使用虛擬儀控降低測量成本

表一：發(fā)展量測系統(tǒng)的成本來源與對應(yīng)之成本控制解決方案

量測應(yīng)用系統(tǒng)的成本

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

圖一：開發(fā)量測應(yīng)用系統(tǒng)的五個成本來源

過去26年來，National Instruments致力于使用虛擬儀測來為您降低整體量測成本。虛擬儀測結(jié)合了軟體與現(xiàn)成的硬體技術(shù)，并利用現(xiàn)今個人電腦的高效能與高彈性，有效地降低每一項(xiàng)成本。「National Instruments的這套系統(tǒng)可以有效降低成本、節(jié)省時間，同時又能兼顧結(jié)果的可重復(fù)驗(yàn)證性與系統(tǒng)壽命。」S.E.A. Datentechnik GmbH.的Wolfram Koerver如此表示。

降低制定系統(tǒng)規(guī)格的時間成本

決定量測項(xiàng)目以及進(jìn)階分析種類可能會很花時間。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量測系統(tǒng)。為了縮短制定系統(tǒng)規(guī)格所需的時間，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）會協(xié)助您按部就班地制定所需的系統(tǒng)規(guī)格；它會引導(dǎo)你選取正確的感測器或信號種類、取樣頻率、頻道數(shù)量以及其他參數(shù)，最后它會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)會推薦產(chǎn)品來補(bǔ)強(qiáng)您選擇的軟硬體，例如可在惡劣環(huán)境下工作的感測器和個人電腦。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DAQ系統(tǒng)所需的時間

降低軟硬體的價(jià)格成本

一個資料擷取系統(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，但卻沒有考慮到整體開發(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)的時間與金錢佔(zhàn)據(jù)了整體成本的絕大部分。

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

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

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

總地來說，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)品以及類比輸出產(chǎn)品，與較早的類似裝置比起來，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)的時間成本

一旦制定好規(guī)格并購置了量測用的硬體，真正的工作才剛要開始。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)，例如感測器的連結(jié)、繞線以及待測物的準(zhǔn)備。從圖一可以看到，對一個典型的系統(tǒng)來說單單這個步驟就耗費(fèi)了23%的整體成本，因此節(jié)省這部分的時間可以節(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，如此一來就免除了關(guān)機(jī)和開啟機(jī)殼的麻煩。另外，NI-DAQ軟體可自動偵測新安裝的裝置，因此可以省下不少安裝時間，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的組態(tài)軟體。NI MAX（量測與自動化瀏覽器）可自動偵測并讓您組態(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)行自我診斷測試以確保所有的裝置運(yùn)作正常，您可以透過測試面板迅速地檢視資料擷取裝置上每個頻道的訊號。

若要更進(jìn)一步簡化安裝與連結(jié)流程，NI目前正參與開發(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)于該感測器的資訊，讓電腦可以將感測器的電壓或電流資料轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)墓こ虇挝?，例如「℃」或「公斤」。您可以想像得到TEDS將會幫助您省下大量的組態(tài)時間，特別是涉及多頻道的感測器應(yīng)用時。針對那些未包含TEDS的「傳統(tǒng)」感測器，NI也提供了一個虛擬TEDS的資料庫，您可以在上面搜尋并下載感測器的TEDS資料，如此一來即使沒有真正的TEDS感測器，您仍然可以享受TEDS的好處。

降低開發(fā)應(yīng)用程式的時間成本

開發(fā)量測應(yīng)用的程式碼通常會佔(zhàn)去30%的整體成本，若能採用省時的應(yīng)用程式開發(fā)工具將能大大降低這個階段的成本。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發(fā)階段省下可觀的時間。其中DAQ小幫手可以讓使用者以互動的方式進(jìn)行資料擷取的組態(tài)，包含時序、觸發(fā)以及感測器單位轉(zhuǎn)換，整個過程只需三個簡單的步驟：

一、 選擇您的DAQ「任務(wù)（task）」種類（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或多個實(shí)體頻道，將其關(guān)聯(lián)到該「任務(wù)」并輸入電壓或感測器單位轉(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)訊號來啟動運(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測試系統(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)定整個系統(tǒng)。DAQ小幫手與LabVIEW的頻譜量測、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程式。
　

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

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

NI-DAQmx還包含了一項(xiàng)名為「虛擬頻道」的技術(shù)。每一條虛擬頻道對應(yīng)到一條實(shí)體頻道，并包含相關(guān)的電壓、感測器或客制化單位轉(zhuǎn)換資訊，使用者可透過一個互動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開發(fā)環(huán)境中使用，您可省下個別設(shè)定單位轉(zhuǎn)換選項(xiàng)的時間。比較下圖七中的兩個LabVIEW方塊圖，可看到在沒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間；相較之下，虛擬頻道可讓您自在地專注在量測應(yīng)用的其他部分。

另外一種縮短開發(fā)時間的方式是以一個范例程式為基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)。NI-DAQ驅(qū)動程式會安裝各式各樣的范例程式到您的平臺中，另外在ni.com網(wǎng)站上您還可以找到超過3000個范例程式，有些范例是泛用型的，其他則專注在特殊應(yīng)用。有了這么龐大的資料庫，您可以找到一個非常接近您的應(yīng)用需求的范例，范例中會明確指出開發(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層面。

降低系統(tǒng)驗(yàn)證與硬體校正的時間成本

虛擬儀測高度依賴軟體來提昇生產(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，您只要唿叫一個簡單的函式，或透過程式碼、或從MAX里唿叫（見圖八），接下來的校正程序軟體會幫你全權(quán)處理完成。

為了得到更精確的結(jié)果，您可能會想要進(jìn)行整個硬體系統(tǒng)的系統(tǒng)校正。針對這方面的需求，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)省一些時間。這些VI是針對熱耦合系統(tǒng)開發(fā)的，但您可以進(jìn)行修改以配合任何種類的應(yīng)用。

對您的量測應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行完整徹底的除錯和和測試也會耗費(fèi)大量的時間，同時還可能得不到合用的錯誤報(bào)告。NI-DAQ 7採用一種嶄新的方式來回報(bào)錯誤：報(bào)告錯誤的根源以及可能的解決方案，而非僅僅回報(bào)一組錯誤碼讓使用者翻閱應(yīng)用手冊讀。下圖九比較了NI-DAQmx的錯誤回報(bào)方式和某家供應(yīng)商的錯誤回報(bào)方式。
　

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

總結(jié)

發(fā)展量測應(yīng)用系統(tǒng)的五個主要成本來源里，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」時間成本。我們提供資料擷取軟體來提昇您的生產(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)品上市時間，并促成更有競爭力的價(jià)格。要更清楚地確認(rèn)這點(diǎn)，您可以檢驗(yàn)下表二。這份表格以一個樣本系統(tǒng)為例，其硬體和軟體耗費(fèi)$50,000，而時間成本則根據(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：針對一個軟硬體耗費(fèi)$50,000的樣本應(yīng)用系統(tǒng)，採用虛擬儀測所能節(jié)省下的成本