简介
在理想的情况下，产品从研究到设计，最后到生产，公司是不需要对其进行测试的。但是，实际上，测量系统是整个产品开发过程中不可或缺的一部分。测量系统对于一个企业是不可或缺的，因为在提高质量、缩短投入市场的时间、提高工程与制造的效率，当然还有降低成本上，测量系统具有十分关键的作用。

在过去的20年间，为了满足消费者的需求，测量系统发生了根本性的改变——应该说是改革。这次改革推出了一种全新的系统框架。在这种框架中，计算机成为测量系统的“心脏”。

这次测量改革将测试、测量和自动化应用系统从原来的结合松散、常常互不兼容、分立的仪器设备转变为了一个高度集成的高性能的测量与自动化系统。而变革的核心则是一个越来越重要的部件——软件。

虽然与传统的分立仪器相比，随着个人计算机硬件的发展，测量系统的性能大大提高，成本也大大降低，但是成千上万的工程师和科学家之所以能够利用这些优点，却是因为高产的集成软件。一套完整的软件工具——从测量驱动框架与仪器互连软件到高产的应用开发环境和企业标准工具间的开放式互连软件——可以使工程师和科学家自由地创建功能强大、可自定义功能的新一代测量系统。

从研究、设计，到验证，到制造与测试，到维护，在整个产品设计生命周期中，软件推动了这种高性能低成本、高度集成的测量系统在各个阶段的应用。纵观全球，使用基于计算机的测量与自动化系统的公司，都具有以更低的成本和更少的时间来设计和测试质量更高的产品的竞争优势。

集成测量系统的演化 软件控制分立仪器时期 二十多年前，当RS-232和GPIB（IEEE 488）等通信总线引入时，计算机第一次成为了测量系统的一个必备部分。通过将测量设备直接连接到计算机上（见图1），工程师和科学家不仅可以减少将数据输入计算机进行进一步分析的时间，同时也可以减少手工输入数据可能造成的错误。此外，将计算机作为测量系统中所有仪器的“中央控制器”，还可以让这些仪器相互协调，自动操作，构成一个独立的系统。

图1. GPIB连接一台分立仪器到PC

发送命令到仪器和从仪器接收响应的软件接口，使得以计算机为中心的仪器系统得到了广泛采用。这种仪器控制软件还提供了驱动程序。驱动程序作为操作系统的一部分被安装在操作系统中，就像为了保证不同操作平台和编程环境的一致性而提供的标准API一样。如果考虑到计算机操作平台过去20年来的巨大变化，提供标准API是操作系统一个十分重要的特性。

虽然基于计算机的仪器控制给工程师带来了很大好处，并且它还是“堆架式”系统的基本组成部分，但是系统开发仍然非常辛苦，因为开发人员必需详细了解系统中的每一台仪器或者设备的命令语法。开发人员也曾试图标准化命令语法，但是真正将开发的效率提高到一个新水平的是将仪器驱动程序引入到新一代应用开发环境中，使其成为开发环境的一部分。这些开发环境包括NI LabVIEWTM图形开发环境和LabWindowsTM（一种测量专用函数与C和Basic编程语言相结合的工具）。现在，随着越来越多的仪器驱动程序被引入这些开发环境，，工程师可以将精力集中在高级的测量系统要求上，而不是各个仪器供应商专用的命令语法上了。

软件控制基于计算机的测量设备时期 20世纪80年代中期，总线框架的巨大进步促成了模块化测量设备的发展。用户可将这些模块化设备安装在计算机中（见图2）。不象分立仪器那样依赖于昂贵的专用处理器、固件和存储器，这种插入式数据采集卡直接利用计算机的固有组件可以组建成体积更小、成本更低和性能更高的测量系统。

图2. 在PC内部完成各项测量功能

然而，这种灵活的低成本平台不再只是简单地发送命令和接收响应，它对系统软件提出了更高的要求。不过高级应用程序接口（APIs）简化了从数据采集卡高速传输数据到计算机这个过程。通过使用高速信号处理算法和软件工具，工程师和科学家可以创建自定义的分析程序。用户界面设计软件还将传统分立仪器的曲线图、旋钮和游标“搬到”了计算机屏幕上。专用的测量开发环境给工程师带来了空前的生产力，它提供了许多高度集成的工具用于仪器的控制和数据采集、数据分析，以及数据的可视化。

软件提供完整的集成测量与控制系统时期

图3. 集成的测量与控制系统

• 在开发、部署、维护和更改整个过程中使用为测量与自动化应用设计的快速开发工具，大大提高生产力
• 更好的测量与控制系统性能，因为所设计的每个级别的工具能良好配合，共同工作，提供最好的测量与控制性能
• 更高的系统集成度，这使许多不同的测量设备集成为高级系统，易于与整个公司的其它处理过程连接
• 降低整个产品生命周期的成本

图4. 测量与自动化集成软件框架

• 测量与控制服务软件，它可与许多I/O设备无缝连接，可为简化系统开发提供高级接口
• 应用开发环境，它与测量与控制服务软件和系统管理服务组件高度集成
• 系统管理服务组件，它将数据、测试和高级系统组织起来

图5 测量和控制服务软件

• 通过直接控制设备上寄存器以及直接和计算机的内存交换数据，最大限度地提高了I/O性能
• 设备驱动架构完全遵从所有操作系统的通用性标准（如Windows 2000，Windows XP，Mac OS）
• 可扩展API使在嵌入式，桌面式或分布式系统编程变得简单，并具有可扩展性。
• 和LabVIEW，Visual Basic 和Visual C++ 等ADE无缝地集成
• 内部的驱动架构使其可以通过USB，1394，以太网连接来操作分布式设备
• 对于PCI和PXI测量设备，使用RTSI™总线架构对具有同步和触发功能的测量设备进行集成
• 高速数据传输最大限度地提高了系统的吞吐量

• 研究实验室（灵活性是关键）：通过GPIB和桌面计算机相连，采集和显示来自数字万用表和示波器的数据
• 现场服务应用（便携性是关键）：通过PCMCIA和笔记本相连，采集和显示来自基于计算机的数字万用表和示波器的数据
• 产品测试应用（速度和成本是关键）采集和显示来自插在PXI机箱的基于计算机的PXI/CompactPCI 数字万用表和示波器的数据。

图6 系统管理软件架构

在测量和自动化软件框架中，系统管理软件也扮演着重要的角色（见图6）。这些工具对于简单的测量应用并不必要，但是对于大型的集成化系统其价值是无法衡量的。

两种常见的系统管理环境包括大规模数据管理系统和大型的测试管理系统。在这两种情况中，对于这些系统的工具是否能和ADE以及测量和控制服务软件高度地集成这一点非常重要。和组织内部设计和维护的系统相比，使用ADE，现有的商业化系统管理工具能为组织机构节省大量的时间。此外，这些环境必须和其它组织机构内部的系统能很好地结合，这些包括有数据库，制造执行系统（MES）。

测试管理软件的重要特征
测试管理软件，通常是作为测试的执行中枢，必须能为整个测试系统的提供一个框架。它必须包括测试程序所需的顺序，循环和决策制定功能，并且能在测试系统和其它各种企业系统，如数据库，制造执行系统和质量系统之间提供接口。

在以前，当测试被执行时，其执行框架常常处于实际的ADE内建的测试中。这样的软件结构相互联结，不可能单独编程。这为维护和支持带来了困难并且除了简单的工程几乎很难重用代码。近来，测试代码，或者“单步”，和测试执行框架根据功能被很好地定义和抽象。现今的测试执行已发展为可自动识别UUT，完成所有的顺序控制和运行测试结果评估，报表和用户管理。

利用现有的商业化测试管理软件，开发人员具有全面的定制选择，可以创建自定义的测试解决方案来提供成本更低，速度更快和特性更多的测试系统。

NI 开发了TestStand™, 一种即时可用的测试执行软件，能组织，控制和执行自动化原型，验证或建立测试系统。Testband具有完全的可定制性，因此用户对其可以进行更改或增强以满足他们的特殊需要。TestStand是和LabVIEW，LabWindows/CVI，和Measurement Studio集成在一起，因此用户可以生成代码，进行全面调试，包括直接进入来自TestStand的程序中调试代码。

数据管理框架的重要特征
如果一个测量系统需要采集大规模的数据，那么对于这个集成化测量系统，数据管理框架是非常重要的部分。通过在系统中结合数据管理技术，组织机构可以更有效地共享数据和制定决策。数据管理软件为测量系统提供的框架能把数据存储在组织好的资料库中，使用户可以以各种文件格式获取数据，用测量专用的程序处理和分析数据，以及为协同工作生成标准化专业报表。

通过实现数据管理框架并在NI DIAdem™软件中使用，用户可以以各种文件格式获取测量数据，用上百个工程专用的分析程序交互地分析数据，以及为协同工作生成标准化专业报表。

在组织机构中实现集成化的测量和自动化软件框架
过去二十年来，National Instruments一直是测量和自动化软件的领导者。从它的测量和控制服务软件到创新的ADEs，LabVIEW图形化开发环境和LabWindows/CVI ANSI C开发环境，以及用于Microsoft Visual Basic 和 Visual C++的Measurement Studio，再到它的测试管理和数据管理软件平台，National Instruments提供的高度集成的软件框架，在设计和开发自动化测试、测量和控制系统的整个过程提高了生产效率。

使用现有的商业化技术，开发人员能用更多的时间来关注应用的需要，而不是为适应技术的变革而重新设计软件架构，这样提高了组织机构的效率。通过充分利用NI的测量和控制服务软件，他们无需重写代码就可以轻松地更新硬件架构。随着软件的规模由简单的应用变得非常复杂，使用地点由设计实验室到制造测试厂房，组织机构认识到，当他们在组织内使用一套标准的工具，建立专家系统，从一个功能领域到另一个领域重用测量系统时，他们能极大地提高生产效率。
通过在National Instruments的测量和自动化软件上投资来建立集成化的高性能，低成本测量和自动化系统，组织机构提高了生产效率，极大地节约了开发时间，而且所使用平台具有可扩充性，能在数年内根据需要的改变而发展。组织机构也因此缩短了产品上市时间，提高了竞争力，因为高质量的产品可以以比从前更快的速度设计出来并通过测试。

为了帮助组织机构开始使用这些软件，NI提供了现场咨询，起步帮助，等多种培训方式，从自我学习交互CD到现场培训课程的大量的培训方案。此外，在系统开发期间经过全面培训的应用工程师可以为客户提供帮助。如果开发人员希望从这种集成化的框架中获益，但是组织内部又缺乏开发资源，来自全球范围的600多家NI系统集成商会提供帮助。这些公司都是NI软件框架方面的专家，可以帮助客户实现满足他们需要的高度集成化测量和自动化应用程序。

想开始着手降低开发和生产成本，获得更高的产品质量，使产品更快地投入市场，请联系您当地的NI办事处以得到免费的专家咨询。