对40年的测试和测量生涯的思考以及对以后的展望

March 15, 2017 | James Truchard, PhD, National Instruments
对40年的测试和测量生涯的思考以及对以后的展望

随着我越来越接近作为National Instruments首席执行官的40年职业生涯的终点,我越来越能感受到测试和测量行业自1976年以来所取得的巨大进步和创新。我们从由真空管技术驱动的General Radio时代到惠普主导的晶体管时代,直到今天,软件成为了真正的仪器,这是由NI主导的变化。

摩尔定律使我们野蛮、快速发展,而当大家觉得它要退出历史舞台的时候,工艺创新又扩展到新的维度(字面意思)上,推进性能更进一步。

就像晶体管一样,NI从微不足道的起点开始,但它始终专注于生产伟大的产品,并通过我们的客户和平台技术赋予能够改变世界的创新能力。下面,我将会讨论过去40年职业生涯教给我的东西,以及我转向职业生涯的下一个阶段时,所看到的这个市场的方向。

以财务分析表格的方式来做测试和测量

当Jeff Kodosky,Bill Nowlin和我于1976年创立NI时,我们意识到在工程师和科学家如何与测试和测量设备交互方面还存在巨大的创新空间。 我们成立公司的前提是,必须找到更好的方式来满足工程师和科学家所面临的测试和测量需求。 虽然我们买不到成品,但好在我们不必从头开始构建它。

通用接口总线(GPIB,IEEE 488)是我们的切入点。 我们1983年的目标,是“以财务分析表格的方式来做测试和测量。”今天,这句话不再那么令人兴奋,但当时还是80年代早期。 当时,用于财务分析的工具并不是人人都能得到,对于没有很多预算的人来说非常昂贵。表格的出现使这种情况出现了转机,这也正是我们所想要做的。 我们希望每一位工程师和科学家都能够使用到领先技术公司的研发团队使用的相同工具或平台。 这在很多方面来说都是从根本上赋予他们能力,直到今天仍然是这样。

软件就是仪器

虽然其他人可能把GPIB看作硬件方面的标准,但我们认识到了它在软件方面的能力。 随着PC行业的发展(以及苹果的Mac,其对我们有一种特殊的亲和力,让我们想给它做图形用户界面),GPIB线使得能够按照客户需要的自定义方式轻松地分析和呈现数据。 它们将不再被局限于仪器的前面板上,使用铅笔和笔记本来记录数据。 创新随后也来到了软件领域,其中编程语言需要连接上的盒子的仪器驱动程序。 我们编写和支持驱动程序的战略是我们的一项关键服务,直到今天,NI在公司的仪器驱动程序网络上支持了超过10,000个驱动程序。

但是,工程师和科学家还是要使用为计算机科学而设计的工具来执行工程、测试和测量任务。 我们的解决方案有两种:LabWindows / CVI,在ANSI C编程中的专门用于工程的工具,以及LabVIEW图形编程范式,它以我们解决问题(在流程图中)的方式思考,并将其转换为编译完成的代码。听起来很简单:获取,分析和呈现。 我们在为客户的实际使用设计的软件工具中做到了这一点,它不仅易于学习,还非常强大。 我们创造了短语“软件就是仪器”来描述这种方法,让工程师和科学家们能够节省宝贵的时间,更快地获得结果,这些就是我们所需要的市场验证。

随着摩尔定律演化

人们认为摩尔定律是关于硬件的,但计算硬件的存在只是为了运行软件(或者固件)。 一旦我们使用软件进行测试和测量,我们就相当于招募了英特尔、赛灵思和其他许多非常强大的公司为我们的研发部门效力。 随着客户和合作伙伴对我们的软件工具越来越熟练,我们只需要更新处理器来为测试和嵌入式系统提供越来越高的价值。 到目前为止,这已经在两个关键维度上发生:多核处理器和FPGA。

LabVIEW是图形化的,因此其不具有明显的顺序,是为并行处理定制的。 LabVIEW的用户是最早能够轻松从单核处理器迁移到多核多线程的程序员,并且几乎立即就能提高速度。 显然,也可以利用其他语言的趋势,就像仍然能够用机器或汇编语言编写高效的代码,但你不会这样做。现代电子产品的变革速度意味着你无法浪费时间来手工完成一件用工具可以轻松为你完成的事情,LabVIEW的用户一直这样告诉我们。

这与FPGA完全不同。 一些问题只能在高度并行、确定性的硅世界中解算。 但是大多数作为在他们领域的测量和解决问题的专家(而不是数字设计)的机械工程师和医学研究人员没有对应的工具链和编程结构。 20世纪90年代后期,我们在LabVIEW的图形化模式中认识到了这一点。 我们致力于将FPGA的功能提供给LabVIEW程序员,最终我们做到了。 我们的工程影响力奖获奖者展示了这项技术的力量:从再生和恢复器官功能损坏的应用到打破大规模MIMO 5G无线频谱效率的世界纪录。

以软件为中心的硬件设计方法

你有可能跟我们一样,认为软件是独一无二的,但对于硬件则有所不同。 模块化的基于PC的板卡是天然的副产品。 使硬件尽可能轻且具有成本效益(无专用屏幕、电源、固定按钮/旋钮等),并专注于ADC、DAC、信号调节和数据移动。

我还没有见到过在特定任务中能设计出比客户自己设计更为高效的用户界面的制造商。即使是箱式仪器上最好的前面板,也充满了各种没用的按钮和菜单结构。 我们的许多硬件产品是由于I / O连接器限制了其尺寸。它能比这更加高效吗?

现实是,我们的战略不仅仅是高效,这是正确的。 我们新的矢量信号收发器(VST),将RF分析仪、RF发生器、并行和串行数字接口以及高性能信号处理集成在了双插槽PXI模块内。 该产品提供业界领先的带宽(1 GHz),惊人的射频性能以及在MIMO应用中的可扩展性,这些都是因为它的软件。 我们尽可能多地将技术问题转移到FPGA中,并且摩尔定律(还有赛灵思)提供了一个能够处理计算的载体。 我们通过允许客户使用LabVIEW自定义该FPGA,将该载体的钥匙提供给我们的客户。 从5G蜂窝技术开发,到汽车雷达和驾驶员辅助算法开发,到降低物联网(IoT)设备的成本,VST和LabVIEW能够帮助客户实现使用传统仪器所无法完成的目标。

展望未来

我们能从每一个地方看到未来的趋势。 现代工厂具有我们所说的“网络 - 物理系统”特性,它将以软件为中心的计算技术与机电系统和人类操作员相结合,以提高安全性、效率和成本结构。 获取、分析和呈现的概念仍然有效,但我们还为物联网设备添加了并列的“感知,计算和连接”流程。 无线技术越来越普遍。 我们说这个话有段时间了,但如果你今天还不是RF工程师,以后你会的。 而且你连接的东西越多,你就越想利用你所能收集到的数十亿个传感器节点的数据。 对我们来说,这是大模拟数据解决方案,并且这是世界上内容最为丰富的数据集。 NI的客户每天都在获取数TB的这类数据。

但是,即使我们的能力变得更加先进、试图解决的问题的规模越来越大,我们所使用的工具还是必须更容易操作。 正如机器语言迁移到汇编和面向对象语言、其他范式,包括图形数据流编程,是提供适当级别的抽象的关键。 LabVIEW通信系统设计套件中的多速率图是一个很好的例子,在此之前没有任何一款软件工具能够提供原型5G算法所需的生产力,直到我们大胆地研发出可以直接部署到硬件的单个流中的多个计算模型。

没有哪一项创新是独自完成的。 我们如今使用的最好的平台是高效的,因为其已经培育出了一个生态系统。 通过NI的以软件为中心的方法,产生了一个由1000多家公司和300000 LabVIEW用户组成的合作伙伴网络。 移动设备和“APP”的兴起是建立在对开发者友好的平台上的健康的生态系统上的。 基于团队的开发、代码共享和社区支持很快将不再新奇,而成为标配。

结语

能够经历到过去40年在我们的行业中所发生的事情是一个奇迹,我为所有这些技术和趋势所能为我们带来的改变感到兴奋。 我对新工程师的建议很简单:为未来制定目标,并不断追求。以及,在一天的工作完成后,要让生活充满乐趣。

谢谢你们为我带来的这40年。 我相信“自动化测试趋势展望“中的五个选择,无论是今天还是最初发布的时候,都是一样的适用。 愿这些信息能够启发你未来的愿景,带给你和你的组织繁荣和成功。

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