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21世紀(jì)虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)展望
| National Instruments（美國(guó)國(guó)家儀器有限公司）在業(yè)界率先提出“虛擬儀器”（Virtual Instrumentation）概念至今已有１５年了。在這１５年里,，ＮＩ逐步改變了全世界工程師和科學(xué)家們對(duì)于測(cè)量和自動(dòng)化的方法,。今天，全世界的工程師和科學(xué)家們正在成千上萬個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中使用“虛擬儀器技術(shù)”,，從而達(dá)到縮短開發(fā)時(shí)間,、提高產(chǎn)品品質(zhì)并降低生產(chǎn)成本的共同目的。同時(shí),，虛擬儀器技術(shù)也正逐漸趨于成熟和完善的境界,。 虛擬儀器系統(tǒng)的基本構(gòu)架包括功能強(qiáng)大的軟件、模塊化的測(cè)量硬件及標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)科技（如個(gè)人計(jì)算機(jī)和網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)）,。虛擬儀器技術(shù)包含了專為控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的軟件及針對(duì)不同頻率與精確度范圍的通用測(cè)量硬件,，因此，工程師可以在測(cè)試或控制應(yīng)用中自行定義測(cè)量功能。這些軟硬件工程工具能緊密地與開放式的商業(yè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)整合使用,，充分利用不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)科技以獲取高效率,、高性能及低成本的利益。同時(shí),，其應(yīng)用范圍極其廣泛,，從汽車到消費(fèi)電子，從石油到燃料能源,，橫跨數(shù)百個(gè)工業(yè)領(lǐng)域,。 隨著莫爾定律的持續(xù)發(fā)展及個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，虛擬儀器系統(tǒng)的功能也越來越強(qiáng)大,。個(gè)人計(jì)算機(jī)的內(nèi)存,、影像處理、輸入輸出及中央處理單元的性能每年都在提高,，而這些技術(shù)都有利于“虛擬”的測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展,。從２５年前個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)至今，其性能已提高了10000倍,，而其價(jià)格卻不斷地下降,，因此，這些功能強(qiáng)大,、性能可靠,、成本低廉的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)線上產(chǎn)品的制程中。個(gè)人計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展進(jìn)步不僅使得虛擬儀器系統(tǒng)成為一種低成本,、高彈性的解決方案,，更大大提升了企業(yè)生產(chǎn)率，而這是傳統(tǒng)獨(dú)立的儀器設(shè)備所無法比擬的優(yōu)勢(shì),。 簡(jiǎn)化開發(fā)過程 托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）以其留聲機(jī)和電燈的創(chuàng)新發(fā)明而聞名于世,，當(dāng)時(shí)和他一起工作并取得這些成功的人數(shù)并不多。反觀今日,Ｒ＆Ｄ（研發(fā)）團(tuán)隊(duì)已然成為大型企業(yè),、項(xiàng)目研究的主要棟梁,，涉及的工程師和科學(xué)家不計(jì)其數(shù)，如此龐大的團(tuán)隊(duì)卻沒有人能夠完全了解所致力于研究和開發(fā)的項(xiàng)目,。最近,，虛擬儀器系統(tǒng)提高了工程師們的工作效率，為公司創(chuàng)造突破性革新技術(shù)的小組格局,，同時(shí)大大提高了整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)率,。個(gè)人計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大處理功能、模塊化硬設(shè)備的多功能性以及專為工程師們?cè)O(shè)計(jì)的現(xiàn)成即用的軟件使小組成員有機(jī)會(huì)充分發(fā)揮他們的創(chuàng)造力,，從而為各種應(yīng)用建置完善,、先進(jìn)的系統(tǒng),。 虛擬儀器技術(shù)幫助工程師們更容易了解并掌握測(cè)量系統(tǒng)。例如,，以往工程師們總是使用幾臺(tái)單獨(dú)的儀器設(shè)備分別進(jìn)行各種物理量的測(cè)量,，然后以手動(dòng)方式進(jìn)行初步的運(yùn)算和分析；而現(xiàn)在,，利用分析軟件與簡(jiǎn)單的測(cè)量硬設(shè)備，就可以毫不費(fèi)力地建置一套成本低廉且具有各種儀器功能的系統(tǒng),。 功能強(qiáng)大,、現(xiàn)成即用的軟件使整個(gè)過程自動(dòng)進(jìn)行。工程師們使用個(gè)人計(jì)算機(jī)輕易就能完成整個(gè)資料擷取,、分析和顯示的工作,，同時(shí)卻不影響到測(cè)量系統(tǒng)的性能或功能。例如,，NI LabVIEW簡(jiǎn)易的流程圖編輯程序風(fēng)格使得工程師們可以快速建置符合自己特定要求的應(yīng)用程序,，不管他是否有過編輯程序的經(jīng)驗(yàn)。NI LabVIEW正是一個(gè)革命性的軟件工具,，它為工程師們提供的幫助就好像電子制表軟件簡(jiǎn)化財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)們繁重的工作量一樣,。而且，與硬設(shè)備的緊密整合使它更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制自動(dòng)化,，同時(shí)能充分利用個(gè)人計(jì)算機(jī)的分析,、顯示和網(wǎng)絡(luò)連接功能。 隨著測(cè)量和控制應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)性能和靈活性要求的不斷提高,，軟件的設(shè)計(jì)功能也日漸重要,。購(gòu)置工程應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)并擁有其最佳性能，可以使企業(yè)大大縮短開發(fā)時(shí)間并提高每個(gè)工程師的工作效率,。配備了這樣強(qiáng)有力的工具,，企業(yè)才能在劇烈的競(jìng)爭(zhēng)中贏得最終勝利。這一方法使得工程師們可以專注于應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)而非花大量的時(shí)間去迎合操作系統(tǒng)的升級(jí)或網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)移等變化,，從而實(shí)現(xiàn)工程資源的有效利用,，確保您的投資。 測(cè)量系統(tǒng)歷來被稱為“自動(dòng)化的荒島”,，因?yàn)槟仨殲槊總€(gè)單一的應(yīng)用專門設(shè)計(jì)一套獨(dú)立的系統(tǒng),。有了虛擬儀器系統(tǒng)，模塊化的硬件組成及開放式的工程應(yīng)用軟件可以幫助您簡(jiǎn)單地使一套系統(tǒng)同時(shí)符合各種測(cè)量應(yīng)用的要求,。 |
軟件標(biāo)準(zhǔn)如OPC（OLE for Process Control）,，IVI（Interchangeable Virtual Instruments）保證了軟硬件緊密的整合及硬設(shè)備的可互換性。工程師們不用再花上幾個(gè)星期實(shí)現(xiàn)資料擷取軟件與測(cè)量硬設(shè)備之間的通信,。ＯPC為應(yīng)用軟件與各種硬件之間的通信問題設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn),，使來自不同供貨商的應(yīng)用軟件都符合這一標(biāo)準(zhǔn)。正如ＯPC提高了設(shè)備互用性，ＩＶＩ也為互換使用不同生產(chǎn)商提供的硬件定義了一套方法——使用同一軟件,。在實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化中,，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的壽命比一臺(tái)儀器長(zhǎng)得多時(shí)；在生產(chǎn)測(cè)試中,，當(dāng)您需要為新的生產(chǎn)線更改測(cè)量設(shè)備以符合應(yīng)用要求時(shí),，這一特性尤為重要。 為了滿足您的測(cè)試系統(tǒng)不斷變化的需要,，開放式的平臺(tái)如PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)可以簡(jiǎn)單地將來自不同生產(chǎn)廠商的測(cè)量設(shè)備整合到一個(gè)共同的系統(tǒng)中,，并在新的技術(shù)出現(xiàn)或者應(yīng)用系統(tǒng)需要發(fā)生改變時(shí)可以方便地將其進(jìn)行修改或擴(kuò)展。使用ＰＸＩ系統(tǒng),，您可以將一些常用的測(cè)量應(yīng)用如機(jī)器視覺,、運(yùn)動(dòng)控制和資料擷取快速整合，且不需花費(fèi)過多寶貴的開發(fā)時(shí)間即可建置多功能的應(yīng)用系統(tǒng),。開放式的PXI平臺(tái)將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)科技如Compact／PCI,、Windows操作系統(tǒng)與嵌入式的觸發(fā)結(jié)合在一起，提供一個(gè)比個(gè)人計(jì)算機(jī)更耐用,、更具有確定性的系統(tǒng),。同時(shí)，因?yàn)樗墙⒃谑煜さ腜C軟硬件基礎(chǔ)上,，且可以與各種現(xiàn)成即用的開發(fā)軟件整合使用,，因而簡(jiǎn)化并加速?gòu)?fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程。 超越了PC的功能 虛擬儀器技術(shù)融合了PC技術(shù)及商業(yè)科技如網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò),，促進(jìn)測(cè)量和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在，虛擬儀器技術(shù)正在利用PC范疇以外的最新的技術(shù)革新,。例如,，實(shí)時(shí)控制與嵌入式控制器也早已屬于特殊程序開發(fā)的范圍。現(xiàn)在,，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)科技的發(fā)展,，利用更可靠的操作系統(tǒng)、功能更強(qiáng)大的處理器將更高一級(jí)的控制和確定性引入到虛擬儀器系統(tǒng)中,。這意味著更多的測(cè)試和控制工程師們將有新的機(jī)會(huì)開發(fā)更加完善的實(shí)時(shí)的嵌入式系統(tǒng),。如NI LabVIEW RT（實(shí)時(shí)控制）的軟件即可以進(jìn)行PC上的開發(fā)，又可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā),。工程師們無需苦于學(xué)習(xí)即可將自己的知識(shí)面擴(kuò)展到新的應(yīng)用領(lǐng)域,，因?yàn)殚_發(fā)軟件本身已包容了新興的計(jì)算機(jī)技術(shù)。 網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的潮流將資料共享帶入了一個(gè)新的階段,，加速了虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展,，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)獨(dú)立儀器不可能實(shí)現(xiàn)的,。虛擬儀器技術(shù)可利用網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的功能，將來自測(cè)量或控制設(shè)備中的資料直接傳送到web網(wǎng)頁(yè)上,，或是用掌上型的數(shù)字工具讀取資料,，甚至還可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)上。使用虛擬儀器技術(shù),，您可以使用網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能遠(yuǎn)距離控制儀器設(shè)備,，或是與遠(yuǎn)在其它辦公地點(diǎn)甚至其它國(guó)家的同事合作處理一個(gè)項(xiàng)目。 ２１世紀(jì)的虛擬儀器技術(shù) 未來的這種連通水平將會(huì)更高,，屆時(shí)將賦予模塊化新的定義,。隨著網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)和無線技術(shù)的不斷發(fā)展，工程師們不僅能夠重新使用模塊化的組成部分,，還可以更方便地在全球范圍內(nèi)共享知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)——鞏固開發(fā)過程每個(gè)階段工程師們的努力成果,。 商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會(huì)繼續(xù),，同時(shí)也將虛擬儀器技術(shù)推向新的領(lǐng)域,。因此，性能的提高將節(jié)省寶貴的開發(fā)及系統(tǒng)整合時(shí)間,，同時(shí)又比傳統(tǒng)儀器測(cè)量方案成倍降低成本,。沒有人能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來的虛擬儀器將會(huì)發(fā)展到怎樣的程度，但可以肯定的是——PC與其相關(guān)的科技將會(huì)是虛擬儀器技術(shù)的核心,。 |
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