逐浪AI大潮，以澎拜之力革新產(chǎn)品測(cè)試

作者：是德科技產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理 Bernard Ang

產(chǎn)品測(cè)試一直都是開(kāi)發(fā)過(guò)程中確保產(chǎn)品在功能和性能方面符合市場(chǎng)預(yù)期的關(guān)鍵一環(huán)。然而，傳統(tǒng)的產(chǎn)品測(cè)試流程需要投入大量的時(shí)間和資源。另一方面，現(xiàn)代的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)也變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)運(yùn)行條件的要求也愈發(fā)嚴(yán)苛，如要求低功耗、融合更多的傳感器以及添加更多的輸入/輸出接口等。

令人欣慰的是，人工智能（AI）技術(shù)正逐漸被運(yùn)用于現(xiàn)代化的產(chǎn)品測(cè)試流程，有望在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)提高測(cè)試的效率、準(zhǔn)確性和可擴(kuò)展性。

此篇是德科技署名文章旨在探討AI技術(shù)革新產(chǎn)品測(cè)試的潛能，并詳細(xì)解讀產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段，將AI技術(shù)集成到產(chǎn)品測(cè)試中所能帶來(lái)的積極意義，以及適用于產(chǎn)品測(cè)試的各種AI技術(shù)，例如采用機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法進(jìn)行預(yù)測(cè)性維護(hù)或者缺陷檢測(cè)等，同時(shí)探索現(xiàn)實(shí)世界的各種應(yīng)用場(chǎng)景、挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

產(chǎn)品測(cè)試的生命周期

眾所周知，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期有幾個(gè)關(guān)鍵階段。工程師會(huì)在各個(gè)階段執(zhí)行產(chǎn)品測(cè)試工作，以確保整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程符合公司制定的業(yè)務(wù)計(jì)劃和目標(biāo)。隨著時(shí)間的推移，大多數(shù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程會(huì)因?yàn)樾率袌?chǎng)需求的出現(xiàn)以及激烈的競(jìng)爭(zhēng)等因素而變得越來(lái)越復(fù)雜。圖 1 顯示了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期的各個(gè)階段。

圖1：產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段

創(chuàng)意和規(guī)劃階段

創(chuàng)意階段的導(dǎo)入意味著開(kāi)啟一個(gè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。該階段的主要任務(wù)是從客戶、科研機(jī)構(gòu)和外場(chǎng)等各種渠道收集與新產(chǎn)品創(chuàng)意有關(guān)的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，需要做相關(guān)調(diào)研，尋找產(chǎn)品的潛在市場(chǎng)，并且盡可能從客戶那里挖掘更多的用例信息。

要對(duì)所有內(nèi)部和外部的需求進(jìn)行鑒別，并按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序?？蛻粜枨笫菓?yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮的事項(xiàng)，此外針對(duì)技術(shù)可行性的調(diào)研也很重要。這一階段為后續(xù)的測(cè)試工作奠定了基礎(chǔ)，因而非常關(guān)鍵。在該階段，AI可以通過(guò)分析歷史數(shù)據(jù)和市場(chǎng)走向來(lái)預(yù)見(jiàn)潛在的問(wèn)題并對(duì)測(cè)試計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，從而為工程師提供幫助。

設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段

在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段，分步驟制作硬件電路原型并執(zhí)行測(cè)試驗(yàn)證對(duì)于確保產(chǎn)品的有效構(gòu)建而言至關(guān)重要。在該階段，設(shè)計(jì)人員將設(shè)計(jì)、編碼和開(kāi)發(fā)固件或者嵌入式軟硬件。

最初的測(cè)試驗(yàn)證還將追蹤各個(gè)功能的表現(xiàn)情況，以確保其符合客戶的要求。AI技術(shù)可以根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范和用例自動(dòng)生成各種測(cè)試用例和場(chǎng)景，確保測(cè)試用例的全面覆蓋并降低人為錯(cuò)誤導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。

測(cè)試驗(yàn)證階段

所謂測(cè)試驗(yàn)證也就是在硬件開(kāi)發(fā)的最后階段進(jìn)行詳細(xì)的性能測(cè)試。不過(guò)，大多數(shù)的最終驗(yàn)證測(cè)試通常發(fā)生在最終的產(chǎn)品認(rèn)證階段，以確保硬件和嵌入式軟件符合客戶、公司內(nèi)部、法律法規(guī)以及監(jiān)管部門的要求，并獲得相應(yīng)的認(rèn)證。

這一階段的測(cè)試必須要全面。由AI驅(qū)動(dòng)的測(cè)試工具可以自動(dòng)執(zhí)行重復(fù)性的工作、分析海量的測(cè)試數(shù)據(jù)，并鎖定可能識(shí)別出潛在缺陷的模式，從而顯著增強(qiáng)這一階段工作的有效性。完成測(cè)試驗(yàn)證和產(chǎn)品認(rèn)證之后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確保新品能夠充分滿足產(chǎn)品發(fā)布所需的各種規(guī)格要求。

開(kāi)發(fā)和維護(hù)階段

產(chǎn)品發(fā)布之后，將會(huì)進(jìn)入生產(chǎn)組裝和測(cè)試流程，進(jìn)而完成產(chǎn)品訂單。部署之后的測(cè)試和持續(xù)監(jiān)測(cè)對(duì)于始終確保產(chǎn)品的質(zhì)量水平而言至關(guān)重要。AI技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的性能表現(xiàn)，檢測(cè)異常情況并預(yù)測(cè)維護(hù)需求。這種持續(xù)的反饋閉環(huán)有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的迭代更新。

將AI技術(shù)集成到產(chǎn)品測(cè)試中，裨益良多

全球許多公司都在諸多應(yīng)用領(lǐng)域中使用AI技術(shù)，其中包括產(chǎn)品測(cè)試?？焖傧蚴袌?chǎng)推出高質(zhì)量的產(chǎn)品意味著在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，贏得更多市場(chǎng)份額。在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，采用AI技術(shù)來(lái)執(zhí)行產(chǎn)品測(cè)試大有裨益。

更高的效率

產(chǎn)品測(cè)試可能會(huì)非常繁瑣，特別是對(duì)汽車甚至現(xiàn)代洗衣機(jī)等復(fù)雜的產(chǎn)品執(zhí)行測(cè)試，情況更是如此。這些產(chǎn)品中通常配備了諸多傳感器、運(yùn)動(dòng)部件、輸入和輸出接口以及圖形顯示用戶界面等。而這也是AI的用武之地，AI技術(shù)可以搜集數(shù)據(jù)并通過(guò)特定的算法來(lái)運(yùn)行這些數(shù)據(jù)，從而開(kāi)發(fā)出一整套經(jīng)過(guò)優(yōu)化的、適用于任何環(huán)境的測(cè)試用例。因此，采用AI技術(shù)可以提高測(cè)試流程的效率，顯著縮短測(cè)試用時(shí)。

更高的精準(zhǔn)度

產(chǎn)品測(cè)試可以用來(lái)測(cè)量數(shù)字或模擬電信號(hào)的性能、聲音、振動(dòng)、力學(xué)或者視覺(jué)信息。如果機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠解讀這些數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)并理解預(yù)期的結(jié)果，然后采取行動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行完善從而提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，則意味著AI能夠處理這些數(shù)據(jù)。與較為傳統(tǒng)的、由人工操作的視覺(jué)檢測(cè)測(cè)試流程相比，AI技術(shù)能夠顯著增強(qiáng)缺陷檢測(cè)能力，減少人為錯(cuò)誤，優(yōu)勢(shì)非常明顯。

降低成本

由AI驅(qū)動(dòng)的測(cè)試工具能夠智能化管理重復(fù)且耗時(shí)的工作任務(wù)，從而為人類提供幫助。它們可以替工程師執(zhí)行許多離線任務(wù)，如測(cè)試調(diào)度、批量測(cè)試、最大化測(cè)試設(shè)備利用率、自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試配置和執(zhí)行、數(shù)據(jù)處理等。通過(guò)自動(dòng)執(zhí)行各類任務(wù)，AI能夠大量減少原本需要人工執(zhí)行的測(cè)試工作，從而降低成本。

增強(qiáng)可擴(kuò)展性

進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試通常需要收集大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)如果使用不當(dāng)，往往會(huì)造成信息浪費(fèi)。AI的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)之一在于，它能夠根據(jù)產(chǎn)品的復(fù)雜性和終端用戶的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展。也就是說(shuō)，AI可以進(jìn)行功能擴(kuò)展，以便管理大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，并動(dòng)態(tài)適應(yīng)復(fù)雜的測(cè)試場(chǎng)景。由此帶來(lái)的成效之一是，通過(guò)提供高質(zhì)量的產(chǎn)品為終端用戶創(chuàng)造價(jià)值。

將AI技術(shù)用于產(chǎn)品測(cè)試

測(cè)試工程師可以在產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程中，根據(jù)其具體用例和現(xiàn)有測(cè)試數(shù)據(jù)的架構(gòu)而量身打造的各種AI技術(shù)和算法。如果是新項(xiàng)目，測(cè)試工程師也可以靈活地從零開(kāi)始創(chuàng)建模型和數(shù)據(jù)架構(gòu)。這些AI算法通?？梢员粍澐譃槿箢悾罕O(jiān)督學(xué)習(xí)算法、無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)算法和強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法。

監(jiān)督學(xué)習(xí)算法

顧名思義，該算法是一種有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)和訓(xùn)練方法，它能夠接收帶標(biāo)記的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行訓(xùn)練，從而預(yù)測(cè)由其他數(shù)據(jù)可以推導(dǎo)出的結(jié)果。在該過(guò)程中，需要熟諳原始數(shù)據(jù)、通曉良好結(jié)果的專家?guī)椭鶤I算法捕捉一些錯(cuò)誤信息。

這些著名的監(jiān)督學(xué)習(xí)算法包括決策樹(shù)算法、樸素貝葉斯算法和支持向量機(jī)算法。用戶可以利用這些算法得出分類結(jié)果。分類意味著結(jié)果為是或者否 ，一或者二，通過(guò)或者失敗。這些算法還可以將數(shù)據(jù)點(diǎn)位分為多個(gè)類別。

與線性回歸算法一樣，監(jiān)督學(xué)習(xí)算法也是通過(guò)在圖表上設(shè)置X軸和Y軸得出數(shù)據(jù)序列，從而構(gòu)建一個(gè)線性回歸方程，以最好地解釋自變量與因變量之間的關(guān)系。X 軸是自變量，Y 軸是因變量。算法生成的線性回歸方程可以幫助人們推導(dǎo)和預(yù)測(cè)未來(lái)可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。

無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)算法

有些算法，如 K-Means 聚類和高斯混合模型，不需要監(jiān)督學(xué)習(xí)。它們不需要帶標(biāo)記的數(shù)據(jù)，而是根據(jù)接近程度將數(shù)據(jù)分類放入預(yù)先設(shè)定好的聚類中，從而創(chuàng)建模型、分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并從中得出有實(shí)際價(jià)值的洞察和見(jiàn)解。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法

強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法是第三種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，它將接收到的獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)作為反饋，用于評(píng)估自身在環(huán)境中執(zhí)行動(dòng)作后所帶來(lái)的影響。這類機(jī)器學(xué)習(xí)算法是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的學(xué)習(xí)過(guò)程，需要執(zhí)行動(dòng)作的智能體（agent）以及外圍的執(zhí)行環(huán)境。

當(dāng)環(huán)境向智能體發(fā)送一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，提示它執(zhí)行特定的動(dòng)作之后，循環(huán)的學(xué)習(xí)過(guò)程就開(kāi)始了。智能體執(zhí)行動(dòng)作之后，外圍環(huán)境會(huì)發(fā)送一個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)信號(hào)，告訴智能體結(jié)果如何，使其能夠更新和評(píng)估之前的動(dòng)作。有了這些新信息，智能體就可以重新采取新的行動(dòng)。如此循環(huán)往復(fù)，直到環(huán)境發(fā)出停止信號(hào)。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法適用于自然語(yǔ)言處理，如網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)聊天、聊天機(jī)器人、文本或語(yǔ)音翻譯、語(yǔ)言建模等。它們還適用于周圍環(huán)境不斷動(dòng)態(tài)變化的自動(dòng)駕駛汽車相關(guān)應(yīng)用、能夠改善疾病診斷和治療的醫(yī)療保健行業(yè)以及工業(yè)自動(dòng)化等應(yīng)用。

AI在實(shí)際產(chǎn)品測(cè)試中的應(yīng)用

世界各個(gè)地區(qū)的不同行業(yè)和公司正在利用AI技術(shù)革新復(fù)雜的軟硬件測(cè)試方法，利用AI技術(shù)提高測(cè)試的效率、準(zhǔn)確性、成本效益和可擴(kuò)展性，從而獲得諸多裨益。以下是三種典型的AI用例：

第一：AI在軟件測(cè)試中的應(yīng)用

銀行、金融服務(wù)和保險(xiǎn) (BFSI) 業(yè)的一家軟件公司必須確保其所有銀行軟件應(yīng)用程序，如手機(jī)銀行、信用卡、電子錢包、交易和投資以及保險(xiǎn)應(yīng)用程序，都能滿足其所有的性能、功能和系統(tǒng)集成要求。此外，這些軟件應(yīng)用程序還必須符合所有的兼容性要求、滿足業(yè)務(wù)流程需要并達(dá)到安全監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)。

該公司利用AI技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)測(cè)試自動(dòng)化，將測(cè)試覆蓋率提高了 90%，從而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，并將新產(chǎn)品的上市時(shí)間縮短了 40%，同時(shí)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下將效率提高了 40%以上，并通過(guò)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段消除風(fēng)險(xiǎn)最大限度地降低了總成本。

第二：AI在機(jī)器視覺(jué)測(cè)試中的應(yīng)用

一家PCB組裝（PCBA）公司需要簡(jiǎn)化其制造流程，以便為全球客戶提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的 PCBA 制造服務(wù)。該公司向著這個(gè)目標(biāo)邁出了大膽的一步，將AI運(yùn)用到了其制造流程的各個(gè)階段，包括PCB 設(shè)計(jì)階段，在該階段，AI的性能仿真有助于更精確地設(shè)計(jì)集成電路；也包括焊接機(jī)，利用AI技術(shù)能夠控制細(xì)間距的元器件焊接；還包括基于AI技術(shù)的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)，能夠有效捕捉到產(chǎn)品缺陷。

因此，該公司利用更好的設(shè)計(jì)和更有效的、自動(dòng)化的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)方法，提高了 PCBA 產(chǎn)品的質(zhì)量，并降低了制造成本。

第三：AI在產(chǎn)品的聲學(xué)和振動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域中的應(yīng)用

一家擁有重型工業(yè)機(jī)械的公司需要確保在其運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)意外宕機(jī)的幾率極低，才能避免損失。近年來(lái)，通過(guò)將人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）用于工業(yè)機(jī)械的故障預(yù)測(cè)，使得聲學(xué)和振動(dòng)分析在早期故障檢測(cè)和診斷方面的應(yīng)用取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

AI/ML 方法（如無(wú)監(jiān)督的、用于圖像分割的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ）可利用機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的涵蓋整個(gè)歷史生命周期的聲學(xué)和振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行訓(xùn)練。完成訓(xùn)練之后，測(cè)試系統(tǒng)能夠在沒(méi)有人工監(jiān)督的情況下在線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，預(yù)測(cè)早期故障，并提供診斷以查明可能引發(fā)故障的根源。總之，這款集成了AI技術(shù)的早期故障檢測(cè)和診斷系統(tǒng)為公司節(jié)省了數(shù)百萬(wàn)美元的成本，并避免了昂貴設(shè)備的意外宕機(jī)和損壞。

AI驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)品測(cè)試的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

AI時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨，各行各業(yè)對(duì)它的應(yīng)用也將持續(xù)加深。采用AI技術(shù)的解決方案創(chuàng)新，也必然會(huì)讓產(chǎn)品的測(cè)試和開(kāi)發(fā)流程變得更加容易，從而為大眾市場(chǎng)創(chuàng)造福音。測(cè)試和測(cè)量公司也將針對(duì)特定的行業(yè)應(yīng)用推出更多易于使用的、基于AI技術(shù)的測(cè)試軟件。將AI用于產(chǎn)品測(cè)試能夠帶來(lái)諸多裨益，包括提高測(cè)試效率、增強(qiáng)準(zhǔn)確性、提高成本效益和可擴(kuò)展性。企業(yè)可以利用監(jiān)督學(xué)習(xí)算法、無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)算法和強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法等AI技術(shù)革新其測(cè)試流程，并確保更高的產(chǎn)品質(zhì)量。

AI技術(shù)將繼續(xù)向前演進(jìn)，基于AI技術(shù)的、全新的產(chǎn)品測(cè)試解決方案也將更加易于部署。許多公司抓住這一點(diǎn)在產(chǎn)品的全生命周期管理方面獲得了超越競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

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