使用虛擬儀控降低測量成本

表一：發(fā)展量測系統(tǒng)的成本來源與對應之成本控制解決方案

量測應用系統(tǒng)的成本

請試著回想您在前一個量測系統(tǒng)上所耗費的時間，您可能花了大部分的專案時間在設定硬體組態(tài)與開發(fā)應用程式。如果您仔細檢驗這樣的量測系統(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)上所花費的成本所做的調查，。您可發(fā)現(xiàn)，平均來說，他們認為硬體和軟體售價是最大的單一成本來源，然而其他項目累加起來所耗費的時間成本卻佔了整體成本的絕大部分。（註：時間成本以每小時100美元計算）

圖一：開發(fā)量測應用系統(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。虛擬儀測結合了軟體與現(xiàn)成的硬體技術，并利用現(xiàn)今個人電腦的高效能與高彈性，有效地降低每一項成本?！窷ational Instruments的這套系統(tǒng)可以有效降低成本、節(jié)省時間，同時又能兼顧結果的可重復驗證性與系統(tǒng)壽命?！筍.E.A. Datentechnik GmbH.的Wolfram Koerver如此表示。

降低制定系統(tǒng)規(guī)格的時間成本

決定量測項目以及進階分析種類可能會很花時間。而當您終于做好選擇，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實際體驗，或至ni.com/taiwan索取免費光碟）會協(xié)助您按部就班地制定所需的系統(tǒng)規(guī)格；它會引導你選取正確的感測器或信號種類、取樣頻率、頻道數量以及其他參數，最后它會列出最符合您需求的軟硬體解決方案。

在ni.com網站上也可以找到第三方供應商的諮詢服務，這些服務會推薦產品來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

降低軟硬體的價格成本

一個資料擷取系統(tǒng)（DAQ system）中最顯著的成本當然是硬體和軟體的價格。大多數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，硬體與軟體的價格只佔整體成本的36%，而其他方面所耗費的時間與金錢佔據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)成技術所對應的價格與效能趨勢：圖三是過去幾年12位元與16位元類比數位轉換器的價格趨勢；請?zhí)貏e注意：90年代初期購置一個12位元轉換器所需的費用在今天可以購置一個16位元轉換器！像這樣的趨勢讓National Instruments有能力持續(xù)地以相當或更低的價錢提供更好的資料擷取效能。在個人電腦產業(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：數位類比轉換器與NI資料擷取裝置的價格與效能趨勢

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構，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位元資料擷取技術的新低價。在2004年，NI在該產品線加入了新的低成本數位介面產品以及類比輸出產品，與較早的類似裝置比起來，這些產品分別節(jié)省了30%與70%的單頻道成本。

降低設定組態(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，設定所有必備的組態(tài)，并確認系統(tǒng)的每一個部分都運作正常。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、繞線以及待測物的準備。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機和開啟機殼的麻煩。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。

若要更進一步簡化安裝與連結流程，NI目前正參與開發(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)應用程式的時間成本

開發(fā)量測應用的程式碼通常會佔去30%的整體成本，若能採用省時的應用程式開發(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行資料擷取的組態(tài)，包含時序、觸發(fā)以及感測器單位轉換，整個過程只需三個簡單的步驟：

一、 選擇您的DAQ「任務（task）」種類（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或多個實體頻道，將其關聯(lián)到該「任務」并輸入電壓或感測器單位轉換的相關資訊，以供爾后資料以適當的單位顯示。

三、設定時序、觸發(fā)與取樣的相關項目（例如連續(xù)波形輸入、1kS/s取樣頻率、以數位觸發(fā)訊號來啟動運作）

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，而毋須重新設定整個系統(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，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小幫手來自動產生可修改的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，您可以從那些已驗證可正確運作的程式碼開始建置（而毋需從頭開始撰寫），這樣的自動產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定DAQ裝置的時間。

NI-DAQmx還包含了一項名為「虛擬頻道」的技術。每一條虛擬頻道對應到一條實體頻道，并包含相關的電壓、感測器或客制化單位轉換資訊，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，您可省下個別設定單位轉換選項的時間。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進行開發(fā)。NI-DAQ驅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用需求的范例，范例中會明確指出開發(fā)該應用系統(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處理完成。

為了得到更精確的結果，您可能會想要進行整個硬體系統(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，但您可以進行修改以配合任何種類的應用。

對您的量測應用系統(tǒng)進行完整徹底的除錯和和測試也會耗費大量的時間，同時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(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品上市時間，并促成更有競爭力的價格。要更清楚地確認這點，您可以檢驗下表二。這份表格以一個樣本系統(tǒng)為例，其硬體和軟體耗費$50,000，而時間成本則根據圖一的比例計算，從中可以發(fā)現(xiàn)，藉由運用虛擬儀測所節(jié)省下的整體系統(tǒng)成本最少可達10%，最多則可達40%。
　

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