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以开放平台为核心 建构完整生态体系
德州奥斯丁NIWeek 2016特别报导

【作者: 王岫晨】2016年09月19日 星期一

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创建于1976年的国家仪器(NI),成立至今正好满40周年。 NI总裁、CEO暨共同创办人Dr. James Truchard回顾着过去,NI以GPIB、LabVIEW 1.0等硬体架构与软体核心,建立出开放平台的基础、虚拟仪控等核心理念,都是在一步一步建构完整的NI开放平台与生态圈。



图一 :  NI创办人James Truchard说,NI正一步一步建构完整的开放平台与生态圈。
图一 :  NI创办人James Truchard说,NI正一步一步建构完整的开放平台与生态圈。

以平台建构完整生态系


图二 :  NI全球行销执行副总裁Eric Starkloff指出,NI将持续以既有平台为基础,满足各种应用挑战。
图二 :  NI全球行销执行副总裁Eric Starkloff指出,NI将持续以既有平台为基础,满足各种应用挑战。

此外,NI于2000 年初提出LabVIEW RI​​O的概念,将FPGA与资料流处理做了更上一层楼的应用,甚至基于 LabVIEW RI​​O发展出NI VST等测试仪器。针对Smart Devices,NI也提出更聪明的设计与测试方式,透过系统级(System-level)与元件级(Component-level)的设计与测试IP共用(Shared IP),能够达到更有效的系统实现。而NI未来也将持续以这些既有的平台为基础,进一步满足包括5G在内的各种设计与不同产业的量测应用挑战。


事实上,NI的开放平台已经促成并加速许多领域的创新,例如LabVIEW FPGA应用在CERN 发现上帝粒子、LabVIEW与PXI建构的同步麦克风阵列促成了波音787的降噪、或是NI的软体无线电平台加速了5G研究应用于车联网等。


平台化的概念,在如今的产业中重要性已经不言可喻。包括Google利用云端服务与大数据发展自驾车、Uber建构一个手机App平台联结驾驶与乘客、Apple在消费型电子产品上持续增强iOS平台,并建构出超过两百万个APPs的生态圈。这些公司之所以能够持续创新的共同点,就在于透过开放式的平台,吸引大量使用者和开发者,进一步建构出庞大生态圈。在未来,供应商不再只是开发一个产品,而是必须建构出一个以软体为核心的平台,让客户彼此间合作,进而创造更完整的生态系统,推动产业的创新。


NI在测试产业,一直都是扮演一个平台提供者的角色。


NI的平台架构,均围绕着以LabVIEW为中心的软体核心。 LabVIEW在过去三十年来,不停的投资与精进,造就出量测产业独特的图控式软体核心。而为了提供使用者更好的系统稳定度,LabVIEW 2016版也提升了稳定性,并加入了『Channel Wires』的新功能,来提供并行回圈间的资料传递能力,简化整体布线设计,更符合人们的思考方式。另外,LabVIEW 2016也加入了Python Scripts的整合能力。未来工程师,可以不需要再花过多时间于程式的编程上,而是可以将更多时间放在创新,让世界能变得更好。



图三 : Jeff Kodovsky回顾LabVIEW的过去、现在与未来,从30年前的LabVIEW开始,NI持续的一直在不断的创新。虽然客户的心声,往往会反应眼前想要改善的小功能,但LabVIEW研发团队想把眼光放远,并提供颠覆性的创新工具。
图三 : Jeff Kodovsky回顾LabVIEW的过去、现在与未来,从30年前的LabVIEW开始,NI持续的一直在不断的创新。虽然客户的心声,往往会反应眼前想要改善的小功能,但LabVIEW研发团队想把眼光放远,并提供颠覆性的创新工具。

以软体为核心 提供颠覆性创新工具

NI非常重视产品和平台的创新,目前也正在积极投资许多崭新的技术。 NI的共同创办人,又称LabVIEW之父的Jeff Kodovsky,回顾LabVIEW的过去、现在与未来,从30年前的LabVIEW开始,NI持续的一直在不断的创新。虽然客户的心声,往往会反应眼前想要改善的小功能,但LabVIEW研发团队想把眼光放远,并提供颠覆性的创新工具。从1986年LabVIEW 1.0问世,2006年LabVIEW FPGA,到了现在LabVIEW 2016,LabVIEW走过了一段非常精彩的路,而未来更希望可以持续跟所有工程人员们一起持续成长。


而究竟NI希望提供给工程界的,是怎样的一个平台呢? NI全球研发副总裁Scott Rust提出了一个疑问,究竟怎样才称得上是一个平台(platform)呢?难道冠上平台的名字,它就是一个平台了吗?观察Amazon或Apple对于平台的定义,我们发现,一个平台必须要有三大要素:包括Massive value(巨大的价值)、continually adapting(不断的演进),以及vibrant ecosystem(充满活力的生态系统)。


当客户选择NI的时候,客户并不是在买一个产品,而是决定长期投资NI的平台。 NI同时也呼应了这样的信任和需求,对于R&D的大量投资,也展现NI的决心和毅力。


NI技术总监Jamie Smith认为,若要实现工业物联网(IIoT),TSN是个必须掌握的技术。目前OT(operation technology)和IT的网路是完全切开的,因为OT的网路通讯不能容许任何延迟。不过同时,这也造成了部署OT网路结构的大量成本,因为不能够重复利用现有IT的网路架构。因此,如果能够将IT与OT融合,将可以在基础设施的布建上,省下很多时间与成本。


目前TSN的应用领域包含分散式智慧电网、自动化机台,与车用元件测试等应用。 NI也和Cisco与Intel一同打造了世界第一个TSN测试台(test bed),并且是以LabVIEW & CompactRIO为基础。



图四 :  NI以CompactRIO为不同产业提供强大的嵌入式工具。
图四 :  NI以CompactRIO为不同产业提供强大的嵌入式工具。

平台三大要素:开放、弹性与客制

平台化的解决方案,已经是近年来的潮流。 NI也一直致力于发展平台化解决方案,并做出与竞争对手间的差异化特性。只是,在平台泛滥的今日,尽管许多解决方案供应商都推出平台式方案,但并非所有厂商的平台,都可以称得上是平台,毕竟还是必须符合某些条件,才能真正撑得上是一个平台方案。


从NI的观点,平台方案的第一个要件,就是必须是开放式架构,并且具有弹性,才能称得上是一个平台。而第二个要件是,平台也必须要能由客户来自己进行客制化设计,而不能只由厂商来定义平台功能,因为这样就显得毫无弹性可言。毕竟客户需要什么功能,还是客户本身最为清楚。当一个开放又具备弹性的工具,让客户可以自行客制化,成为工程问题解决方案的时候,才能够称得上是一个平台。


NI认为,工程系统都具备软硬体,而以软体为核心,将更能满足未来所需。相较于过去以大型机箱式的硬体核心平台的概念,以软体为核心的架构,将更能为客户提供使用上的弹性。软体核心更能够因应问题而变化,并且解决未来的工程问题。毕竟在不久未来,将会出现更多需要解决的工程问题,而且问题也越来越复杂,透过一个弹性的软体核心,就不需要担心这些即将可能发生的挑战。


NI为了提高平台的差异化,也将六个工程元素带入了平台之中,包括人机介面、I/O整合、不同处理模式、CPU、FPGA、时脉控制等。尽管许多平台供应商也都声称他们具备这样的功能性元素,但NI的平台提供客户自行选择这些元素的弹性,让客户依据自己需求,当需要某一项元素的时候,就可以加入到平台上,并整合成系统。这些元素之间,彼此互不干扰,可以相互合作。


而除了这六大基本元素之外,外围还伴随着整个生态社群,包含NI的系统工程师、即时技术支援、合作伙伴,以及所有正在使用NI工具的使用者们。透过这些社群中每一份子,来分享彼此的范例程式组合,这更是NI所提供的全新平台价值。以六大工程元素围绕着软体核心,外围并有丰富的生态系统,不仅做出平台的差异化,更提供客户更大的使用弹性。


对于软体核心,NI在LabVIEW的发展一直不遗余力。每年LabVIEW的发表都是重头戏。而今年更是不例外,LabVIEW 2016最新版本,有助于工程师简化开发,并有效整合生态系统的软体至个别系统。最新版LabVIEW提供全新通道接线,可用于简化程式码在平行区段间的复杂通讯。此通道接线方法适用于桌上型与Real-Time版 LabVIEW,能够提升程式码的可读性并缩减开发时间。


LabVIEW使用者所创造的成果,大多仰赖产品本身的开放性与支援产品的生态系统。 LabVIEW 2016也延续同样的概念,提升了与Python和第三方装置的互通性。这样的开放性搭配其他新功能,使得程式码的开发与布署作业更加流畅,并进一步提升了使用者的产能。



图五 :
图五 :

NI:串联IT与OT 将TSN应用领域最大化

IOT的发展,单靠着单一厂商是无法独立运作的,需要许多厂商同时来参与其中,才能顺利迈开步伐。因此,NI已经开始与许多业界厂商合作,提供Testbed(测试台),也就是一个完整的参考架构。这种Time Sensitive Networking(TSN)的先期技术平台,是长期支援开发同步化与通讯作业的全新标准技术。


目前NI提供的测试台,包括有针对智慧型生产的测试台,以及针对通讯与控制的分散式应用。在Cisco和Intel的协力合作之下,NI能够协助客户打造分散式系统,并针对分散式控制与量测回圈,执行同步化I/O、程式码与精确的通讯作业,而这些作业都能在乙太网路上完成。


国家仪器嵌入式系统部门总监James Smith指出,在跟不同性质的厂商合作的过程中,NI将自己视为是IT(Information technology)与OT(Operation technology)技术结合的一个桥梁。因为,很少有公司是同时了解OT量测与IT的网路设备与架构。要同时拥有IT与OT两种不同领域知识的公司少之又少,但NI却拥有这样的能力。因此NI也自诩能够扮演IT与OT之间的桥梁角色,将更强大的运算能力,提供给IOT的不同应用场合。



图六 : 国家仪器嵌入式系统部门总监James Smith指出,在跟不同性质的厂商合作的过程中,NI将自己视为是IT与OT技术结合的一个桥梁。
图六 : 国家仪器嵌入式系统部门总监James Smith指出,在跟不同性质的厂商合作的过程中,NI将自己视为是IT与OT技术结合的一个桥梁。

放眼目前最热门的5G议题,James Smith认为,5G与TSN不会完全整合,因为两者分属无线与有线通讯,在使用条件上毕竟有其差异。对于工业控制来说,需透过有线网路来提供更高的稳定度,毕竟稳定度正是工业控制环境最重要的条件。尽管5G与Massive MINO这类应用,目前都是属于消费性市场,但如果哪一天5G在其稳定性与延迟等规格上能有大幅度的改善,在未来的确有机会可以让TSN这类架构走向无线化的无线工控网路应用。


由于IOT应用范围十分广泛,使得系统复杂度也不断提高。 James Smith对此表示,LabVIEW正是用于简化系统复杂度的软体平台。特别针对未来的IOT发展及其复杂度的挑战,都可以透过LabVIEW来解决这些系统层级的复杂挑战。LabVIEW不仅可缩短撷取大量数据所需耗用的时间,且新版的LabVIEW也可透过系统架构图来描绘出不同的系统元件,再将系统元件与编程环境相互结合,如此一来,许多系统的辅助资料,都可以与程式码同时检视,这样的过程,就可以简化许多IOT开发的复杂度。


事实上,IOT虽然能为工业环境带来更高的效率,但成本却往往都是业者的首要考量。 James Smith以美国电力公司Duke Energy为例,说明​​这个电力公司在美国还有很多传统的发电设备,例如火力发电厂。这些旧的厂房设备,只要加装一些监控仪器如CompactRIO,并透过NI的分析能力,就可以提供这些厂商更好的洞察力,让业者能了解哪些设备是不堪用的。


与其将整批旧设备全部汰换,不如透过资料的撷取,来分析出哪些设备是应该要被优先汰换的,如此更能节省庞大开支。小巧且坚固耐用的CompactRIO,非常适合在工业生产的恶劣环境中进行监控并撷取数据,当然也可以进行进阶的快速控制等工作。


NI的平台应用十分广泛,客户群也十分多元。 James Smith认为,这主要是因为不同应用领域的客户,使用了NI的平台之后,自然而然引导了NI往不同的领域去发展。 NI的角色,一直都是持续让现有的平台发展更完整、更丰富、更容易使用,让NI的客户,能将这些工具平台,持续应用到更广泛的领域中。 (科技日报 王岫晨)


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