使用虛擬儀控降低測量成本

表一：發(fā)展量測系統的成本來(lái)源與對應之成本控制解決方案

量測應用系統的成本

請試著(zhù)回想您在前一個(gè)量測系統上所耗費的時(shí)間，您可能花了大部分的專(zhuān)案時(shí)間在設定硬體組態(tài)與開(kāi)發(fā)應用程式。如果您仔細檢驗這樣的量測系統開(kāi)發(fā)過(guò)程，您將會(huì )發(fā)現成本主要來(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37位不同產(chǎn)業(yè)與國家的工程師在其最近開(kāi)發(fā)的測試或量測系統上所花費的成本所做的調查，。您可發(fā)現，平均來(lái)說(shuō)，他們認為硬體和軟體售價(jià)是最大的單一成本來(lái)源，然而其他項目累加起來(lái)所耗費的時(shí)間成本卻佔了整體成本的絕大部分。（註：時(shí)間成本以每小時(shí)100美元計算）

圖一：開(kāi)發(fā)量測應用系統的五個(gè)成本來(lái)源

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

降低制定系統規格的時(shí)間成本

決定量測項目以及進(jìn)階分析種類(lèi)可能會(huì )很花時(shí)間。而當您終于做好選擇，接著(zhù)還得決定該如何建置這樣一個(gè)量測系統。為了縮短制定系統規格所需的時(shí)間，National Instrument提供了豐沛的線(xiàn)上資源。DAQ Designer（可至 ni.com/advisor實(shí)際體驗，或至ni.com/taiwan索取免費光碟）會(huì )協(xié)助您按部就班地制定所需的系統規格；它會(huì )引導你選取正確的感測器或信號種類(lèi)、取樣頻率、頻道數量以及其他參數，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商的諮詢(xún)服務(wù)，這些服務(wù)會(huì )推薦產(chǎn)品來(lái)補強您選擇的軟硬體，例如可在惡劣環(huán)境下工作的感測器和個(gè)人電腦。這些工具都能夠迅速找出最符合您的應用所需的產(chǎn)品，以節省下時(shí)間成本。

　

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

降低軟硬體的價(jià)格成本

一個(gè)資料擷取系統（DAQ system）中最顯著(zhù)的成本當然是硬體和軟體的價(jià)格。大多數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(zhù)下降。圖一顯示，硬體與軟體的價(jià)格只佔整體成本的36%，而其他方面所耗費的時(shí)間與金錢(qián)佔據了整體成本的絕大部分。

虛擬儀測不只能降低時(shí)間成本，更能將硬體與軟體的耗費降到最低。要了解箇中原理，請參考National Instruments在其資料擷取裝置使用的現成技術(shù)所對應的價(jià)格與效能趨勢：圖三是過(guò)去幾年12位元與16位元類(lèi)比數位轉換器的價(jià)格趨勢；請特別注意：90年代初期購置一個(gè)12位元轉換器所需的費用在今天可以購置一個(gè)16位元轉換器！像這樣的趨勢讓National Instruments有能力持續地以相當或更低的價(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――著(zhù)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)趨勢同樣地有利于虛擬儀測的使用者，因為只要將電腦升級就可以得到更高的軟體效能。
　

圖三：數位類(lèi)比轉換器與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(lái)英特爾處理器效能提昇的趨勢
（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構，以降低客戶(hù)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(xiàn)加入了新的低成本數位介面產(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)品分別節省了30%與70%的單頻道成本。

降低設定組態(tài)的時(shí)間成本

一旦制定好規格并購置了量測用的硬體，真正的工作才剛要開(kāi)始。您得先安裝硬體與軟體，設定所有必備的組態(tài)，并確認系統的每一個(gè)部分都運作正常。這一階段還包含了所有必要的硬體裝設，例如感測器的連結、繞線(xiàn)以及待測物的準備。從圖一可以看到，對一個(gè)典型的系統來(lái)說(shuō)單單這個(gè)步驟就耗費了23%的整體成本，因此節省這部分的時(shí)間可以節省相當比例的整體成本。

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格，如USB、FireWire以及PCMCIA，如此一來(lái)就免除了關(guān)機和開(kāi)啟機殼的麻煩。另外，NI-DAQ軟體可自動(dòng)偵測新安裝的裝置，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（量測與自動(dòng)化瀏覽器）可自動(dòng)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。您也可以執行自我診斷測試以確保所有的裝置運作正常，您可以透過(guò)測試面板迅速地檢視資料擷取裝置上每個(gè)頻道的訊號。

若要更進(jìn)一步簡(jiǎn)化安裝與連結流程，NI目前正參與開(kāi)發(fā)IEEE P1451.4換能器電子表單標準（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換成適當的工程單位，例如「℃」或「公斤」。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器應用時(shí)。針對那些未包含TEDS的「傳統」感測器，NI也提供了一個(gè)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(lái)即使沒(méi)有真正的TEDS感測器，您仍然可以享受TEDS的好處。

降低開(kāi)發(fā)應用程式的時(shí)間成本

開(kāi)發(fā)量測應用的程式碼通常會(huì )佔去30%的整體成本，若能採用省時(shí)的應用程式開(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(hù)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(guān)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)以及感測器單位轉換，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)」并輸入電壓或感測器單位轉換的相關(guān)資訊，以供爾后資料以適當的單位顯示。

三、設定時(shí)序、觸發(fā)與取樣的相關(guān)項目（例如連續波形輸入、1kS/s取樣頻率、以數位觸發(fā)訊號來(lái)啟動(dòng)運作）

有了DAQ小幫手（圖六），就毋須設定大量的資料擷取功能，這能幫助您迅速地建置一個(gè)測試系統。如果有需要的話(huà)，甚至可以回頭輕松地修改一些參數，而毋須重新設定整個(gè)系統。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(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
　

針對更復雜的資料擷取應用，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)，您可以從那些已驗證可正確運作的程式碼開(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)翻閱操作手冊與嘗試設定DAQ裝置的時(shí)間。

NI-DAQmx還包含了一項名為「虛擬頻道」的技術(shù)。每一條虛擬頻道對應到一條實(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)別設定單位轉換選項的時(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)注在量測應用的其他部分。

另外一種縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間的方式是以一個(gè)范例程式為基礎進(jìn)行開(kāi)發(fā)。NI-DAQ驅動(dòng)程式會(huì )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(guò)3000個(gè)范例程式，有些范例是泛用型的，其他則專(zhuān)注在特殊應用。有了這么龐大的資料庫，您可以找到一個(gè)非常接近您的應用需求的范例，范例中會(huì )明確指出開(kāi)發(fā)該應用系統所需考量的、從資料擷取到分析到資料顯示的各個(gè)層面。

降低系統驗證與硬體校正的時(shí)間成本

虛擬儀測高度依賴(lài)軟體來(lái)提昇生產(chǎn)力與提供彈性。例如在驗證與校正階段，NI資料擷取裝置可以完全在軟體中校正，您毋須手動(dòng)調整電壓計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 )幫你全權處理完成。

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

對您的量測應用系統進(jìn)行完整徹底的除錯和和測試也會(huì )耗費大量的時(shí)間，同時(shí)還可能得不到合用的錯誤報告。NI-DAQ 7採用一種嶄新的方式來(lái)回報錯誤：報告錯誤的根源以及可能的解決方案，而非僅僅回報一組錯誤碼讓使用者翻閱應用手冊讀。下圖九比較了NI-DAQmx的錯誤回報方式和某家供應商的錯誤回報方式。
　

圖九: N NI-DAQmx的錯誤回報方式和某家供應商的錯誤回報方式。

總結

發(fā)展量測應用系統的五個(gè)主要成本來(lái)源里，您可以發(fā)現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(xiàn)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，并促成更有競爭力的價(jià)格。要更清楚地確認這點(diǎn)，您可以檢驗下表二。這份表格以一個(gè)樣本系統為例，其硬體和軟體耗費$50,000，而時(shí)間成本則根據圖一的比例計算，從中可以發(fā)現，藉由運用虛擬儀測所節省下的整體系統成本最少可達10%，最多則可達40%。
　

表二：針對一個(gè)軟硬體耗費$50,000的樣本應用系統，採用虛擬儀測所能節省下的成本