一 引言 在“理想”的状态下，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。然而，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。 二 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。此外，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。 然而，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。测量特定的开发环境使得工程师的生产效率得到空前的提高——推出了用于仪表控制与数据采集、数据分析和数据显示的紧密集成工具。 3. 组成全集成测量和控制系统的软件 在过去5年内，诸如PXITM/Compact PCITM等总线体系结构新技术建立了一个实施非常复杂的测量和控制功能的最佳平台。当今的集成测量和控制系统不同于传统的仪表系统，因为它们涉及的测量设备类型更多、品种更广。这些集成测量和控制系统的配置过程包括：首先与传统的单机仪表连接，然后再添加插入式模拟和数字测量设备，现今还得配置直观检查用的图像采集装置和机器控制用的运动控制器。此外，这些集成测量和控制系统还必须容易地与诸如可编程序控制器(PLC)等众多设备连接。 三 今天的挑战 今天，工程师和科学家在对自动测量系统进行集成时，仍然面临许多挑战。系统开发商需要把新品和质量更高的产品更快地推向市场；需要迅速建立自动测量系统后对现有设计进行验证和对成品进行测试；需要以最短的停工时间将那些系统部署到现有生产过程的众多测量点上；需要对那些系统进行不间断的维护，即使人员变化后也一如继往；以及需要引进新的设计理念以迅速对那些系统进行修改。从这些系统被集成到企业综合系统的最新发展趋势看，系统开发商面临的挑战，只会越来越多。 1. 各种各样测量设备的集成 当今的单机仪表像20年前的传统仪表一样，经过优化后，就有人机对话的功能，而不一定要通过集成系统来实现人—机对话功能。 此外，将许多仪表集成为一个单一的系统，经常既耗时，又难办。不同的仪表同时开展多项测量工作时，经常需要设计多种软件程序。具有不同通信结构(例如GPIB、USB和VXI)的测量设备要求系统开发商掌握不同类型的仪表各自专有的应用程序设计接口和设计程序。这些挑战使得那些一定要对仪表进行集成而必须了解不同通信结构与特性的系统开发商消耗了大量时间，使他们不能集中精力解决阻碍其产品更快推向市场的测量问题。 2. 系统配置、维护和修改 现今的测量系统开发商需要更好的系统配置、维护和修改工具。由于这些开发商现在估量产品设计、修改的时间跨度只有几个月，而不是以往的几年，他们必须缩短测试系统配置到众多测试点上所需的时间。而且，开发商在每次推出一种新型号的测量系统时，新系统的软件程序编制，可能不再从头做起。此外，众多开发商可以选用的程序设计语言有好几种，其中包括Microsoft公司的Visual Basic或Visual C++，或是NI公司的LabVIEW。当今的集成测量系统的软件部分必须做到容易维护且修改时速度很快。 3. 与企业工具的集成 随着企业内联网和国际互联网技术的日趋普及，测量和控制系统能够实现它们带来的众多效益。开发商能利用网络即时发布信息，不断使生产过程适合新的市场需求和定期改进产品设计。 在通常情况下，开发商必须在生产现场各处，企业内几幢不同建筑物内，甚至全球各地，配置自动测量和控制系统。跨国公司数据库系统必须方便地共享由这些系统中的任何一个系统收集到的信息。用来建立自动测量系统的开发工具必须与各大公司正对此制定标准的企业工具紧密集成。如果不实现这种集成，跨国公司在其市场占有率不是减少而是增加的情况下，会面临生产效率和竞争优势急剧下降的局面。 (未完待续)