使用虛擬儀控降低測(cè)量成本

表一：發(fā)展量測(cè)系統(tǒng)的成本來(lái)源與對(duì)應(yīng)之成本控制解決方案

量測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)的成本

請(qǐng)?jiān)囍叵肽谇耙粋€(gè)量測(cè)系統(tǒng)上所耗費(fèi)的時(shí)間，您可能花了大部分的專(zhuān)案時(shí)間在設(shè)定硬體組態(tài)與開(kāi)發(fā)應(yīng)用程式。如果您仔細(xì)檢驗(yàn)這樣的量測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程，您將會(huì)發(fā)現(xiàn)成本主要來(lái)自五個(gè)地方（參見(jiàn)下圖一）。圖一所的資料來(lái)源是針對(duì)37位不同產(chǎn)業(yè)與國(guó)家的工程師在其最近開(kāi)發(fā)的測(cè)試或量測(cè)系統(tǒng)上所花費(fèi)的成本所做的調(diào)查，。您可發(fā)現(xiàn)，平均來(lái)說(shuō)，他們認(rèn)為硬體和軟體售價(jià)是最大的單一成本來(lái)源，然而其他項(xiàng)目累加起來(lái)所耗費(fèi)的時(shí)間成本卻佔(zhàn)了整體成本的絕大部分。（註：時(shí)間成本以每小時(shí)100美元計(jì)算）

圖一：開(kāi)發(fā)量測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)的五個(gè)成本來(lái)源

過(guò)去26年來(lái)，National Instruments致力于使用虛擬儀測(cè)來(lái)為您降低整體量測(cè)成本。虛擬儀測(cè)結(jié)合了軟體與現(xiàn)成的硬體技術(shù)，并利用現(xiàn)今個(gè)人電腦的高效能與高彈性，有效地降低每一項(xiàng)成本?！窷ational Instruments的這套系統(tǒng)可以有效降低成本、節(jié)省時(shí)間，同時(shí)又能兼顧結(jié)果的可重復(fù)驗(yàn)證性與系統(tǒng)壽命?！筍.E.A. Datentechnik GmbH.的Wolfram Koerver如此表示。

降低制定系統(tǒng)規(guī)格的時(shí)間成本

決定量測(cè)項(xiàng)目以及進(jìn)階分析種類(lèi)可能會(huì)很花時(shí)間。而當(dāng)您終于做好選擇，接著還得決定該如何建置這樣一個(gè)量測(cè)系統(tǒng)。為了縮短制定系統(tǒng)規(guī)格所需的時(shí)間，National Instrument提供了豐沛的線上資源。DAQ Designer（可至 ni.com/advisor實(shí)際體驗(yàn)，或至ni.com/taiwan索取免費(fèi)光碟）會(huì)協(xié)助您按部就班地制定所需的系統(tǒng)規(guī)格；它會(huì)引導(dǎo)你選取正確的感測(cè)器或信號(hào)種類(lèi)、取樣頻率、頻道數(shù)量以及其他參數(shù)，最后它會(huì)列出最符合您需求的軟硬體解決方案。

在ni.com網(wǎng)站上也可以找到第三方供應(yīng)商的諮詢服務(wù)，這些服務(wù)會(huì)推薦產(chǎn)品來(lái)補(bǔ)強(qiáng)您選擇的軟硬體，例如可在惡劣環(huán)境下工作的感測(cè)器和個(gè)人電腦。這些工具都能夠迅速找出最符合您的應(yīng)用所需的產(chǎn)品，以節(jié)省下時(shí)間成本。

　

圖二：DAQ Designer光碟版與線上版可幫助您節(jié)省制定一個(gè)DAQ系統(tǒng)所需的時(shí)間

降低軟硬體的價(jià)格成本

一個(gè)資料擷取系統(tǒng)（DAQ system）中最顯著的成本當(dāng)然是硬體和軟體的價(jià)格。大多數(shù)人試圖降低這方面的成本，但卻沒(méi)有考慮到整體開(kāi)發(fā)成本是否有跟著下降。圖一顯示，硬體與軟體的價(jià)格只佔(zhàn)整體成本的36%，而其他方面所耗費(fèi)的時(shí)間與金錢(qián)佔(zhàn)據(jù)了整體成本的絕大部分。

虛擬儀測(cè)不只能降低時(shí)間成本，更能將硬體與軟體的耗費(fèi)降到最低。要了解箇中原理，請(qǐng)參考National Instruments在其資料擷取裝置使用的現(xiàn)成技術(shù)所對(duì)應(yīng)的價(jià)格與效能趨勢(shì)：圖三是過(guò)去幾年12位元與16位元類(lèi)比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的價(jià)格趨勢(shì)；請(qǐng)?zhí)貏e注意：90年代初期購(gòu)置一個(gè)12位元轉(zhuǎn)換器所需的費(fèi)用在今天可以購(gòu)置一個(gè)16位元轉(zhuǎn)換器！像這樣的趨勢(shì)讓National Instruments有能力持續(xù)地以相當(dāng)或更低的價(jià)錢(qián)提供更好的資料擷取效能。在個(gè)人電腦產(chǎn)業(yè)也有類(lèi)似趨勢(shì)――著名的摩爾定律（見(jiàn)圖四）；在此定律主宰下，處理器效能不斷提高，價(jià)格卻不斷下降。這個(gè)趨勢(shì)同樣地有利于虛擬儀測(cè)的使用者，因?yàn)橹灰獙㈦娔X升級(jí)就可以得到更高的軟體效能。
　

圖三：數(shù)位類(lèi)比轉(zhuǎn)換器與NI資料擷取裝置的價(jià)格與效能趨勢(shì)

圖四：摩爾定律――自1970年以來(lái)英特爾處理器效能提昇的趨勢(shì)
（資料來(lái)源：http://www.intel.com/research/silicon/mooreslaw.htm）

總地來(lái)說(shuō)，NI一直不斷地改善工程成本結(jié)構(gòu)，以降低客戶的資料擷取成本。在2002年，NI發(fā)表的多功能資料擷取裝置NI6013和NI6014寫(xiě)下了16位元資料擷取技術(shù)的新低價(jià)。在2004年，NI在該產(chǎn)品線加入了新的低成本數(shù)位介面產(chǎn)品以及類(lèi)比輸出產(chǎn)品，與較早的類(lèi)似裝置比起來(lái)，這些產(chǎn)品分別節(jié)省了30%與70%的單頻道成本。

降低設(shè)定組態(tài)的時(shí)間成本

一旦制定好規(guī)格并購(gòu)置了量測(cè)用的硬體，真正的工作才剛要開(kāi)始。您得先安裝硬體與軟體，設(shè)定所有必備的組態(tài)，并確認(rèn)系統(tǒng)的每一個(gè)部分都運(yùn)作正常。這一階段還包含了所有必要的硬體裝設(shè)，例如感測(cè)器的連結(jié)、繞線以及待測(cè)物的準(zhǔn)備。從圖一可以看到，對(duì)一個(gè)典型的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)單單這個(gè)步驟就耗費(fèi)了23%的整體成本，因此節(jié)省這部分的時(shí)間可以節(jié)省相當(dāng)比例的整體成本。

許多NI的資料擷取裝置都採(cǎi)用最新的外接式電腦匯流排規(guī)格，如USB、FireWire以及PCMCIA，如此一來(lái)就免除了關(guān)機(jī)和開(kāi)啟機(jī)殼的麻煩。另外，NI-DAQ軟體可自動(dòng)偵測(cè)新安裝的裝置，因此可以省下不少安裝時(shí)間，特別是如果您打算在不同地點(diǎn)使用同樣的硬體。

NI-DAQ還包含了其他能減少耗時(shí)的組態(tài)軟體。NI MAX（量測(cè)與自動(dòng)化瀏覽器）可自動(dòng)偵測(cè)并讓您組態(tài)所有的資料擷取裝置、GPIB裝置、FieldPoint裝置、PXI裝置以及VXI裝置，一次搞定。您也可以執(zhí)行自我診斷測(cè)試以確保所有的裝置運(yùn)作正常，您可以透過(guò)測(cè)試面板迅速地檢視資料擷取裝置上每個(gè)頻道的訊號(hào)。

若要更進(jìn)一步簡(jiǎn)化安裝與連結(jié)流程，NI目前正參與開(kāi)發(fā)IEEE P1451.4換能器電子表單標(biāo)準(zhǔn)（IEEE P1451.4 standard for transducer electronic data sheets，TEDS）?；旧蟃EDS是整合在感測(cè)器里的一小顆記憶體，它能以數(shù)位的方式提供電腦關(guān)于該感測(cè)器的資訊，讓電腦可以將感測(cè)器的電壓或電流資料轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)墓こ虇挝唬纭浮妗够颉腹铩?。您可以想像得到TEDS將會(huì)幫助您省下大量的組態(tài)時(shí)間，特別是涉及多頻道的感測(cè)器應(yīng)用時(shí)。針對(duì)那些未包含TEDS的「?jìng)鹘y(tǒng)」感測(cè)器，NI也提供了一個(gè)虛擬TEDS的資料庫(kù)，您可以在上面搜尋并下載感測(cè)器的TEDS資料，如此一來(lái)即使沒(méi)有真正的TEDS感測(cè)器，您仍然可以享受TEDS的好處。

降低開(kāi)發(fā)應(yīng)用程式的時(shí)間成本

開(kāi)發(fā)量測(cè)應(yīng)用的程式碼通常會(huì)佔(zhàn)去30%的整體成本，若能採(cǎi)用省時(shí)的應(yīng)用程式開(kāi)發(fā)工具將能大大降低這個(gè)階段的成本。National Instruments的資料擷取軟體與NI LabVIEW發(fā)展環(huán)境緊密整合，為客戶省下不少成本。

NI-DAQ能夠幫助您在軟體開(kāi)發(fā)階段省下可觀的時(shí)間。其中DAQ小幫手可以讓使用者以互動(dòng)的方式進(jìn)行資料擷取的組態(tài)，包含時(shí)序、觸發(fā)以及感測(cè)器單位轉(zhuǎn)換，整個(gè)過(guò)程只需三個(gè)簡(jiǎn)單的步驟：

一、 選擇您的DAQ「任務(wù)（task）」種類(lèi)（例如熱耦輸入或者數(shù)位輸出）

二、選定在該DAQ裝置上要使用的一個(gè)或多個(gè)實(shí)體頻道，將其關(guān)聯(lián)到該「任務(wù)」并輸入電壓或感測(cè)器單位轉(zhuǎn)換的相關(guān)資訊，以供爾后資料以適當(dāng)?shù)膯挝伙@示。

三、設(shè)定時(shí)序、觸發(fā)與取樣的相關(guān)項(xiàng)目（例如連續(xù)波形輸入、1kS/s取樣頻率、以數(shù)位觸發(fā)訊號(hào)來(lái)啟動(dòng)運(yùn)作）

有了DAQ小幫手（圖六），就毋須設(shè)定大量的資料擷取功能，這能幫助您迅速地建置一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。如果有需要的話，甚至可以回頭輕松地修改一些參數(shù)，而毋須重新設(shè)定整個(gè)系統(tǒng)。DAQ小幫手與LabVIEW的頻譜量測(cè)、直方圖等分析工具整合在一起，擷取到的資料可以直接地送入這些分析工具中，毋須做任何前置處理或額外撰寫(xiě)程式。
　

圖六：DAQ小幫手讓使用者互動(dòng)式地建立資料擷取任務(wù)，并與LabVIEW里的Express Analysis VIs緊密地整合
　

針對(duì)更復(fù)雜的資料擷取應(yīng)用，您可以使用DAQ小幫手來(lái)自動(dòng)產(chǎn)生可修改的NI-DAQmx程式碼、以供LabVIEW、C語(yǔ)言或Measurement Studio.NET使用。以這個(gè)程式碼為出發(fā)點(diǎn)，您可以從那些已驗(yàn)證可正確運(yùn)作的程式碼開(kāi)始建置（而毋需從頭開(kāi)始撰寫(xiě)），這樣的自動(dòng)產(chǎn)生程式碼的方法將可為您省下原本用來(lái)翻閱操作手冊(cè)與嘗試設(shè)定DAQ裝置的時(shí)間。

NI-DAQmx還包含了一項(xiàng)名為「虛擬頻道」的技術(shù)。每一條虛擬頻道對(duì)應(yīng)到一條實(shí)體頻道，并包含相關(guān)的電壓、感測(cè)器或客制化單位轉(zhuǎn)換資訊，使用者可透過(guò)一個(gè)互動(dòng)的選單輸入這些資訊。由于虛擬頻道可以在LabVIEW或任何其他NI開(kāi)發(fā)環(huán)境中使用，您可省下個(gè)別設(shè)定單位轉(zhuǎn)換選項(xiàng)的時(shí)間。比較下圖七中的兩個(gè)LabVIEW方塊圖，可看到在沒(méi)有虛擬頻道的情形下，僅僅為了將「熱耦合電壓」轉(zhuǎn)換為「℃」就得花掉您大量的時(shí)間；相較之下，虛擬頻道可讓您自在地專(zhuān)注在量測(cè)應(yīng)用的其他部分。

另外一種縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間的方式是以一個(gè)范例程式為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。NI-DAQ驅(qū)動(dòng)程式會(huì)安裝各式各樣的范例程式到您的平臺(tái)中，另外在ni.com網(wǎng)站上您還可以找到超過(guò)3000個(gè)范例程式，有些范例是泛用型的，其他則專(zhuān)注在特殊應(yīng)用。有了這么龐大的資料庫(kù)，您可以找到一個(gè)非常接近您的應(yīng)用需求的范例，范例中會(huì)明確指出開(kāi)發(fā)該應(yīng)用系統(tǒng)所需考量的、從資料擷取到分析到資料顯示的各個(gè)層面。

降低系統(tǒng)驗(yàn)證與硬體校正的時(shí)間成本

虛擬儀測(cè)高度依賴軟體來(lái)提昇生產(chǎn)力與提供彈性。例如在驗(yàn)證與校正階段，NI資料擷取裝置可以完全在軟體中校正，您毋須手動(dòng)調(diào)整電壓計(jì)或從電腦上移除任何硬體；取而代之地，您只要唿叫一個(gè)簡(jiǎn)單的函式，或透過(guò)程式碼、或從MAX里唿叫（見(jiàn)圖八），接下來(lái)的校正程序軟體會(huì)幫你全權(quán)處理完成。

為了得到更精確的結(jié)果，您可能會(huì)想要進(jìn)行整個(gè)硬體系統(tǒng)的系統(tǒng)校正。針對(duì)這方面的需求，NI也在線上（NI Developer Zone）提供了系統(tǒng)校正軟體給您下載，以節(jié)省一些時(shí)間。這些VI是針對(duì)熱耦合系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的，但您可以進(jìn)行修改以配合任何種類(lèi)的應(yīng)用。

對(duì)您的量測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行完整徹底的除錯(cuò)和和測(cè)試也會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，同時(shí)還可能得不到合用的錯(cuò)誤報(bào)告。NI-DAQ 7採(cǎi)用一種嶄新的方式來(lái)回報(bào)錯(cuò)誤：報(bào)告錯(cuò)誤的根源以及可能的解決方案，而非僅僅回報(bào)一組錯(cuò)誤碼讓使用者翻閱應(yīng)用手冊(cè)讀。下圖九比較了NI-DAQmx的錯(cuò)誤回報(bào)方式和某家供應(yīng)商的錯(cuò)誤回報(bào)方式。
　

圖九: N NI-DAQmx的錯(cuò)誤回報(bào)方式和某家供應(yīng)商的錯(cuò)誤回報(bào)方式。

總結(jié)

發(fā)展量測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)的五個(gè)主要成本來(lái)源里，您可以發(fā)現(xiàn)整體成本不僅包含硬體和軟體支出，還包含了「隱藏的」時(shí)間成本。我們提供資料擷取軟體來(lái)提昇您的生產(chǎn)力，我們提供線上工具以幫助您迅速地作決定并起步，我們更以合理的價(jià)格提供了準(zhǔn)確、可靠的硬體，以幫助您降低整體成本。

這些成本縮減將可逐步地幫助您縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并促成更有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。要更清楚地確認(rèn)這點(diǎn)，您可以檢驗(yàn)下表二。這份表格以一個(gè)樣本系統(tǒng)為例，其硬體和軟體耗費(fèi)$50,000，而時(shí)間成本則根據(jù)圖一的比例計(jì)算，從中可以發(fā)現(xiàn)，藉由運(yùn)用虛擬儀測(cè)所節(jié)省下的整體系統(tǒng)成本最少可達(dá)10%，最多則可達(dá)40%。
　

表二：針對(duì)一個(gè)軟硬體耗費(fèi)$50,000的樣本應(yīng)用系統(tǒng)，採(cǎi)用虛擬儀測(cè)所能節(jié)省下的成本