検査技術

手作業のテストと検証を自動化する
スイッチ＆ハードウエアシミュレーション
アンドールシステムサポート（株）/ 谷口1

はじめに正純

また、作業者の人手不足、熟練度や体調によるテスト品質のバラツキは、製品の品質のバラツキに直結してしまうことになり、不良品を市場に流出してしまうリスクが高まる。主な手作製品のテストと検証を手作業で行っている企業は大変多く、業によるテストのリスクについては、下記のことが考えられる。

テスト技術者が苦労している現場を目にすることが多々ある。
ソフトウエアの世界では、手作業による人海戦術を自動化する●テスト項目が増え、生産性が悪化動きが進んでおり、様々なメーカーが自動テストや検証ツール●テスト内容により配線の切り替えによる時間のロスを提供している。そのため、容易にソフトウエアのテストを自●作業者の見落とし、勘違いによるポカミス動化する環境を構築できる。

●作業者の熟練度や体調によるバラツキ

しかし、ハードウエアの世界では、依然として手作業による人海戦術が多いのが現状である。特に日本では海外と比べ●テスト結果の入力ミス●人手不足によるパフォーマンス低下て自動化が遅れている。次のような作業を手作業で行っていないだろうか？

驚くべきことに、写真 2 のような手作業による配線の切り替え、スイッチの ON/OFFによる手動のテスト、手作業による●テスト項目によってケーブルの配線を変更する測定に依存している企業は多い。その理由は、予算、変更へ●スイッチボックスを使って外部の条件を設定するの抵抗、テスト時間を重視していないなどが考えられる。自●測定する箇所を変更するためプロービングする動化による大きな違いは、配線の切り替えやスイッチの ON／ OFFの手順をプログラムできることであり、手作業と比較開発現場や製造現場で、写真 1 のようなスイッチボックスして、より速く、よりミスがなく、より再現性が高いことである。

を使った作業を目にすることがある。これこそが典型的な手スイッチによるテストの自動化は、予算、規模、将来の拡張性動テストの例である。テスト項目ごとの手順書を見ながら、スを考慮し、プロジェクト全体の目標に合わせて小規模なものかイッチを制御して、テスト結果を記録していることが分かる。

ら手軽に導入できる。

テストを自動化する第一歩は、
このスイッチボックスによるテストを自動化することである。これらの「手作業」を「自動化」することができたら、様々な課題が解決できるようになる。
今回はテスト現場における、手作業を自動化するための方法を紹介する。

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手作業によるテストの課題

製品の品質を向上するためにはテストが重要であるが、製品の高機能化に伴い、テスト条件の複雑化が進んでいる。そのため、様々な条件でテストを行うために、テスト項目が増えており、手作業によるテストでは膨大な時間がかかってしまう。

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写真 1 スイッチボックスを使用したテスト

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企業の競争力を向上するためには、限られた人員の負荷を低減して、作業員しかできないことに注力するために、テスト作業の自動化を進める企業が急速に増えている。
自動テストの要求は、主に産業機器、オートモーティブ、アビ3

テストを自動化する
PXI規格とLXI規格

一般的にテスト作業のすべてを自動化するには、膨大なオニクス、医療、宇宙、通信機器など、高い信頼性と安全性が費用がかかってしまう。実は作業者の「単純作業」と「繰り返求められる機器で求められてきたが、現在では IoT機器、組込し作業」のみを自動化するだけでも、十分な効果を得ることみ機器など、あらゆる製品のテストと検証の場面で自動化がができる。 自動化するための仕組みには、GPIB（General進められている。システム全体が複雑化する中で、品質保証、Purpose Interface Bus）という計測器の汎用インタフェー

安全性を保証するためには、様々なセンサ、不安定な電源、スがある。GPIBは、1975 年にIEEEで国際標準規格化されケーブルの断線など、特殊な条件下で製品、システムのテストた。しかし、計測器の進化に伴い、通信速度が不十分になったをすることも重要となる。この複雑な条件をシミュレーションため、今日では GPIBから、写真 3 のように、PXI、LXIという新モジュールやスイッチングモジュールを利用する事により、効たなオープン規格が世界の主流となり、通信速度の高速化が率的に自動テストの環境を構築できる。

進んでいる。また、USB、PCIといったパソコンベースのテス自動テストによる製品のテストと検証を実現できると、下記3 つのポイントが改善できる。

ト環境もある。
PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）
は、
2005
年にPXISA（PXIシステムアライアンス）が規格化した自動テ●機器の繋ぎ変えを自動化でき、テスト時間を短縮できる

スト用の PCベースのプラットフォームである。高速データインタフェースを利用するためのモジュール式計測システムで、●同じテストを正確に繰り返し実行でき、テストの正確な再オープン規格を採用しているため、あらゆるメーカーの PXIモジュールとPXIシャーシを混在して使用できる仕様となってい現ができる●実環境では作れない過酷な条件や発生頻度が低い条件る。PXI規格では、機械的、電気的、およびソフトウエアのインタフェースを規定しているため、インテグレーションおよびソフ下でテストできる

トウエア開発にかかるコストを最低限に抑え、複数メーカーを組み合わせてもトラブルのないテストシステムを構築することができる。
LXI (LAN-based eXtensions for Instrumentation)
は、2005 年にLXIコンソーシアムにより規格化され、LANを

写真 2

手作業によるテスト

写真 3 自動テスト用の標準インタフェース

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アンドールシステムサポート（株）ベースとした自動テストに適した通信規格である。様々なメー

ジュール」と、センサ、電源、デジタルIOなどをシミュレーションカーが開発した LXI準拠の機器を、通信やセットアップの問題するための「ハードウェアシミュレーションモジュール」は、機なしに連携することを保証している。また、LXI規格は、GPIB能ごとにすべてモジュール化されており、現在は 1,800 種類や PXIシステムなどの他のテストおよび測定制御システムをを超えている。写真4に示すように、自動化に必要なモジュー補完することを保証している。

ルをPXIもしくはLXIシャーシに挿入して、自動テスト用のハードウエア環境を構築できる。モジュールの詳細は、https://

4

www.andor.jp/pickering/download/より資 料 をダウン

PXIとLXIの構成ロードできるので参照していただきたい。
従来は製品ごとにテスト環境を自作していた企業にとって

1. PXI、LXIモジュール

は、PXIとLXIモジュールを購入するだけでテスト環境を準備

自動テストで必要となる配線切り替え用の「スイッチモできるため、テスト準備の工数と準備期間を大幅に削減することができる。また、汎用品であるため、メンテナンス性と拡張性に優れており、多品種の共通テスト装置として活用することができる。

写真 4 モジュールベースの自動テスト

写真 5

図 1 自動テストの標準インタフェース

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PXIシャーシとLXIシャーシの一例

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アンドールシステムサポート（株）2. PXI、LXIシャーシ
自動テストに必要となるモジュールの枚数に合わせて、シャーシのスロット数を選択する。小規模なシステムであれば 2 スロットの LXI、USBシャーシが用意されている。自動化

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自動テストの構成例

自動テストの基本的な構成を図 2に示す。テスト対象の基するテストシステムの規模に合わせて、
写真5のように2スロッ板を中心として、スイッチモジュールとハードウエアシミュレー

ト、4 スロット、6 スロット、7 スロット、17 スロットのシャーシまションモジュールが接続されていることが分かる。測定すべで用意されている。大規模なテストシステムを構築する場合

きテストポイントはマトリックススイッチと接続されており、スには、複数台の 17 スロットシャーシをラックに組み込んで使イッチの ON/OFFによってテスト項目に合わせて測定ポイン用することもできる。

トと計測モジュールの経路が自動的に切り替わる。測定器もPXIモジュールや LXI対応のものを選択することにより、測定3. インタフェース器の設定から測定結果の記録まで自動化することができる。

パソコンから制御するためのインタフェースは、図 1 のよう充電池を利用する機器のテスト条件には、充電池の満充電、にPXI、LXIもしくはUSBが標準となっている。PXIの特徴は、放電中、完全に放電している状態、バッテリの異常状態のときPXIコントローラを使ってパソコンからPXIモジュールをコンを考慮したテストを行う必要がある。実物の電池を使わずに、トロールする仕組みであり、ネットワークの影響を受けること充電池のあらゆる状態を瞬時に再現するために、バッテリシなく、1 つの筐体のみで大規模な自動テストシステムを容易にミュレーションを利用することができる。実物の電池を使わず構築できる。に、電池の充電状態をソフトウエアから設定することができる。

LXIの特徴は、パソコンからLANを経由して LXI機器をコン次にセンサを利用する機器のテストであるが、温度センサでトロールする仕組みである。LXIシャーシには PXIモジュー

あれば、大きな環境試験装置がなければ高温から低温まで正ルを組み込んで使用できるため、PXIと同等の拡張性を備え確に変化させることは難しい。しかし、センサシミュレーションている。ネットワーク上で LXI機器間を接続できるため、事実を利用すると、ソフトウエア制御により瞬時に指定した温度のセ上の距離に制限がなくなることが大きなメリットとなる。大きンサをシミュレーションさせることができる。センサシミュレーな筐体をテストする場合には、大変有効なテストシステムを構

ションは、プログラム抵抗で構成されており、温度センサ、ひず築できる。
また、USBによるメリットは、パソコンから USBを利 用して LXIモジュールをコントロールできることである。パソコンと機器間の距離には制限があるが、USBハブを利用して簡単に機器を増設できる。
また、すべての PXIモジュールとLXIモジュールには、ソフトウエ
アから簡単に制御できるように、Windows、LabWindows / CVI
および LabView、Python用のソフトウエアドライバが付属している。 そのため、テストシナリオに合わせた自動テスト用のプログラ
ムは、一般的なソフトウエア開発環境を利用したことがあるソフトウエアエンジニアであれば、誰でも容易に開発することができる。

図 2 自動テストの構成例

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アンドールシステムサポート（株）みゲージセンサ、熱電対センサなど、様々なセンサを模擬するプログラム抵抗モジュールには、短絡から数百万オームまでことができる。センサの代わりに、ボリューム抵抗を複数使用の幅広い抵抗範囲のモジュールが用意されている。抵抗設してセンサのシミュレーションをさせている企業が多い。しか定の分解能は、最小 0.03 ％の精度で最小 2mΩの分解能とし、ボリューム抵抗は手作業で抵抗値を調整しなければならず、なっており、広範囲のアプリケーションで利用できるよう101つの条件を作るために時間がかかってしまう。そのため、複～ 22MΩまで選択できる。

数のセンサをシミュレーションする用途には向いていない。
マイクロウェーブを利用する機器のテストには、RF信号用センサは、大きく分けて 3 つの特性に分けられる。主に「抵抗値が変化するセンサ」としては、ポテンショメータ、ひずみのスイッチが用意されている。様々な条件の RF信号発生器ゲージ、温度計がある。「電圧が変化するセンサ」は、変異セや計測器を自由に切り替えながら、テストを行うことができる。

ンサ、圧力センサ、加速度計があり、「電流値が変化するセン

また、機器の障害状態をシミュレーションするための障害シサ」は、フォトトランジスタ、フォトダイオードなどがある。

ミュレーションが用意されている。この障害シミュレーション

図 4 のように、センサシミュレーションを使用することにより、は、テスト対象の機器のケーブルが断線、電源とのショート（天テストとデバッグ時にセンサの値をソフトウエアから自在に制御絡）、GNDとのショート（地絡）、信号間のショートした状態をシすることができ、テスト対象の機器の動作をテストすることがでミュレーションするものである。ハードウエアの異常状態に機きる。ソフトウエアにより、複雑な条件を設定してテストできる器の安全性をテストすることができ、人命に関わるあらゆる製ため、テスト時間の削減とテスト品質の改善が期待できる。

品の安全性テストに活用することができる。
このように、テスト対象の機器の周辺環境をシミュレーションすることにより、テスト条件を自動的に変化させ、測定すべきテストポイントと計測器の経路をマトリックススイッチで切り替えながら自動テストすることができる。ハードウエアのテスト

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ハードウエア障害テストを自動化する方法

だけではなく、ソフトウエアの検証用としても多く使われてお安全性が求められる電子機器は、ハードウエアの障害状態り、ソフトウエアを修正するたびに、すべてのテスト項目をやりを再現したテストが必要である。システム障害のテストは新直す場合に、自動テストシステムを構築して 1クリックでテストしいものではなく、製品を検証する際の重要な側面であり、シを完了できるメリットは非常に大きいのではないだろうか。

ステムに電気な障害を挿入するテストを行う。テストプロセ
スでは、通常状態、腐食状態、電源と短絡、GNDと短絡、オー6

センサ搭載機器のテストを自動化する方法

プン（断線）回路、およびその他の電気的故障が経年、損傷、または設置不良の影響によって生じる可能性のある様々な条件を再現する必要がある。しかし、多くの企業では、実際にケーあらゆる電子機器には、制御している機器を監視するために、センサを利用している。センサには多種多様なものがあり、温度センサ、ポテンショメータ、歪みゲージセンサ、圧力センサ、加速度計、距離センサ、変異センサ、フォトトランジスタ、フォトダイオードなどがある。テストをする場合には、センサ値の上限値、下限値などを作って、テスト対象を動作させる必要がある。
実際のセンサからハードウエアシミュレーションに置き換え、実際のセンサと同じ動作を正確にシミュレートさせることができれば、ソフトウエアから自由にセンサの値を設定して、実環境では難しい条件を容易に設定することができる。
センサのシミュレーションには、図 3 のようなプログラム抵抗モジュールを使うことができる。

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図 3 プログラム抵抗

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ブルを断線させたり、短絡させたりして、実機を使って手作エアの障害発生時の回路検証、ソフトウエア検証に必要とな業でテストを行っている。このケーブルの障害状態をシミュるテストの条件を瞬時に設定することができるようになる。

レーションして、自動化したものが、
図5の障害挿入モジュール（フォルトインサーションモジュール）である。
チから構成されている。センサや通信ユニットと被検査基板

8 まとめの間に、障害挿入モジュールを中継するように接続する。U1

今回ご紹介した内容が手作業によるテストを自動化するた障害挿入モジュールの内部は、図 6 のように複数のスイッの信号は障害挿入モジュールのスイッチが ONにされており、めには、「業務で行っている繰り返しの単純作業を自動化できケーブルで直接接続されている状態と等しく、障害がない状ないか？」という視点をもつことが重要である。最初からすべ態に設定されている。次にU2 の信号は、障害挿入モジューての作業を自動化しようと考えると、プロジェクトの規模が拡ルのスイッチが OFFされているため、ケーブルが断線した状大し、高額な予算が必要となってしまう。しかし、小さな作業態と等しくなり、断線状態のテストを行うことができる。に目を向けて、作業員の手が離せないことだけを自動化しよまた、U3 の信号は障害挿入モジュールのスイッチが ONされているが、障害バスのスイッチも ONされており、障害バス

うと思えば、小規模の LXIシステムを活用して容易に作業を自動化することができる。の F4と接続されていることが分かる。F4には GNDが接続

スイッチによる自動化のアイデアは、小冊子「ピカっとわされているため、U3 の信号とGNDがショートするように設定

かる！スイッチ活 用アイデア集 1」にまとめたものを Webされていることが分かる。この状態は、U3を地絡した場合ので も 公 開 し て い る（https://www.andor.jp/pickering/

テストを行うことができる。このように、実際にケーブル、
ハーdownload/）。

ネスを切断せずに、ケーブルの不具合をソフトウエアからス今回の記事と合わせて、ご参考にして頂けると幸いである。

イッチの ON/OFFにより制御することができるため、ハードウ

図 4 センサシミュレーションの使い方

図5

障害挿入モジュール

図6

障害挿入モジュールの内部構成

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