאמר רג’י רקטור (Reggie Rector) הוא מנהל מוצר בכיר של מערכות PXI ו-ATE בחברת NI, ומתמקד במערכות PXI עבור תחום האירוספייס.
