盘点NI 2014年关键技术，看软硬件平台如何推动工程创新

NI一直致力于为工程师和科学家提供各种工具来提高效率、加速创新进程，其研发的各种软硬件为工程师开发测量和控制系统提供了革命性的方式。在过去的一年中，NI在嵌入式状态监测、软件设计的仪器、半导体测试等方面都有重要的技术更新。究其动力，主要是应对当前的工程挑战，帮助客户提高生产力并加速创新。先来看几个NI帮助客户解决实际问题的案例。
NI软硬件平台创新案例
案例一：使用PXI与LabVIEW降低MEMS测试成本
ADI在MEMS惯性传感技术上投入多年，所用的传统“big iron”ATE解决方案，不仅成本过高、体积过于庞大，且许多功能都用不到，因此并不能满足其所需要的MEMS测试系统。ADI需针对自己的MEMS产品，构建特定的应用测试系统，并能囊括ATE系统的所有测量功能，同时要以最低的成本确保产品质量。
作为开放性的标准，PXI 10多年来已在各个行业中得到普及。PXI具备高度的灵活性与模块化特性，可开发所需的MEMS测试系统，并随时重新设定以满足多样的测试需求。若要在多个地点进行测试，只要插入更多模块，无需变更现有软件，即可复制测试资源，从而根据传输量需求来随时调整设备。
针对现有工具，软件环境也要能轻松建立操作、数据与编程设计界面，从而将新的ATE系统整合到产线中。LabVIEW软件已广泛用于ADI的特性描述与设计实验室，并可解决相关难题。ADI使用PXI搭配LabVIEW，开发了新的生产测试解决方案。灵活的PXI系统搭配简单易用的LabVIEW，让工程师可快速设计所需的解决方案并制作原型。与之前的生产ATE测试系统相比，以PXI与LabVIEW所搭建的新测试系统，可大幅减少测试次数。
NI LabVIEW软件搭配PXI模块化仪器所建立的MEMS测试系统，可同时进行特性描述与生产测试，与之前的自动化测试仪器(ATE)相比，可降低11倍设备成本、减少15倍设备体积、减轻66倍设备重量，更省下了16倍耗电量。


图1.使用LabVIEW搭配PXI仪器，ADI创建了生产测试系统，可同时测试2组MEMS设备，且速度超过先去的ATE系统。

案例二：仿真测试减少混合动力汽车开发成本并提升产品质量
斯巴鲁汽车母公司富士重工业会社针对日本和北美市场开发了首款混合动力车型——XV Crosstrek Hybrid。 斯巴鲁希望该款车型能够以可能的最低价格快速上市，但首先需要确保该车型能够满足业内公认的安全标准。这意味着需要在不同条件下测试驾驶员和乘客安全，包括实际测试中几乎不可能会碰到的场景。
为了测试第一款混合动力汽车XV Crosstrek Hybrid高度复杂的组件，斯巴鲁采用了硬件在环(HIL)仿真这一先进的技术。利用这种技术，斯巴鲁的工程师可以在实际测试之前先在虚拟的环境中进行测试。这种方法最终为用户提供了更安全、更经济的汽车，同时也让斯巴鲁维持保持极具竞争力的价格，并满足严格的产品上市时间要求。
采用基于可重配置I/O(RIO)的开放式硬件架构，斯巴鲁工程师可在测试过程中轻松地更改参数，使HIL系统能够模拟各种复杂的测试场景而无需破坏昂贵的原型车。这种方法减少了安装步骤，而且由于需要较少的高风险设备，测试环境的安全性也提高了。HIL仿真使得工程师能够在开发周期的更早阶段进行测试并避免了物理测试的局限性，从而帮助降低了开发成本以及提高最终产品的质量。
通过采用创新型NI HIL平台来进行严格的测试，测试时间显著减少了，同时也实现了之前不可能实现的新测试。例如，在路面结冰的驾驶条件下，车轮在加速过程中可能会突然失去牵引力。该行为的重现极其困难且成本高昂，但却很容易仿真。该方法可允许斯巴鲁工程师专注于优化测试时间而不是应用的复杂性上。


图2. 这一透明俯视图展示了Subaru XV Crosstrek Hybrid的动力系统

案例三：用NI模块化系统建造更快、更灵活、更高质量的飞机
空客公司和未来工厂(NI SOM) 未来工厂是一项研究与技术项目，旨在使用新兴的计算和通信技术来建造更快、更灵活、更高质量的飞机。空中客车相信信息物理系统和数据分析技术是能将这个未来设想实现的关键技术元素。 空中客车也正在致力于开发能连接到可穿戴智能设备上的智能生产工具。这些工具将知道正在使用哪个紧固件，并且能够自动控制组装扭矩。这些工具也将自动录入扭矩曲线到质量保证数据库中。空中客车认为NI最新发布的NI模块化系统（SOM）非常适合。NI SOM基于LabVIEW RIO架构，由于LabVIEW RIO架构其中一个原则就是对于不同的硬件设备提供相同的开发体验，所以它们能够在不同的设备之间进行快速切换。
案例四：用NI平台化方法进行硬件在环/单元测试
雅各布公司（Jacobs Technology）利用NI平台化的方法来进行测试单元。通过借助LabVIEW和PXI平台大大缩短了他们的开发时间，降低了开发成本，且同时提高了系统可靠性。由于模块化平台的多样性使得高通道数系统变得简单，并且很少会碰到所需要的信号类型不被该平台支持的情况。在他们的应用中，机架安装显得十分的方便，并且单机箱多通道的同步或多机箱间的同步能力都是非常重要的功能。
案例五：用NI InsightCM和CompactRIO进行设备状态监测

美国最大的发电控股公司使用NI InsightCM状态监测软件及NI CompactRIO开发了智能发电厂设备监测系统，实现了对大型、旋转的工业设备进行状态监测，从而帮助公司实现预测性维护策略，最终从保持正常运行时间，降低维护成本，提高工人安全性以及减小灾难性故障的发生这几个方面上增加公司的收益。
        
新一波软硬件结合的仪器/系统已席卷业界

通过以上几个案例，不难发现一直以来NI都将基于软件的方法与快速发展的商业技术相结合，提供了一个集成的软硬件开发平台，减小系统复杂程度同时大幅提高了应用程序设计、开发和部署的速度，为工程师和科学家提供各种工具，为工业界、前沿科学研究和工程教育领域开发了各种测量和控制系统。

2014年，NI推出的重要产品包括用于嵌入式状态监测的CompactRIO高性能控制器和sbRIO-9651模块化系统(SOM) ，测试测量领域的半导体测试系统、软件设计的仪器系列，以及LabVIEW 2014、NI InsightCM等软件。

全新一代软件设计的仪器

继NI三年前推出了业界首款软件设计的矢量信号收发仪（VST）后，高通创锐讯（Qualcomm Atheros）公司的测试速度提高了200多倍，Hittite Microwave公司也成功地将测试时间缩短了超过30倍。

2014年，NI继续将软件设计仪器的强大功能和灵活性延续到新的仪器和自动化测试应用中，使得工程师和组织机构能够进一步降低成本，打破厂商定义的仪器的限制。最新的软件设计的仪器有：

● 14位，250 MS/s，300 MHz，8通道示波器
● 26.5 GHz高性能 射频矢量信号分析仪
● 12-bit，2 GS/s，2 GHz 中频数字化仪
● 12.5 Gb/s，8 TX/8 RX lane 高速串行接口仪器

NI软件设计的仪器包含用户可编程的FPGA，可通过LabVIEW系统设计软件熟悉的图形化数据流进行自定义，用户无需使用VHDL和Verilog等专业语言、高价聘请数字设计专家或每次需要自定义功能时支付给仪器厂商费用。

全新CompactRIO软件定制控制器简化控制系统

CompactRIO高性能控制器，这一软件定制的控制器集成了来自英特尔和赛灵思公司的最新嵌入式设计技术，提供了高性能和灵活性，并可由 LabVIEW 2014及NI Linux Real-Time完全支持。该控制器适用于恶劣工业环境下的高级控制和监测应用，可提供高性能的处理、自定义定时和触发以及传输模块C系列I/ O的数据。

LabVIEW RIO架构打破了传统嵌入式系统设计的障碍，提供最理想的现成平台来完成各种苛刻的控制和监视任务。基于平台的方法使得小型设计团队能够自信地构建创新型嵌入式系统，而且不会浪费开发时间和成本。支持NI Linux Real-Time的LabVIEW2014可让工程师和科学家使用统一、熟悉的开发环境来继续开发他们的系统，同时还可利用CompactRIO硬件增强的性能。

LabVIEW2014助用户快速做出有据可依的决策

LabVIEW是NI平台的核心，包含了许多增强的功能，以帮助用户采集、分析和可视化数据，从而快速做出决策。 LabVIEW 2014通过跨系统复用相同的代码和工程流程来标准化用户与硬件交互的方式，这一方式也使得工程师能够根据未来需求调整应用程序。随着技术的进步、需求的不断变化和产品上市时间压力的逐渐增大，这一方式可帮助用户节省大量的时间和金钱。

LabVIEW 2014还通过LabVIEW套件简化了购买流程，提供相关的必要LabVIEW附加软件以及专门针对自动化测试、嵌入式控制和监测以及硬件在环和实时测试的补充软件。此外，用户通过LabVIEW 2014还可访问尖端的采集硬件（如坚固灵活的4槽CompactDAQ系统和CompactRIO系统）、软件设计的仪器（如PXI Express 8通道高分辨率示波器）和基于软件的VirtualBench多功能一体化仪器。

LabVIEW 2014新增的功能包括：

● DataFinder联盟技术——用户可以直观地搜索本地驱动器、网络或世界各地的数据
● 新的内置算法——更丰富的分析功能，包括NI Real-Time Linux的.m文件分析和FPGA的视觉函数
● LabVIEW数据仪表板——用户可以轻松、安全地创建移动界面来可视化采集的数据，并做出有据可依的决策，而且无需掌握移动通信的专业知识

企业状态监测软件解决方案NI InsightCM

NI InsightCM是一款企业状态监测软件解决方案，它能够获取并分析传感器数据、产生警报，并允许维护专家对结论数据进行可视化以便于诊断并得出结论。它提供了观测旋转机械设备健康状况的程序，判断当前状况是需要维护还是继续运行。

NI InsightCM主要由服务器和数据资源管理器两部分组成。其关键优势包括四方面：

该解决方案提供了一个具有成本效益的替代方案，可以帮助企业装备更大范围的监测系统并拥有更好的可视化程度。这是由于模块化硬件的每通道价格成本使得它可以非常灵活地监控关键设备和非关键设备，并允许企业更快捷地增加额外功能。

用户可以自定义，面向未来设计他们的设备状态监测解决方案，以满足不断变化的业务需求。

受益于模块化平台的开放性，InsightCM可以集成第三方传感器及支持不同设备互联，并拥有开放的数据存储格式，用户可以轻松获得设备监测的最原始数据。

建立在成熟的平台之上，提供了完整的分析功能列表（例如大数据解决方案的分析），确保被监测的设备正常运行，并可以正常地通信和收集数据。

作为更加贴近解决方案的软件系统，InsightCM保持了NI一贯的开放性、灵活性优势，可帮助轨道交通、能源、电力等领域降低了设备维护、运营成本。

针对物联网、大数据、5G等应用持续优化软硬件平台

NI认为，5个关键性技术革新：摩尔定律、梅特卡夫定律、电池技术的发展、移动通讯网络的发展和传感器技术，正在驱动着物联网的发展。物联网领域，NI重点关注工业应用，并坚信设计复杂智能化工程系统的能力，以及能够通过大量数据获得商业见解的能力将会帮助NI迎接这一领域的种种挑战。此外，大数据、信息物理系统、5G等领域，NI也会不断投入，与客户携手共同发展，共同实现工程世界的无限可能。