儀器自動(dòng)化時(shí)代來臨 軟件是關(guān)鍵

越來越多的測試和制造工程師依靠軟件來快速高效地完成其工作職責(zé)。在Aspencore（前稱UBM）2015年開展的一項(xiàng)測試和測量調(diào)查中，有一半?yún)⑴c調(diào)查的測試工程師特別提到接口/可用性是現(xiàn)代測試設(shè)備亟需改進(jìn)的一個(gè)主要方面。為了讓工程師更輕松地工作，儀器供應(yīng)商不斷投入到軟件應(yīng)用程序的開發(fā)，但最終結(jié)果是大量不同的軟件工具不能在整個(gè)構(gòu)建、部署和維護(hù)測試系統(tǒng)的軟件工作流程中相互支持和操作。在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中，您的工具必須在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到互操作性，否則您可能要自己承擔(dān)工具集成的費(fèi)用，浪費(fèi)時(shí)間在互操作性問題上，而不是解決實(shí)際業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)和開發(fā)產(chǎn)品。

為了高效地滿足嚴(yán)格的時(shí)間期限，您不僅需要足夠的軟件抽象來簡化常見任務(wù)以及實(shí)現(xiàn)代碼復(fù)用，還需要能夠進(jìn)行一定程度的底層控制，以便在適當(dāng)階段針對(duì)特定測試進(jìn)行具體的自定義。沒有一個(gè)軟件可以完美地兼具這兩點(diǎn)。因此，為了最大限度地發(fā)揮您的工程設(shè)計(jì)潛力，請(qǐng)采用可同時(shí)提供這兩個(gè)功能的軟件平臺(tái)。

在過去的四十年里，NI以軟件為中心的開放平臺(tái)幫助測試和制造工程師提高了生產(chǎn)力，這個(gè)平臺(tái)經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，利用了模塊化硬件，并擁有一個(gè)龐大的生態(tài)系統(tǒng)。通過使用軟件對(duì)硬件進(jìn)行重新配置，工程師們提高了測試系統(tǒng)的靈活性，并能夠更快速地將他們的想法變成現(xiàn)實(shí)。隨著最新版本的LabVIEW NXG和SystemLink的推出，NI進(jìn)一步幫助工程師在整個(gè)測試工作流程中加速開發(fā)和提高效率。盡管越來越多的供應(yīng)商已經(jīng)接受了NI率先推出的軟件設(shè)計(jì)方法，但工程師們卻難以將各種不同的軟件工具結(jié)合在一起。作為唯一一家為從FPGA I/O引腳到遠(yuǎn)程測試系統(tǒng)管理均提供了相應(yīng)軟件的供應(yīng)商，NI正在變革構(gòu)建測試系統(tǒng)的工作流程。

圖1. NI軟件工具在構(gòu)建、部署和維護(hù)測試系統(tǒng)的整個(gè)工作流程中可以相互支持和操作。

面對(duì)緊迫的發(fā)布時(shí)間期限和嚴(yán)格的項(xiàng)目時(shí)間表，您必須采用既能夠解決當(dāng)前新測試系統(tǒng)需求、又能夠讓您的團(tuán)隊(duì)適應(yīng)未來各種、需求的強(qiáng)大解決方案。新項(xiàng)目的硬件決策清單一直在增加，包括儀器、電纜、連接器、開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、大規(guī)?；ミB、機(jī)架布局、功耗預(yù)算和散熱分析等。在硬件決策最終確定以確保測量質(zhì)量之后，您最后需要做的就是讓軟件不再成為阻礙開發(fā)的瓶頸。為了簡化初始系統(tǒng)設(shè)置，NI系統(tǒng)出廠時(shí)會(huì)在新控制器上安裝選定的軟件環(huán)境和必要的硬件驅(qū)動(dòng)程序。這樣，您可以將時(shí)間花在思考測試需求上，而不是安裝驅(qū)動(dòng)程序。

工程系統(tǒng)通常會(huì)用到來自多個(gè)供應(yīng)商具有不同軟件功能的儀器。通過查看用戶手冊(cè)來了解子菜單配置信息，并在網(wǎng)上搜索最新版本的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可能會(huì)讓人抓狂，尤其是當(dāng)供應(yīng)商提供不一致的使用體驗(yàn)時(shí)。使用軟件開發(fā)的應(yīng)用程序應(yīng)與其硬件系統(tǒng)緊密結(jié)合，使用戶獲得一個(gè)統(tǒng)一的管理解決方案來簡化這種基本關(guān)系。NI通過最新版LabVIEW NXG引入了一個(gè)新的圖形工具，能夠以可視化方式配置物理系統(tǒng)。該工具稱為SystemDesigner，將硬件配置、診斷和系統(tǒng)文檔描述等功能引入LabVIEW NXG環(huán)境。這樣可以最大限度地提高開發(fā)效率，同時(shí)還可以在一個(gè)環(huán)境中完整地管理硬件以及軟件開發(fā)。如果沒有安裝特定的NI或第三方驅(qū)動(dòng)程序，SystemDesigner將指導(dǎo)您通過NI軟件包管理器（NI Package Manager）安裝必要的驅(qū)動(dòng)程序，這是一個(gè)基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件包格式的新接口。

圖2. LabVIEW NXG支持軟件開發(fā)的硬件管理和系統(tǒng)文檔。

完成初始設(shè)置后，下一步就更簡單，也就是驗(yàn)證產(chǎn)品是否滿足所有設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)測試開發(fā)過程中，快速查看交互式測量結(jié)果是非常重要的，比如DMM讀數(shù)或示波器顯示的數(shù)據(jù)，這主要用于信號(hào)連接的初始測試和調(diào)試以及測量精度的驗(yàn)證。通過SystemDesigner，您可以啟動(dòng)NI模塊化儀器的軟面板，以交互方式監(jiān)測和控制硬件。某些儀器還可直接連接到PC來加載和存儲(chǔ)波形或針對(duì)特定設(shè)備的配置，以簡化調(diào)試。但是，為了最大限度地減少人為錯(cuò)誤和確保一致性，并最終加快產(chǎn)品上市，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證過程大部分步驟的自動(dòng)化是非常有必要的。

在驗(yàn)證某個(gè)設(shè)計(jì)的初始電路板時(shí)，某些測試需要重復(fù)運(yùn)行的可能性很高。多次手動(dòng)進(jìn)行相同的測試不僅單調(diào)乏味，而且更重要的是從商業(yè)角度看效率低下。如果一個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的基本目標(biāo)是完全驗(yàn)證某個(gè)設(shè)計(jì)并將其快速發(fā)送給制造團(tuán)隊(duì)，那么團(tuán)隊(duì)的寶貴時(shí)間應(yīng)該主要用在需求和工程設(shè)計(jì)調(diào)整上，而不是浪費(fèi)在可以自動(dòng)化的常規(guī)任務(wù)上。在接受這種思維模式后，主要的障礙就是測試的創(chuàng)建，因?yàn)橛布蜏y試工程師團(tuán)隊(duì)之間的編程經(jīng)驗(yàn)差別很大。這里的關(guān)鍵就在于應(yīng)用專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的同時(shí)，不會(huì)受限于所選擇軟件的語義和編程結(jié)構(gòu)。

LabVIEW NXG提供了圖形化編程方法，可讓您按照腦中所想進(jìn)行編程，并通過連接函數(shù)塊來構(gòu)建應(yīng)用程序的邏輯。此外，用戶界面（UI）的設(shè)計(jì)通過拖放方法進(jìn)行了簡化，可幫助您直觀地為測試代碼創(chuàng)建專業(yè)的用戶界面。最新版本的LabVIEW NXG進(jìn)一步將這些功能從桌面擴(kuò)展到了網(wǎng)絡(luò)，即使您沒有Web編程經(jīng)驗(yàn)，也可以設(shè)計(jì)和部署基于Web的UI，在任何現(xiàn)代Web瀏覽器中運(yùn)行測試代碼，而且無需插件或安裝程序。使用LabVIEW NXG Web模塊這一新功能，您可以通過各種設(shè)備和操作系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控測試，并與同事共享信息，這對(duì)于長時(shí)間運(yùn)行的測試特別有用。

圖3. LabVIEW NXG Web模塊可幫助您設(shè)計(jì)和部署基于Web的用戶界面，并在任何現(xiàn)代Web瀏覽器中運(yùn)行測試代碼，無需插件或安裝程序。

當(dāng)產(chǎn)品從研發(fā)驗(yàn)證轉(zhuǎn)移到最終的生產(chǎn)測試時(shí)，盡可能減少器件測試時(shí)間對(duì)于最大化總單位產(chǎn)量至關(guān)重要。設(shè)計(jì)驗(yàn)證和生產(chǎn)之間的儀器復(fù)用可減少這兩個(gè)階段之間進(jìn)行測量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)所需工作，同時(shí)也提高了軟件擴(kuò)展的效率。以相同的方式獨(dú)立運(yùn)行與設(shè)備驗(yàn)證階段相同的測試并不能滿足制造商的期望;測試方法必須進(jìn)行擴(kuò)展才能滿足吞吐量需求。盡管大部分相同的代碼可以而且應(yīng)該重復(fù)利用，但仍需要一個(gè)位于軟件堆棧上層的抽象測試管理工具來將所有相關(guān)的自定義測試組合成一個(gè)統(tǒng)一的測試序列，以更高效地測試設(shè)備，甚至同時(shí)測試多個(gè)設(shè)備，以滿足其規(guī)格要求。從零開始構(gòu)建這樣一個(gè)測試執(zhí)行軟件是非常麻煩的，而使用商用現(xiàn)成解決方案則可節(jié)省大量開發(fā)工作，并可進(jìn)一步縮短上市時(shí)間。

TestStand是一個(gè)現(xiàn)成即用的測試管理環(huán)境和框架，可簡化生產(chǎn)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 TestStand可以調(diào)用幾乎任何編程語言編寫的代碼模塊，使您的團(tuán)隊(duì)可以重復(fù)使用LabVIEW NXG和LabVIEW 2017等圖形化語言以及C、C＃和Python編寫測試程序。該環(huán)境抽象了關(guān)鍵生產(chǎn)測試功能（如報(bào)告、數(shù)據(jù)庫記錄和并行執(zhí)行）的開發(fā)，同時(shí)允許在需要時(shí)進(jìn)行底層自定義。通過采用測試執(zhí)行系統(tǒng)（所有不同的待測設(shè)備共用）與測試代碼模塊（通常針對(duì)特定測設(shè)備）分離的模塊化軟件架構(gòu)，您將擁有一個(gè)可擴(kuò)展且靈活的架構(gòu)，而且從長遠(yuǎn)來看，易于開發(fā)和支持且維護(hù)成本較低。例如，摩托羅拉公司的特性分析和生產(chǎn)測試軟件團(tuán)隊(duì)基于TestStand和LabVIEW對(duì)一個(gè)模塊化測試應(yīng)用程序進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，最終將年度維護(hù)和新產(chǎn)品開發(fā)成本降低了一半以上。

圖4. TestStand解決了成本和效率問題，提高了測試系統(tǒng)的總吞吐量。

大多數(shù)大型測試系統(tǒng)并不會(huì)采用孤立的架構(gòu)，它們通常代表多個(gè)測試點(diǎn)或整個(gè)生產(chǎn)車間的解決方案。完成測試后，手動(dòng)部署測試序列及其所有必要的依賴關(guān)系對(duì)于工程師的邏輯要求非常高。假設(shè)您已經(jīng)手動(dòng)完成20臺(tái)測試系統(tǒng)的部署安裝，但卻很快發(fā)現(xiàn)，您必須重新部署測試序列，才能對(duì)20臺(tái)測試系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)小的修改。想象一下測試系統(tǒng)的數(shù)量增加到1000臺(tái)時(shí)的情況。

TestStand通過其內(nèi)置的部署實(shí)用程序簡化了這個(gè)過程，該實(shí)用程序在部署測試序列時(shí)會(huì)同時(shí)部署其代碼模塊和所需的運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序。您還可以使用自己熟悉的開發(fā)環(huán)境來創(chuàng)建自定義操作界面（OI），以便使用測試序列進(jìn)行部署?；谟脩羯矸蒡?yàn)證，TestStand不僅可以讓軟件架構(gòu)師訪問底層執(zhí)行細(xì)節(jié)，也可以簡單到只需讓操作人員單擊部署測試站上自定義OI上的 “運(yùn)行”按鈕，并自動(dòng)將合格/不合格結(jié)果保存到磁盤中。

對(duì)于大型分布式系統(tǒng)，SystemLink這款全新NI軟件產(chǎn)品有助于協(xié)調(diào)大規(guī)模軟件部署、跨硬件管理驅(qū)動(dòng)程序版本以及監(jiān)測系統(tǒng)診斷。中央服務(wù)器節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)連接安全地管理分布式端點(diǎn)，并簡化NI和第三方軟件將軟件包大規(guī)模發(fā)布到目標(biāo)系統(tǒng)的過程，顯著減少了與系統(tǒng)管理功能相關(guān)的管理負(fù)擔(dān)和物流成本。

圖5. SystemLink通過中央Web應(yīng)用程序幫助管理分布式系統(tǒng)。

每個(gè)公司的產(chǎn)品開發(fā)周期各有其要求。許多公司會(huì)多次重復(fù)產(chǎn)品驗(yàn)證階段，以達(dá)到確保產(chǎn)量的拐點(diǎn)，在這個(gè)過程中可能會(huì)被迫重新檢查設(shè)計(jì)和配置。而有一些創(chuàng)業(yè)公司僅僅靠產(chǎn)量預(yù)測這一點(diǎn)并無法全面部署生產(chǎn)測試系統(tǒng)。畢竟，如果每個(gè)公司的開發(fā)周期都是一致的，每一次都是百分之百成功，那么市場如何維持一種動(dòng)態(tài)的競爭意識(shí)？電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和制造商必須采用一個(gè)工具平臺(tái)，在產(chǎn)品突然增加功能或提高規(guī)格以保持競爭力時(shí)，可以進(jìn)行正確的調(diào)整。雖然我們當(dāng)然會(huì)盡量在產(chǎn)品開發(fā)周期中盡可能地處于主動(dòng)地位，但現(xiàn)實(shí)要求我們必須保持靈活性。作為工程師，我們已經(jīng)意識(shí)到這個(gè)挑戰(zhàn)，我們不能讓工具成為瓶頸。

LabVIEW NXG、TestStand和SystemLink這些NI軟件始終陪伴著您構(gòu)建、部署和維護(hù)測試系統(tǒng)的整個(gè)工作流程。除了這些產(chǎn)品的各自創(chuàng)新之外，這些產(chǎn)品還體現(xiàn)了NI持續(xù)投資到軟件的承諾。軟件產(chǎn)品的獨(dú)特組合及其固有的互操作性使得NI平臺(tái)能夠從眾多平臺(tái)中脫穎而出。其他供應(yīng)商才剛意識(shí)到軟件是關(guān)鍵，但NI在軟件上的投資已經(jīng)穩(wěn)定增長了幾十年。讓軟件之間互操作性幫助您加速工作流程，更智能地進(jìn)行測試。