Ramverksbaserade testsystem

Bättre kvalitet och snabbare produktutveckling till lägre pris

Av Johan Hillergren, avdelningschef, Control, Automate & Test

Den ökade andelen smarta produkter gör att behovet av test och effektiva testsystem aldrig varit större än idag. Det gäller både under utvecklingstiden och produktionen. Tekniska produkter kan idag ta fler och fler självständiga beslut i och med att de innehåller datorer. Då måste också nya lagkrav tillkomma över vilka beslut produkterna tillåts ta. Dessa krav lägger ofta ansvar på leverantören att på förhand bevisa att produkterna kommer agera på ett korrekt och säkert sätt.

Som leverantör är det såklart också viktigt att produkten fungerar som kunden förväntar sig så den upplevs som en kvalitetsprodukt. Då den smarta funktionaliteten består av mjukvara är den väldigt flexibel och kan kan ändras snabbt. Det leder till kortare och kortare utvecklingscykler av mer och mer avancerade produkter. Den snabba utvecklingen, höga flexibiliteten och avancerade funktionaliteten på produktsidan måste speglas av en liknande utveckling av företagens testsystem. De måste säkerställa att produkten uppfyller de kvalitetskrav som leverantören satt upp för sin produkt, samt de lagkrav som gäller inom dess teknikområde.

Testavdelningarnas roll

I takt med att behovet av test ökat så har också testavdelningarnas roll inom organisationen förändrats. En insikt har infunnit sig om det värde testavdelningen kan bidra med till produktutvecklingen om man bara förstår att ta vara på den data och de insikter den genererar. Dess relativa andel av en produktskostnad har dock ökat, vilket ökat trycket att minska kostnaderna. Även om designavdelningen och testavdelningen arbetar mot samma specifikation kan det hända att nödvändiga kompromisser i produktdesignen tvingar fram ändringar i testsystemets utformning. Detta bidrar till förseningar om de här ändringar tar för lång tid, vare sig det är för en ny vända av verifiering och validering, eller för produktion.

Med kortare och kortare tid mellan produktcyklerna blir möjligheten av att snabbt kunna ta fram nya eller uppdaterade testsystem bara viktigare och viktigare i alla steg av produktlivscykeln. För även om tests relativa andel av produktkostnaden ökat är dålig testning ett ännu sämre alternativ för en smart produkt. Det blir 10 gånger dyrare att åtgärda ett fel i en produkt för varje steg i utvecklingskedjan.

Vad är ett bra testsystem?

Hur bra ett testsystem är kan mätas med följande (mer eller mindre konkreta) parametrar:

• Högt genomflöde
• Hög driftsäkerhet
• Hög kvalitet, testtäckning och spårbarhet
• Låg utvecklings- och inköpskostnad
• Låg driftkostnad

Med allt annat lika skulle en förbättring av var och en av dessa enskilda parametrar också innebära ett bättre testsystem.

Det är dock ett klassiskt optimeringsproblem då en parameter ofta kan stå emot en annan. Högt genomflöde och driftsäkerhet i ett produktions- testsystem ger låga produktionskostnader. Men om det uppnåtts genom att testtäckningen sänkts så riskerar företagets totala kostnader öka. Kostnaden blir mångdubbelt högre ifall en allvarlig brist i en produktserie kommer ut i fält.

Det gäller alltså att hitta den optimala avvägningen mellan alla systemets parametrar och det finns sätt att få det mesta. Det går att både sänka kostnaderna, få korta leveranstiden och samtidigt öka kvaliteten. För att lyckas med det måste hela företagets – eller åtminstone avdelningens – testbehov måste kartläggas. Man måste även utvärdera systemen inte bara vid varje inköp, utan över tid.

Kostnaderna i ditt testsystem

Det första som bör göras är att se över vad som räknas som kostnad i ett testsystem. Att räkna den alternativa kostnaden för att inte testa vore att dubbelräkna. Det här får ses som en motivation till varför vi har ett testsystem över huvud taget. Men det finns ändå anledning att komplicera bilden lite. Vanligtvis tas bara den första investeringen av utvecklings- och inköpskostnaden av systemet i beaktande. Utvecklings- och inköpskostnaderna är en stor post och kommer i ett stycke, men under ett systems livstid är de ändå relativt små. Kostnaderna för drift, reparation och underhåll samt personal är oftast betydligt större.

Ifall det befintliga testsystemet kräver en heltidsanställd kvalificerad maskinoperatör och produktionen skall skalas upp innebär en duplicering av det befintliga systemet också att ytterligare en operatör behöver anställas. Att byta ut det gamla systemet och göra ett nytt system med högre automationsgrad i två uppsättningar kan verka oekonomiskt. Men om det gör att samma operatör kan hantera båda systemen – eller ännu bättre kunna hantera båda och ha tid över till annat – kan det paradoxalt nog vara billigare än att köpa ett nytt system av samma sort som man har (se vårt affärsscenario nedan).

Kontinuerlig förbättring

Det andra som bör göras är att sträva efter kontinuerlig utveckling där man ständigt försöker höja kvalitetsparametrarna. Att se till att små framsteg inom någon del av testorganisationen överförs till andra delar och dess värde därmed flerfaldigas. Här gäller den gamla sanningen om att inte återuppfinna hjulet. Det gäller dock att inte misstolka det ordspråket. Hjulet som koncept är ju fantastiskt och i väntan på att levitation slår igenom får det nog ses som mänsklighetens största uppfinning. Det har ju dock inte hindrat oss från att förfina, förbättra och anpassa det med avseende på material, dimension, antal, m.m.

Samma tankesätt går att använda med testsystem för att optimera våra kvalitetsparametrar, och dessutom sänka kostnaden. Generellt sett är 80% av både mjukvara och hårdvara i ett testsystem detsamma från ett skikt till nästa. Det gäller från ett företags övergripande produktportfölj, till en viss produktfamilj, och vidare till en specifik version av en produkt. Det innebär att det går att återanvända både kod, hårdvara och dokumentation från en generation av ett system till nästa, bara man designat systemet med återanvändande i tanken från början.

Genom att skapa ett ramverk med modulära delar – både för mjukvara och för hårdvara – kan man vid nyutveckling eller uppgradering välja mellan den konfiguration av moduler som är relevanta för just den här generationen. Det ger korta utvecklings- eller uppdateringstider och trots att man får ett skräddarsytt system jobbar man ändå med beprövade delsystem. Det i sin tur bidrar till kvalitet, genomströmning och driftsäkerhet. När ny funktionalitet läggs till ramverket kan de befintliga systemen uppgraderas med denna funktionalitet. Alla de framtida systemen har den sen inbyggd från början.

Riskerna minskar

En del av parametern driftsäkerhet som man ibland bortser från är hur mycket kompetens som finns bland medarbetarna för att snabbt kunna åtgärda problem. När testsystemen byggs nya från start varje gång blir kunskapsöverföringen ofta svårhanterlig. Enskilda medarbetare kan hamna i en position där de har en oproportionerligt mycket högre insikt i ett specifikt system jämfört med sina kollegor. Det är en ofördelaktig situation för företaget som löper en stor risk ifall den medarbetaren skulle lämna företaget. Även för medarbetaren kan det vara en jobbig sits att vara i ifall denne alltid måste rådfrågas även för de enklaste saker som har med de äldre testsystemen att göra. Det riskerar lätt att bli ett distraktionsmoment från det löpande arbetet. Ännu svårare kan det bli om denne vill gå vidare till en ny tjänst inom företaget men ideligen måste komma till undsättning och lösa problem med testsystem.

Ett gemensamt ramverk gör att det går att differentiera arbetsuppgifterna inom testavdelningen där erfarna medarbetare får ett större ansvar för arkitekturen av det ramverk man skapar. Nya medarbetare kan samtidigt slussas in i testavdelningen genom att inledningsvis arbeta med fördefinierade moduler. Då alla i grunden jobbar med samma kod leder det till att fler personer har förståelse för systemet. Det kan i sin tur minska stressen på enskilda medarbetarna då det är enklare att täcka upp för varandra under hektiska perioder. Det leder helt enkelt till mer kompetenta medarbetare överlag och nya karriärvägar, men minskar risken för att någon enskild medarbetare blir ”guru” utan vilken hela testverksamheten riskerar att fallera.

Ditt testsystem, en investering för framtiden

Att utveckla ett ramverk och sen ta fram det första systemet baserat på det är initialt dyrare än ett individuellt testsystem. Det ska dock betraktas som en investering i framtiden. Det finns som tidigare nämnt mycket att vinna på den investeringen om behovet är mer än bara ett till två system, eller om produkten förväntas utvecklas kontinuerligt i både små och stora steg.

Tiden för att ta fram ett nytt testsystem minskar drastiskt från system nummer två. Mindre personal per teststation behövs för att underhålla testsystemet eftersom dessa bygger på testramverket med väl beprövad kod. Personalen kan sprida kunskap och arbete bättre vilket minskar stressen på dem. Risken för företaget om enskilda personer lämnar minskar. Buggar kan hanteras och uppgraderingar kan ske kontinuerligt och kontrollerat, vilket ger kontinuerliga prestandaförbättringar i alla testsystem som använder testramverket. I och med att större delar av ramverkets dokumentation kan återanvändas från testsystem till testsystem så minskar kostnaderna drastiskt för dokumentationen och företagets kvalitetsarbete förbättras.

Affärscenario: Fix funktionalitet kontra testramverk

Ditt företag behöver investera i ett nytt testsystem. Två olika scenarion diskuteras. I det första köps färdiga system med fix funktionalitet anpassad för att passa många applikationer ok, men på bekostnad av en låg automationsgrad. I det andra scenariot utvecklas först ett modulärt testramverk, som sedan ligger till grund för samtliga efterföljande testsystem. Dessa får därför en skräddarsydd funktionalitet och betydligt högre automationsgrad.

Följande uppskattade kostnader har använts i beräkningarna nedan. Om du inte håller med om dem, eller vill testa olika scenarion, så kan du använda det här Excelarket för att göra egna beräkningar.

År 1 – Utveckling av det första systemet

I det ena fallet används ett system med fix funktionalitet som köps in för 300 000 kr. Det installeras av en anställd ingenjör för en kostnad av 50 000 kr. I det andra fallet investerar företaget i ett testramverk utvecklat och installerat av ett team av experter. Utvecklingskostnaden blir 550 000 kr. Modulär mätutrustning – ca 30% dyrare än ett fixt system – införskaffas till en kostnad av 400 000 kr. Den initiala investeringen, vilket är samma som den ackumulerade kostnaden år 1, är då nästan tre gånger så hög för ramverket och det första ramversbaserade testsystemet som för systemet med fix funktionalitet.

Första systemet kan underhållas av samma ingenjörsteam som installerade det, men då de saknar djupare kunskap om systemet och leverantören om applikationen leder det till 10 dagars oplanerat produktionsbortfall varje år. Alternativkostnaden för produktionsbortfallet uppskattas till 40 000 kr per dag, eller 400 000 kr per år. Då det har en fix funktionalitet enligt en generell specifikation kräver varje system också en heltidsanställd kvalificerad operatör till en årlig kostnad av 900 000 kr.

Det ramverksbaserade systemet underhålls dock av samma experter som utvecklade det enligt ett supportavtal. Då systemet är anpassningsbart förbättras det kontinuerligt. Driftstoppen och därmed produktionsbortfallet kan efterhand minskas till hälften genom dessa uppdateringar. Då det är skräddarsytt till den specifika applikationen har det också en högre automationsgrad och samma kvalificerade operatör som i fall ett kan sköta det. Denne behöver dock bara ägna halva sin arbetsvecka till det och kan ägna resten av veckan till andra uppgifter. Skillnaden i den ackumulerade kostnaden minskar snabbt.

År 3 – Ytterligare ett system inhandlas

Efter två år ska företaget fördubbla sin kapacitet. I båda fallen behöver nya system köpas in. Mätutrustningen kostar detsamma som tidigare, men då mjukvaran till ramverket redan är utvecklad blir installationskostnaden ungefär densamma i båda fallen. Driftkostnaderna fördubblas i båda fallen (men ger inte utslag förrän systemet driftsätts under år 4).

År 5 – Systemen uppdateras

Ytterligare två år senare behövs ny funktionalitet till båda stationerna. I det första fallet innebär det två helt nya system till samma kostnad som tidigare. I det modulära systemet går 80% av både mätutrustningen och mjukvaran att återanvända. De befintliga systemen kan uppdateras till en femtedel av kostnaden för det första ramverksbaserade systemet. Plötsligt är den totala ackumulerade investeringen i utveckling, installation och hårdvara för det ramverksbaserade systemet inte bara lägre, än för systemen med fix funktionalitet, kostnadsskillnaden börjar accelerera.

 

Livscykelkostnad i ditt testsystem
Fix funktionalitet kontra testramverk

Efter 10 år, eller två produktcykler om 5 år, är den ackumulerade kostnaden för de färdiga system som köpts in 23 miljoner. Då arkitekturen redan är väl beprövad fortsätter de att vara dubbelt så driftsäkra och kräva hälften så mycket operatörstid under körning. För den initialt trefaldiga investeringen i ett system baserat på ett skräddarsytt och flexibelt ramverk är motsvarande summa 13 miljoner.


Undrar du hur jag räknat? Prova gärna själv med egna uppskattningar.


Ladda ner artikeln ‘Ramverksbaserade testsystem’