國(guó)內(nèi)外Vl儀器儀表研究的發(fā)展歷程
科學(xué)儀器與試驗(yàn)技術(shù)走過(guò)了模擬式、數(shù)字式、智能式三個(gè)階段，從上個(gè)世紀(jì)八十年代(1983一1986)起，開(kāi)始出現(xiàn)了第四代儀器，虛擬儀器vl時(shí)代。虛擬儀器vI以數(shù)采DAQ和DASP(數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理)軟件技術(shù)和PC機(jī)為載體，經(jīng)過(guò)20多年發(fā)展，目前己經(jīng)取得了重要進(jìn)展，VI己逐漸取代上述三類儀器。從上個(gè)世紀(jì)六十年代(1964一1969)試驗(yàn)室用“火車?yán)摺钡缴蟼�(gè)世紀(jì)九十年代(1993年INV306到北美展出)再到現(xiàn)在基本實(shí)現(xiàn)了“試驗(yàn)室拎著走”。隨著上網(wǎng)小筆記本時(shí)代的到來(lái)，以及高性能DAQ數(shù)據(jù)采集儀的發(fā)展，目前已全面實(shí)現(xiàn)了真正的“把試驗(yàn)室拎著走”。
虛擬儀器的定義和作用如下:虛擬儀器是指在PC機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)采和信號(hào)調(diào)理硬件和信號(hào)處理分析(oASP)及LabviEw等各種應(yīng)用軟件構(gòu)建而成的、具有可視化界面的儀器;是一種新概念的測(cè)試儀器、就其功能而言，它是一個(gè)真實(shí)的儀器，而“虛擬”的含義是指軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器中許多硬件所實(shí)現(xiàn)的功能，用“軟件制造儀器”、“軟件代替硬件”，滿足多樣的應(yīng)用需求;它的出現(xiàn)，帶來(lái)了科學(xué)儀器與科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域的一次深遠(yuǎn)的技術(shù)革命，幾乎滲透到了所有的測(cè)試控制領(lǐng)域。有趨勢(shì)表明，虛擬儀器最終要取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，將成為測(cè)量、分析、控制、自動(dòng)化儀表的核心，并成為機(jī)器人的核心技術(shù)，其社會(huì)意義與經(jīng)濟(jì)意義十分巨大。
然而，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，“云計(jì)一算”和物聯(lián)網(wǎng)(傳感網(wǎng))的時(shí)代開(kāi)始來(lái)臨，不久的將來(lái)將實(shí)現(xiàn)“試驗(yàn)室網(wǎng)上走”，試驗(yàn)室的“云時(shí)代”，云智慧測(cè)試儀器及云式智慧測(cè)試時(shí)代就要到來(lái)了。VI儀器發(fā)展框圖如圖1所示:
1965年，作者參加國(guó)防核爆炸防護(hù)工程課題一地下鐵道的核爆炸震動(dòng)、噪聲與動(dòng)力學(xué)測(cè)試分析的研究。發(fā)現(xiàn)用硬件設(shè)備無(wú)法獲得地鐵道床的下沉殘余位移(0Hz)的難題，所以萌生了構(gòu)造“用數(shù)字算法(軟件)取代硬件”曾用計(jì)算尺和手搖計(jì)算機(jī)試算，1973年用FORTRANIV語(yǔ)言編程用ECC555數(shù)字計(jì)算機(jī)的軟件數(shù)字積分和頻譜分析取代硬件模擬積分的方法解決上述難題，到1979年獲得成功，參見(jiàn)在1979年11月出版的《振動(dòng)測(cè)試和分析》中的P355，圖7一6實(shí)測(cè)波形的參量變換。同年11月在杭州召開(kāi)的全國(guó)核試驗(yàn)防護(hù)工程學(xué)術(shù)交流會(huì)上，提出“軟件制造儀器，軟硬件結(jié)合取代傳統(tǒng)由硬件構(gòu)成的模擬式儀器”的概念，獲得主持會(huì)議中科院力學(xué)所所長(zhǎng)鄭哲敏院士，清華副校長(zhǎng)張維院士，同濟(jì)大學(xué)校長(zhǎng)李國(guó)豪院士的支持和贊揚(yáng)。1983年1月作者因特殊原因無(wú)法使用磁帶記錄儀和信號(hào)分析儀，所以下決心研究PC卡泰，在東方所的前身中國(guó)振動(dòng)咨詢部的籌建過(guò)程中，提出了卡泰儀器—PC卡泰儀器(PCC戌1’AI)課題的構(gòu)思。其具體方案強(qiáng)調(diào)在1983年5月出版《波形和頻譜分析與隨機(jī)數(shù)據(jù)處理》一書，P304一314，其中主要參閱P307頁(yè)，圖6一27計(jì)算方案框圖，這是中國(guó)VI的初期構(gòu)思與早期方案:1983籌辦咨詢部到1985年?yáng)|方所正式成立，正式立題“DASP虛擬儀器庫(kù)和INV移動(dòng)試驗(yàn)課題研究，并提出“試驗(yàn)室拎著走”的目標(biāo)。非常巧合的是美國(guó)的Nl公司在1976年成立。1983年Nl在生產(chǎn)GPIB接口儀器用于計(jì)算機(jī)與儀器之間連接，此時(shí)公司己小有規(guī)模，運(yùn)營(yíng)良好，解決了儀器的連接后，決定著手攻克測(cè)試測(cè)量中更深層的難點(diǎn)，也就是測(cè)量軟件的開(kāi)發(fā)，它們基于計(jì)一算機(jī)的電子制表軟件。為金融領(lǐng)域帶來(lái)了巨大便利，受此啟發(fā)希望為本行業(yè)發(fā)明一種同樣高效的工具，應(yīng)用于工程師和科學(xué)家們進(jìn)行的測(cè)試測(cè)量以及自動(dòng)化項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)最常用的語(yǔ)言是BAsIC，1984年蘋果公司推出Macintosh計(jì)算機(jī)圖形化特性軟件，受此啟發(fā)，因而定下圖形化是目標(biāo)，圖形化前面版就是人與測(cè)量程序交互的過(guò)程，前面版與實(shí)際儀器的面板十分相似，實(shí)際上這些程序就是虛擬儀器。他們與一群學(xué)生到遠(yuǎn)離公司的辦公室，研究這個(gè)項(xiàng)目，1985年6月開(kāi)始寫程序代碼到10月完成。1986年4月正式宣告了Labview的誕生。Nl公司也出現(xiàn)在雜志封面上，到1986年10月Labviewl.0才正式向用戶發(fā)貨。
1990年1月正式發(fā)布LabVIEW2.0，到2006年LabVIEW20周年推出了LabVIEWS.20及慶祝NI公司30周年，此時(shí)有員工3800多名。Nl的營(yíng)造的企業(yè)文化，推動(dòng)企業(yè)進(jìn)步，并為員工帶來(lái)了挑戰(zhàn)和樂(lè)趣并存的工作環(huán)境。在工作中享受樂(lè)趣發(fā)揮創(chuàng)造性和團(tuán)隊(duì)精神，員工順暢的溝通渠道，并且共同分享團(tuán)隊(duì)成功的喜悅。連續(xù)七年，《財(cái)富》雜志評(píng)選Nl為全美最適合工作的百?gòu)?qiáng)企業(yè)，而COINV的企業(yè)文化18條核心也是包括春風(fēng)化雨式的企業(yè)文化，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造性和團(tuán)隊(duì)精神，快樂(lè)工作;到2011年5月在北京清華大學(xué)紫光樓會(huì)議室召開(kāi)“全國(guó)虛擬儀器大賽獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)，標(biāo)致Vl從萌芽發(fā)展到成功的一個(gè)國(guó)內(nèi)外發(fā)展過(guò)程。我國(guó)的vi發(fā)展。1979在美麗的風(fēng)景城市杭州出“軟件制造儀器”的概念比1986年美國(guó)Nl公司提出“軟件即是儀器”的概念早七年。Nl公司從1976年成立公司，比東方所1983年籌建公司的前身中國(guó)科協(xié)咨詢中心振動(dòng)技術(shù)咨詢部也是早了七年。而東方所應(yīng)懷樵1973年嘗試譏的核心技術(shù)“軟件取代硬件”卻比Nl公司1983年立題虛擬儀器研發(fā)早十年，無(wú)巧不成書，兩個(gè)企業(yè)決定研發(fā)虛擬儀器到出產(chǎn)品都正好在1983—1986期間，直到中國(guó)的東方所于2009年在美麗的風(fēng)景城市桂林提出“云智慧儀器和云智慧測(cè)試時(shí)代”，指出了科學(xué)儀器發(fā)展的第五階段“智慧儀器”時(shí)代即將到來(lái)。
雖然全國(guó)vi大賽會(huì)議的唯一缺憾是具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Vl一DASP軟件系統(tǒng)和INV移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)沒(méi)有參加競(jìng)賽。全部獲獎(jiǎng)作品基木上是Nl公司的軟件、硬件為基礎(chǔ)的作品。但作者還是對(duì)這次會(huì)議的成功深表祝賀，因?yàn)樗砹薞I發(fā)展的一個(gè)里程碑。vi走過(guò)了三十二年的發(fā)展歷程，己逐步取代傳統(tǒng)儀器，即將成為儀器行業(yè)的主流產(chǎn)品。vl已經(jīng)攻克了在(l)頻率精度、(2)幅值精度、(3)相位精度、(4)阻尼精度、(5)低頻信號(hào)測(cè)量、(6)頻響函數(shù)測(cè)試、(7)傳遞函數(shù)的實(shí)時(shí)控制和反演、(8)A/D精度，從最早的6位到目前的24位、(9)雙核24位數(shù)采儀的問(wèn)世，達(dá)到160dB的測(cè)量范圍、(10)振動(dòng)模態(tài)分析自動(dòng)化、(11)實(shí)時(shí)AVD一入三出、(12)聲學(xué)，聲強(qiáng)測(cè)試分析的關(guān)鍵技術(shù)等十二項(xiàng)重大的技術(shù)路上攔路虎。隨著PC技術(shù)的飛躍發(fā)展，隨著電子芯片技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是隨著軟件技術(shù)的數(shù)學(xué)方法的重大突破，最值得指出的是傳遞函數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)試和控制反演技術(shù)的突破，使Vl從低端儀器變成高端儀器成為現(xiàn)實(shí)。即將使VI走上了儀器行列的主角地位。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，雙核A心和嵌入式CPU的廣泛使用標(biāo)志著vi將進(jìn)入“智慧儀器”時(shí)代，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式芯片的大量使用，WIFI和3G技術(shù)的普及，Vl可以脫離PC，只要能上網(wǎng)絡(luò)終端(如智能手機(jī)等)就進(jìn)入云式“智慧儀器時(shí)代”�？梢哉f(shuō)“云”智慧儀器=vi+互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)(傳感網(wǎng))+網(wǎng)絡(luò)式高性能數(shù)采儀+智能傳感器+云計(jì)算。“云式”智慧測(cè)試時(shí)代正向我們大步走來(lái)!
在Vl的發(fā)展過(guò)程中，以中國(guó)的CO州V東方所和美國(guó)的Nl公司為代表，起著領(lǐng)頭羊的作用，誠(chéng)然，HP、BK、LMS等公司及國(guó)內(nèi)中科泛華、清華大學(xué)、重慶大學(xué)等為代表的團(tuán)隊(duì)也有很大的進(jìn)步和貢獻(xiàn)，vi技術(shù)的突破有了喜人的發(fā)展，虛擬儀器走過(guò)vi、卡泰儀器，即將進(jìn)入“智慧儀器”時(shí)代，讓我們的智慧儀器早日到來(lái)吧! http://www.pfyin.com
