工控介面的化妝師,LabVIEW NXG 1.0 將改變你對儀表設計的看法

作者 | 發布日期 2017 年 05 月 26 日 23:30 | 分類 材料、設備 follow us in feedly

對於工業控制界來說,界面設計的良莠會直接影響到操作人員的工作品質與效率,因為儀器天天運作,好用、功能清晰的人機界面非常重要。在這領域裡,最重要的程式語言並非是一般 IT 人所熟知的系統語言,如 C 、C++ 、JAVA ,也不是 Python 、Perl 、Ruby 一類的命令稿語言,而是由國家儀器(National Instruments, NI)所開發、已有三十年悠久歷史的 LabVIEW,從早年應用於儀器自動控制,逐漸轉變成高階程式語言,如今許多控制系統都能見到它的身影。而就在 2017 年 5 月,最新版本的 LabVIEW NXG 1.0(LabVIEW 次世代 1.0 版)發表上市,也宣告為下一個科技世代的來臨進行準備。




 

壞 UI 要你命,好 UI 讓你工作順利

讓我們先來談談 LabVIEW 是什麼,它的功用又有哪些。

工廠、發電廠、火車、捷運、機場等控制台,甚至飛機、輪船的駕駛艙,給大眾的印象應該是佈滿了許多儀表,但隨著科技發展,當年的類比儀表逐漸走入歷史,轉由數位螢幕取代。雖然比起傳統類比機械儀表,數位螢幕上繪製界面容易多了,然而人機界面的設計上,還是得著重好用、清晰易懂的功能,甚至符合該產業人員的工作習慣,這不是一般程式語言拉個視窗畫面、顯示數字文字按鈕就可以解決的。

人機界面的領域如果只是「有做出實質功能」就交差了事,而缺乏該有的良好視覺傳達,如布局、顏色、易懂圖表顯示、基本美觀等,容易使工作人員對即時數據產生誤判、誤解,甚至導致分神,若發生意外那更損失慘重。而要做出良好的儀表界面,LabVIEW 就是這個業界的領航者。

 

▲不直覺、閱讀不方便的糟糕界面設計,使人難以即時掌握數值變動。

▲直觀、優良的界面設計,這是以 LabVIEW 開發的超音速風洞控制器。

 

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench,實驗室虛擬儀器工程平台)是由總部位於美國德州的 National Instruments (NI 國家儀器)所開發的圖形化工程系統設計平台暨程式編譯環境,用於測試、控制與嵌入式設計應用,服務工程師與科學家們設計系統、製作原型與佈署系統的需要。

 

▲第一代 LabVIEW,只能在 Apple Macintosh 電腦使用。

 

其歷史發展的開端要從 1986 年講起,由傑夫·考度斯基(Jeff Kodosky)發表 LabVIEW1.0 ,當時還只是直譯式語言平台,也只有在 Apple Macintosh 電腦可以使用;1990 年發表 2.0 版,才轉向使用編譯式的語言;1993 年開始跨平台,支援 Solaris 、Macintosh 、Windows 三平台(後來的版本也支援了 Linux 系統);1998 到 2008 之間,陸續實作了即時運算、物件導向語言、多核心運算、FPGA 語言設計、Web 服務;2009 年以後至今的發展,主要在效能的改進以及服務的支援提昇。這一路走來,30 年不間斷,LabVIEW 可說是工業/實驗室儀控界的第一把交椅。

 

▲ LabVIEW 演進圖,從 1986 年問世到現在已有三十年悠久歷史,是工業/實驗室儀控界的第一把交椅。

產學研運用實例

LabVIEW 被廣為採用在工業自動化、儀器控制、資料擷取、嵌入式硬體監控、測試儀表、實驗室開發研究,同時也被非常多世界知名的廠商、學術單位、計畫專案採用。

2011 年日本 311 大地震後,福島第一核電站發生嚴重的核泄漏事故,災後京都大學的原子爐研究所進行後福島計畫,以 LabVIEW 與 CompactRIO,開發出 GPS 連動型放射線自動計測系統 KURAMA II,可自動化監控輻射。更值得一題的是,KURAMA II 比前一代的開發時間大幅減少一兩個月,對分秒必爭的災後核安控管幫助很大。

2014 年台灣交通大學 ARRC 前瞻火箭計畫,其 http-3s 火箭成功發射升空,一時蔚為台灣科技界茶餘飯後討論的焦點,而幕後功臣就是以 LabVIEW 所製作火箭發射儀控。

 

 

美國維吉尼亞理工大學(Virginia Tech)則運用了 LabVIEW 與 CompactRIO,在資金與開發時間有限的狀態下,快速進行原型開發,打造出全世界第一輛盲人專用半自動自駕車,讓視障駕駛可順暢行進、控制速度,並避免碰撞,提供安全的駕駛。

 

守護生活安全的幕後功臣

LabVIEW 的應用看似離我們很遠,但其實生活周遭都有他的蹤影。

2008 年北京奧運落成的大型新建場館群,採用了許多新式前衛設計與建築工法,因此營運後的結構安全監控非常重要。主辦單位以 NI LabVIEW 與 CompactRIO 來執行建物結構安全監控(Structural health monitoring,SHM),讓每棟建物的關鍵結構接點都可以全盤受到監控,毫無死角。

人手一機的現象讓現代人的眼睛越來越差,視網膜病變也成為近幾年的文明病。OptMedica 公司使用 LabVIEW FPGA、DAQ 改良視網膜的療程,讓每個雷射脈衝時脈與功率的修改,達到速度最佳化、自動化,而且更高的精確度。

當你享受物流的方便時,有注意到運送的安全性嗎?當火災發生時駕駛沒有即時反應,往往造成嚴重損失,特別是飛機空運,駕駛員不可能離座去救火。聯邦快遞(FedEx)因應這個嚴苛的課題,建立了一套嵌入式智慧型火災監控與滅火控制系統。以LabVIEW 與 CompactRIO 迅速進行系統的原型製作,佈署解決方案,並置入到每一台貨機上。一旦貨機機艙與貨櫃發生火災,就可進一步保障飛行員、貨運物件,與機體本身的安全。

除此之外,你可以自然地享用電力帶來的好處,出門搭乘各種大眾交通工具,手機開啟就能連到 GPS 衛星作導航,陸地與海上有眾多感測器持續監控著地震、海嘯、空氣品質甚至輻射指數等,現代人的生活能夠如此安全便利,這些儀器與幕後的控制系統都扮演重要角色。

 

LabVIEW NXG 登場,效率、易用度更為提升

LabVIEW NXG 1.0是 NI 運用 30 多年來累積的實力,所開發出之新生代 LabVIEW 的最新版本。

 

LabVIEW 的問世提供了「非程式設計」之量測系統自動化途徑,常見應用領域可採用簡單的互動式設定來完成量測;而複雜應用領域也能運用 LabVIEW 著名的 G 語言所提供的完整、開放式圖形化程式設計功能來加以開發。而甫在美國時間 5 月 23 日上午發布的 LabVIEW NXG 1.0,則是 NI 運用 30 多年來累積的實力所開發出之新生代 LabVIEW 的最新版本,經重新設計將工作流程簡化,以加速軟體功能的開發,拓展從設計到測試的各項工程功能。

LabVIEW NXG 採用創新的量測自動化做法,填補設定架構軟體與客制化程式設計語言之間的落差,將 NI 資料​擷取​裝置​或​第三​方​桌上​型​儀器​的​所需​量​測​時間​壓​至​最低,進而讓領域專家能專注於處理最重要的問題,而無須分神與工具搏鬥,使易用度大幅改善。畢竟儀控專家要設計好的環境界面給別人用,自己也需要有好用的界面來使用。

 

▲除了 LabVIEW NXG 1.0版本外,國家儀器也發布 LabVIEW 2017 版本,滿足客戶的不同需求。

 

不過,今年同時還是有發表傳統版本的 LabVIEW 2017,可能有人會問:「2017 版跟 NXG1.0 版到底有何差別?」LabVIEW NXG 1.0 主要是為桌上型量測作業帶來徹底變革;而 LabVIEW 2017 的新功能會以大型、複雜、分散式測試、嵌入式應用的開發、佈署與管理應用為主軸,包括強化標準 IP 可互通性的相關功能,以及支援標準通訊協定(例如 IEC 61131-3、OPC UA 與安全的 DDS 傳訊標準)。

如果你的工廠或實驗室還在用 Visual Basic 之類的語言,土法煉鋼刻出難看又不好用的儀表界面的話,不仿改用 LabVIEW NXG 1.0 看看,從簡單的 DAQ 應用,到複雜的測試系統與智慧型機台建置,都能因應自如。不僅原型開發更方便,工廠運作會更順暢。

 

(圖片來源:國家儀器)