[经验] 使用虚拟仪器技术降低您的测量成本

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高级工程师

发表于 2018-3-12 09:55:11   485 查看 0 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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   概述
   与大多数工程师一样,在开发自动化测试或测量应用时,您肯定会努力寻找缩减成本的各种途径。本文正是详述了 National Instruments (NI) 如何能够帮助您这样的工程师解决这个问题。首先是测量应用开发过程中涉及的五种成本(请看下面表 1 中的成本栏)。您将会了解到虚拟仪器技术是如何帮助您降低每一种费用,从而降低了总体测量成本的。

   测量应用的成本
   考虑一下在您最近的测量系统上所花费的时间。您可能在配置硬件和开发应用程序代码上已花费了大部分项目开发时间。如果您仔细地研究测量应用的开发过程,您将发现整个测量应用的成本可以分成五个不同的部分(如下面的图 1 所示)。图 1 的数据是就37 位不同国家不同行业的工程师所进行的最新测试测量系统的开发成本调查所得。您可以发现,硬件和软件的成本所占比例最大。然而,其它几个方面的时间成本累加起来却占了整个应用总成本的最大比例。(注意:单位时间成本被规格化为每小时 100 美元)

   自成立 26 年多以来,NI 一直都致力于通过虚拟仪器技术不断降低您测量应用开发的总成本。为了降低测量应用开发的各个阶段的成本,虚拟仪器将开发软件和最新的硬件技术相结合,在 PC 的高性能和灵活性之间找到了最佳的平衡点。“通过使用 NI 的产品,我们开发了一套既节省时间和成本又能反复常时间正常运作的解决方案,”S.E.A. Datentechnik GmbH 公司的 Wolfram Koerver 解释说。
   降低制定系统规格的时间成本
  测量方案和分析方法的选择往往很费时间。一旦您设定了测量系统的具体规格,那就要决定如何百分之百地去执行这个方案。为了缩短制定系统规格的时间,NI 提供为您提供、几种在线资源。DAQ Designer——数据采集系统配置向导(您可以访问 ni.com/advisor或问当地 NI 办事处免费索取一张 CD)可以逐步地指导您完成系统规格配置过程。它会提示您选择何种传感器或信号类型、采样率、通道数及其它诸多参数。然后,它推荐一种最适合您要求的硬件和软件解决方案。
   您也可以在 ni.com 上找到第三方配置向导,它会推荐您一些 NI 测量软硬件产品的辅助产品,如传感器,运动控制平台,在恶劣环境中进行测量所需的坚固型计算机。这两种向导方式可以将一些场用测量系统的硬件产品信息统统罗列出来,从而帮助您快速找到您所需的产品。因此,您无需花大量的时间去浏览供应商的网页而查找这些部件产品信息,从而可以更快速的开始搭建您的测量系统。

   此外,NI 世界各地的分支机构都设有技术工程师以帮助用户配置他们的测量系统。他们受过专门训练,可以为用户就他们特定的应用需要提供详细的技术咨询服务,进而为用户推荐最佳的系统配置方案。充分利用这些工程师们的专业知识和应用经验,用户可以将他们的系统配置时间将至最低。
  降低测量系统软硬件的费用
  测量系统软/硬件产品的费用无疑是数据采集(DAQ)系统最明显的成本投入。许多人都会考虑在这方面省钱,而忽略了它对总体开发成本的影响。从图 1 你可以看到,软硬件产品的费用大约占总应用成本的 36%。而在开发过程的其它方面所花费的时间和资金却占据了总应用成本的大部分。
   虚拟仪器技术不仅降低了时间成本,同时也将软硬件产品的费用降低到最小。为了说明这一点,请看图 3。它显示的是 NI 在其数据采集设备上所采用的现成即用的技术的价格和性能趋势曲线。图 3 表明了 12 位和 16 位模数转换器过去几年来的价格趋势。值得注意的是,现在的 16 位 ADC 价格要比 20 世纪 90 年代早期的 12 位 ADC 更低。这种趋势就使得 NI 今后能够以同等或更低的价格提供更佳的数据采集性能。类似的,在PC 工业领域也出现了处理器性能不断提高,而价格不断下降的趋势,这种趋势被称之为“摩尔定律”(如图 4 所示)。通过简单地省级计算机,即可获得更高的软件性能,这种发展趋势也使虚拟仪器用户受益匪浅。


   作为全球数据采集产品的市场领导厂商,NI 在生产制造过程上还具有规模经济优势。NI 在全球设有多处制造工厂,并一直努力降低生产成本从而为用户的系统开发成本。2002 年,NI 推出了低价位的 NI 6013 和 NI 6014 多功能 DAQ 设备,它们标志着 16 位数据采集产品价格的新低。2003 年底,NI 又增加了新款低价位工业数字 I/O 产品和模AO(模拟输出)产品,与早期同类产品相比,它们将每通道的价格分别降低了 30%和 70%。集合产品生产高效率与整个行业趋势,NI 将作为行业领先厂商继续努力为用户低成本的测量硬件。
  使系统搭建和配置的时间成本降至最低
   一旦你选定并购买了测量硬件,那么真正的应用系统开发任务就开始了。但是,首先你必须安装硬件和软件,做必要的设置,并确保系统各部分功能正常。这个搭建和配置阶段还包括必要的设备安装,比如传感器连接、接线和被测单元的其它准备工作。正如您在图 1 中所看到的,对于一个典型应用来说,这个步骤大约需耗费总成本的 23%(也有一些用户反映说这部分会占用他们总成本的 60%)。因此,节省搭建和配置的时间也可以大大降低总的应用成本。因为结合了现成即用的商业科技与智能的开发软件,虚拟仪器再次为您减少在系统搭建和配置部分的成本投入。
  例如,NI 的许多数据采集设备都使用了最新的计算机总线技术,比如 USB、FireWire和 PCMCIA,您无需打开甚至不必关闭计算机即能安装这些数据采集设备。就像插上一个 USB 键盘或鼠标那样,插入 NI DAQ 设备时,操作系统上会自动弹出检测到并开始安装的提示。此外,NI-DAQmx 测量硬件服务软件还会自动检测到这些已安装的设备。因此,这又大大节省了安装时间。如果您打算在多个场所重新使用这些硬件,这个优点尤其显著。
   NI-DAQmx 还包括配置软件,它也能节省搭建和配置时间。NI 测量与自动化资源管理器(MAX)能自动检测在同一个场所中的数据采集、GPIB、FieldPoint、PXI 和 VXI 所有设备,并让你交互式地对它们进行配置。你可以运行诊断测试以保证设备功能正常,可以查看测试面板,快速地核查数据采集设备每个通道的信号。
   为了进一步简化安装和连接,NI 目前正在进行 IEEE P1451.4 标准的开发,即关于传感器电子数据表单(transducer electronic data sheets ,TEDS)标准的相关研究开发。本质上,TEDS 是集成到传感器上的一小块内存芯片。它给你的计算机提供传感器的数字信息,告诉计算机如何将传感器的电压或电流数据转换(或换算)成正确的工程单位,比如摄氏度和千克。可以想象,TEDS 将能够节省大部分的配置时间,尤其是对于高通道数传感器应用。对于不包含 TEDS 数据的“旧”传感器,NI 提供了一个虚拟 TEDS数据库,它允许你准确地搜索你的传感器,并下载一个包含该传感器正确的 TEDS 信息的文件。因此,即使你的传感器不具有 TEDS 功能,你也能享受 TEDS 带来的生产力
提高的好处。

   减少应用程序开发的时间成本
   开发典型的测量应用程序代码大约要用去测量应用总成本的 30%。能节省时间的应用程序开发工具常常能在这一阶段帮助大幅降低成本。NI 数据采集驱动软件及与 NI LabVIEW 开发环境紧密结合的特性广大用户受益匪浅,来自 MVI Technologies 的 Marcel Auboiroux 这样描述:“使用 LabVIEW 编程快速提高了我们的开发效率,直接增强了我们以更具竞争力的价格提供终端产品的能力。”
  NI-DAQmx 软件是在软件开发阶段可以为您节省大量时间的工具之一。它包含 DAQ Assistant(DAQ 助手),您可以用它交互式地配置并运行您的数据采集任务,包括定时,触发和传感器标定等。使用 DAQ Assistant 基于菜单的界面,您只需四个步骤即可完成:
  1. 选择适当的数据采集任务/传感器类型(例如,热电偶输入或数字输出)
  2. 让 DAQ 系统的一个或多个物理通道执行任务并输入电压或传感器标定信息,使得数据能以正确的单位显示。
  3. 选择定时、触发和采样信息(例如连续输入,1kS/s 采样速率,用数字触发启动操作)
  4. 运行任务
  使用 DAQ Assistant(见图 6)开发一个基本的测量应用程序只需几分钟的时间,因为它去除了大部分数据采集函数的编程过程。此外,如果需要,您也可以快速修改 DAQ Assistant 中的参数。由于 DAQ Assistant 与诸多 LabVIEW 分析函数如频谱分析、柱状图等无缝结合,用它采集到的数据还可以被直接输入到这些分析函数中使用,而无需额外的编程处理。

    对于更为复杂的数据采集应用系统,您可以使用 DAQ Assistant 自动地生成可修改的 NI-DAQmx 代码,它可用于 LabVIEW、C、或基于 Visual Studio .NET 的 Measurement Studio 环境中。使用这些代码作为起点开始工作,要比您从一无所有开始好得多。自动代码生成能为您节省大量的时间,您不必像过去那样花费大量时间阅读手册和用试错方式(trial-and-error)学习 DAQ 设备编程的正确方法。因此,您可以更集中精力编写您应用程序独特部分的代码。
  NI-DAQmx 还具有“虚拟通道”技术。一个虚拟通道对应您 DAQ 系统中的一个实际通道 ,它具有实际通道的电压、传感器或自定义标定信息。一个交互式的菜单为你提供了输入所有信息的界面。因为虚拟通道可以用于任何 LabVIEW 或其他 NI 开发环境,所以不需要通过编程以实现各种转换。对比图 7 中所示的两种 LabVIEW 程序框图。如果没有虚拟通道,您需花大量的开发时间来把热电偶的电压转化为温度℃。因此,虚拟通道使您可以把精力更多放在测量应用程序开发的其它方面 .

   降低系统验证和硬件校准的时间成本
   虚拟仪器主要依靠软件来提高生产效率并提供系统灵活性。在测量应用程序开发的验证和校准阶段,您会发现很好的印证。首先,在软件中 NI 的数据采集设备可以被全面地校准。要实现一个简单设备的校准,您不需要手动调节电位计或从计算机上拆除硬件。取而代之的是,只要用编程方式调用一个函数或在 MAX 中交互式地操作,软件将会处理校准的工作。

   如果您没有正确的错误报告,对测量应用程序进行全面的调试和测试也需花大量的时间。NI-DAQmx 软件采用新的方法报告错误,它可以提示导致错误的原因与可能的解决方案,而不是提供您必须查询手册才能了解的错误代码。下面对比了 NI-DAQmx 和其它厂商软件的错误报告(图 9)。NI-DAQmx 错误报告会清楚地解释用户所需要的属性信息,然后将它们有效地列出。而其它厂商的错误报告只是简单地报告一个数字,没有问题的详细说明或解决办法的建议。
    总结     
    用户调查所得的数据显示:测量应用的总开发成本不仅包括软硬件产品的价格,还有相对较不明显的时间成本。但是,专为提高开发效率的 DAQ 软件、帮助您做配置系统并快速起步的在线工具、精确可靠的而价格适中的测量硬件都可以帮助您降低这些成本。正如 Rosh Industries 的 Marcus Anderson 所说,“通过选择,我们在 PC 平台上建立了基于 NI 软硬件的测量系统,帮助我们节省了大量的开发时间。结果是,这些节省的成本能帮助我们以更具竞争力的价格将产品更快地推向市场。”以下表格能更量化地说明这一点。下表显示的是一个软件和硬件成本为$50,000 的抽样应用系统以及按照图 1 的比例在其它方面所需的时间成本。您可以看到:因为使用虚拟仪器技术,您应用系统的总成本最低能节省 10%,最高能达到 40%。



来自海洋兴业仪器http://www.hyxyyq.com

标签:虚拟仪器 技术 降低 测量 成本
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