上 借助于集成的测量与自动化软件体系提高企业的生产效率

引言

在理想情况下，任何公司都不需要对产品进行测试，因为产品从研发到设计，直至整个生产过程均完美无缺。事实上，测量系统在产品研制过程中是必不可少的。各家公司都要求测量系统在提高产品质量、使产品更快地进入市场，提高产品的设计和生产效率、降低产品成本等过程中发挥战略作用。在过去的20年内，测量系统为了满足用户的要求，已经经历一次巨变——一场测量革命。

对这场革命起着推波助澜作用的是一种崭新的系统体系结构，在该体系结构内，测量系统的核心是计算机。测量革命打破了过去测试、测量和自动化应用历来由组合松散、互不兼容的单机仪表和设备担纲的老框框，开创了这些应用由紧密集成的高性能测量和自动化系统来完成的新局面。这场革命的核心部分就是软件，它的重要作用已越来越凸显出来了。尽管个人计算机硬件的发展已使测量系统与传统的单机仪表相比，性能有了很大改进，成本亦降低了许多，但只有生产效率很高和完全集成的软件才使成千上万的工程师和科学家能够从中受益。

一整套软件工具包括从测量驱动程序体系结构和仪表连接软件到生产效率高的应用开发环境和与企业内各处的标准工具实现开放式连接，它使工程师和科学家在建立新一级高功能且满足具体要求的测量系统时有很大灵活性。软件的发展，已使产品研制和使用过程的各个环节，从研发和设计，到样品性能鉴定，到生产制造和测试，一直到售后服务，都用上了高性能、低成本和紧密集成的测量系统。世界上的各大公司提高竞争力的手段是利用基于计算机的测量系统以更低的成本和更短的时间设计和测试具有更高质量的产品。

集成测量系统的发展

1. 控制单机仪表的软件

20多年前，诸如RS-232系列和GPIB(IEEE488)等通信总线问世时，计算机第一次成为测量系统的一个组成部分。工程师和科学家通过将测量设备直接连接到计算机上，能压缩由人工将数据传输到计算机作进一步分析这一既耗时又容易出错的过程。他们将计算机作为测量系统内所有仪表的中央控制器后，能使几台仪表协调配合，组合成为一个单一系统，并使它们实现自动化。

将指令发送给仪表并且接收来自仪表的响应信号的软件接口的问世，使得这种基于计算机的仪表系统得到普遍的认可。这种仪表控制软件提供一个驱动程序，作为操作系统的一部分；该仪表控制软件还提供一个标准的API(应用程序设计接口)，它使平台完全与程序设计环境结合在一起。

尽管基于计算机的仪表控制使工程师们受益匪浅，而且它还是架构分层式系统十分重要的一部分，但是系统的开发仍要下苦功，因为开发商需要详细了解系统内每台仪表或设备的命令语法。开发商试图使命令语法标准化，但是，要进一步提高生产效率，就需引入仪表驱动程序。

新一代的应用开发环境，如美国NI公司的LabVIEWTM图形开发环境和LabWindowsTM，一种利用C和Basic程序设计语言使测量的特定功能具体化的工具内都有仪表驱动程序。目前，仪表驱动程序已多达数千种，使工程师们能够集中精力开发高级测量系统，而不需要花太多时间去解决供货商特定的低级命令语法。

2. 控制基于计算机的测量设备的软件

到20世纪80年代中期，总线体系结构大有改进，出现了用户能安装在计算机内的模块化测量设备。插入式数据采集模板没有依赖单机仪表价格昂贵的专用处理器、固件和存储器，而是直接利用内置的计算机部件组成体积更小、成本效益更高和性能更好的测量系统。这种低成本的、灵活的平台对系统软件提出了更高的要求，而不是仅限于发送指令和接受响应信号。

高级应用程序设计接口(API)简化了数据采集模板的数据迅速流入计算机存储器的过程。工程师和科学家借助于高速信号处理算法和软件工具，设计出他们自己专用的分析程序。用户接口的设计软件能使计算机屏幕上出现传统单机仪表的图表、旋钮和游标。测量特定的工具包为开发工程师和科学家使用特定的技术（如模态分析）而设计。

3. 产生虚拟仪器的软件

计算机数据采集模板的问世意味着可以将使用单机测量设备才能完成的许多测量任务虚拟化。这种称为虚拟仪器的软件允许多个插卡模块协同工作以创建功能和性能与单机仪表相同的虚拟测量仪器。虚拟仪器的优势在于其很高的可再配置性，它不仅可以根据不同的需要节约成本，而且可以将复杂的仪表设计、变型和维修缩小到与创建计算机程序一样简单。

虚拟仪器的概念超越了对特定仪器的虚拟化。如今，虚拟仪器的开发已发展成为一种成熟的技术，有大量的商业软件包提供。虚拟仪器开发人员利用这些软件包，可以为特定应用创建自己的功能特定的虚拟仪器。仪表驱动程序的出现使虚拟仪器开发人员几乎不用关心测量设备的底层编程。

测量革命的影响

测量革命对产品研制和使用产生了深远的影响。基于计算机的测量系统为工程师和科学家提供了强大且灵活的工具，用于设计、测试和诊断各种产品。这些系统提高了生产率、减少了上市时间，并降低了成本。

测量革命在许多行业都产生了重大的影响，包括：

• 汽车：基于计算机的测量系统用于设计、测试和诊断汽车及其部件，从而提高了安全性、燃油效率和排放。
• 航空航天：基于计算机的测量系统用于设计、测试和诊断飞机及其部件，从而提高了安全性、可靠性和效率。
• 半导体：基于计算机的测量系统用于设计、测试和诊断半导体器件和集成电路，从而提高了性能、良率和可靠性。
• 制药：基于计算机的测量系统用于设计、测试和诊断药品，从而提高了功效、安全性和可及性。
• 医疗保健：基于计算机的测量系统用于诊断疾病、监测患者状况并指导治疗，从而提高了患者护理的质量、效率和可及性。

结论

测量革命是一场持续的变革，为工程师和科学家提供了强大的工具，用于设计、测试和诊断各种产品。这些系统提高了生产率、减少了上市时间，并降低了成本。随着测量技术的不断发展，我们很可能会看到基于计算机的测量系统在产品研制和使用中发挥越来越重要的作用。