wersja mobilna
Online: 688 Poniedziałek, 2017.09.25

Technika

Co znajduje się pomiędzy inżynierem a wynikami jego pracy?

piątek, 25 sierpnia 2017 10:22

W każdym zakątku świata inżynierowie otrzymują jedno, prosto sformułowane, jednak niezwykle złożone zadanie: dokonać niemożliwego. Jakby tego było mało, oczekuje się od nich, że rozwiążą problemy szybciej i efektywniej niż kiedykolwiek wcześniej. Rozważmy na przykład proces testowania domowego termostatu. Dni, kiedy termostat składał się jedynie z b imetalu i styków już dawno minęły. Dzisiejsze termostaty są przepełnione technologią - od czujników wilgotności i temperatury aż do łączności bezprzewodowej i możliwości wykrywania ruchu. Walidacja takiego systemu wymaga szerokiej gamy przyrządów, czujników oraz doświadczenia w programowaniu - w którym jednak miejscu inżynier powinien zacząć swoją pracę?

Rys. 1. Minimalizowanie czasu potrzebnego na uzyskanie wyników dzięki upraszczaniu podstawowych zadań jest krytycznym czynnikiem wpływającym na zarządzanie czasem i kosztami z tym związanymi

Podczas wspinaczki na szczyt góry największym wyzwaniem dla wspinającego się jest proces poszukiwania najlepszych stopni. Podobne podejście obowiązuje w inżynierii - odnalezienie najłatwiejszej drogi do osiągnięcia celu jest męczące. W ostatecznym rozrachunku jednak, zysk z każdego kroku postawionego na optymalnej ścieżce sumuje się, dając wymierne korzyści.

Przenieśmy te spostrzeżenia na listę zadań inżyniera. Dzięki przyspieszeniu rutynowo wykonywanych zadań we wszystkich projektach, można zredukować całkowity czas potrzebny na rozwój, instalację oraz zarządzanie systemami inżynieryjnymi. W przysłowiowej wspinaczce na szczyt gór systemów inżynieryjnych, istnieją cztery podstawowe kamienie milowe: implementacja podstawowych założeń, instalacja systemu, analiza danych oraz ostatecznie dostosowanie systemu do nieoczekiwanych sytuacji.

Implementacja podstawowych założeń

Rys. 2. LabVIEW NXG zapewnia zintegrowany system nauki, który pomaga zmniejszyć wysiłek poznawania oprogramowania, zwiększa produktywność oraz skraca czas nauki

Zaczynając od twierdzenia Kotielnikowa-Shannona, a kończąc na doborze współczynników regulatora PID, widać że prawidłowa implementacja podstawowych założeń jest krytyczna w każdej aplikacji. W dzisiejszych czasach jednak wiedza o podstawowych prawach inżynieryjnych jest niewystarczająca. Aby było możliwe stworzenie dopasowanej logiki, wszystkie te prawa oraz założenia muszą zostać zaimplementowane w wykorzystywanych narzędziach.

LabVIEW NXG zapewnia nowy, niewymagający programowania, system pracy dla zadań z obszaru akwizycji danych, analizy oraz wizualizacji przy jednoczesnym zachowaniu możliwości znanych z LabVIEW. Dodatkowo zaimplementowany został zintegrowany ze środowiskiem system nauki, który pomaga poznać powyższe trzy aspekty w trakcie pracy.

Aby pomóc zorientować się w przestrzeni roboczej, środowisko wyświetla wskazówki z informacjami kontekstowymi w momencie, gdy dana funkcja wykorzystywana jest po raz pierwszy. Nowe narzędzie przydaje się również wówczas, gdy konieczne jest przedstawienie zagadnień programistycznych, takich jak pętle, typy danych, czy komunikacja równoległa pomiędzy procesami.

Aby dowiedzieć się więcej na dany temat, w LabVIEW NXG wbudowane zostały interaktywne lekcje, z których każda zawiera przykładowy kod oraz ćwiczenia przeprowadzające użytkownika przez wszystkie zagadnienia, wspomagając się bogatym zasobem multimediów wyjaśniających teorię.

Budowa systemu pomiarowego

Rys. 3. LabVIEW NXG zapewnia interaktywne środowisko pozwalające na bezproblemowe i szybkie rozpoczęcie akwizycji dzięki ułatwionej konfiguracji sprzętu oraz wbudowanej specyfikacji i dokumentacji

Przy obecnie dostępnej, szerokiej gamie sprzętu pomiarowego oraz czujników rozwijanych przez wielu producentów, wybór oraz konfiguracja sprzętu są nie lada wyzwaniem. Jako przykład można podać system firmy Histoindex, wykorzystany do zbudowania mikroskopu laserowego do analizy nieznaczonych próbek z biopsji.

System ten oparty został o komputer klasy PC oraz pięć różnych podsystemów zawierających łącznie cztery typy przyrządów, wliczając w to galwanometr, laser oraz kamery. Przy tego typu złożonym systemie, tak proste zadania, jak wykrywanie sprzętu, instalowanie sterowników oraz ich konfiguracja są czynnościami frustrującymi i zajmującymi dużo czasu.

LabVIEW NXG zapewnia interaktywny sposób zarządzania pracą. Wyeliminowanie konieczności programowania umożliwia szybką walidację konfiguracji oraz natychmiastowy podgląd pomiarów poprzez automatyczne wykrywanie podłączonego sprzętu, identyfikację sterowników, zintegrowaną dokumentację oraz interaktywne panele frontowe. Dzięki uproszczeniu tych ważnych, jednak czasochłonnych kroków, użytkownicy mogą skupić na najważniejszych zadaniach i tym, jak swą wiedzę zaimplementować w aplikacji.

Analiza danych pomiarowych

Rys. 4. LabVIEW NXG dostarcza narzędzia, które pozwalają na natychmiastowy zapis danych w każdym momencie pracy oraz zarządzanie nimi ze wspólnego repozytorium

W przeszłości, aby w pełni scharakteryzować badany system, wystarczyło zmierzyć kilka sygnałów z podobnych do siebie czujników, dokonać analizy uzyskanych wyników i wygenerować raport. W dzisiejszym świecie, poziom różnorodności wykonywanych pomiarów fizycznych znacznie się podniósł.

Przykładem może być zbudowany przez naukowców z Instituto Hidráulico de Cantabria hydrauliczny system badawczy, który integruje szereg sensorów, takich jak czujnik przesunięcia powierzchni, mierniki naprężenia, ultradźwiękowe czujniki odległości oraz systemy laserowe. Pracując ze wszystkimi wspomnianymi czujnikami oraz aktuatorami, naukowcy potrzebowali metody na połączenie uzyskanych danych i ich synchronizację z określonymi zdarzeniami w celu późniejszej analizy wyników.

Wraz ze wzrostem złożoności systemów pomiarowych, wszyscy inżynierowie - w tym naukowcy z Instituto Hidráulico de Cantabria - mają mniej czasu na analizę wykonanych pomiarów. Powszechnie wykorzystywane narzędzia do analizy sygnałów są często cząstkowe, pożyczone z innych branży oraz niezoptymalizowane pod kątem pomiarów technicznych, analizy oraz testowania gotowych systemów, czyli obszarów zainteresowania inżynierów odpowiedzialnych za testy i walidację.

W środowisku programowania Lab-VIEW NXG dane pomiarowe poddawane procesom analizy i wizualizacji są cały czas dostępne, tak aby można było zmaksymalizować ilość uzyskiwanych informacji. To nowe doświadczenie bazuje na filozofii, że jeśli można zobaczyć dane, jedno kliknięcie powinno wystarczyć, aby je zapisać. Poza surowymi pomiarami, zapisywane są takie informacje jak konfiguracja, wyniki analizy, stany wejść oraz wyjść - czyli praktycznie wszystko dostępne z poziomu środowiska. LabVIEW NXG pomaga następnie zebrać te dane w scentralizowanym systemie zarządzania i przeglądać je w sposób interaktywny.

Z repozytorium danych, użytkownicy mogą przeglądać dane pomiarowe przy wykorzystaniu zintegrowanych paneli podglądu. Bieżącą analizę można przeprowadzić poprzez zaledwie jedno kliknięcie w obszarze zainteresowań i wizualizację parametrów, które mogą być dostosowywane w sposób interaktywny.

Przygotowanie architektury na nieznane

Rys. 5. Użytkownicy mogą zredukować czas potrzebny na dostrojenie parametrów analizy dzięki ich graficznemu przedstawieniu, intuicyjnej funkcji drag&drop oraz wizualizacji wyników w czasie rzeczywistym

Projekty często wydają się z początku dość proste, co jednak dość często jest weryfikowane przez rzeczywistość i system okazuje się znacznie bardziej skomplikowany. Inżynierowie z firmy Muc-Off doświadczyli tego podczas budowy fikstury pomiarowej do optymalizacji wydajności smarów. Zespół potrzebował platformy, którą można dostosować do różnych kół zębatych, typów łańcucha, przekładni, mocy oraz prędkości. Pierwsze próby wykorzystywały tradycyjne urządzenia pomiarowe do akwizycji danych i kontroli, z czasem jednak system przestał wystarczać i zabrakło w nim zdolności do zmian w wymaganych krótkich ramach czasowych.

Aby przeciwdziałać takim przypadkom, LabVIEW NXG oparte zostało o skupiającą się na oprogramowaniu platformę NI, która zawiera sprzęt modułowy oraz środowisko z potencjałem do rozwoju. To uniwersalne oraz modułowe podejście jest zaprojektowane z myślą o ewolucji wraz ze zmieniającymi się wymaganiami projektu oraz jest zoptymalizowane pod kątem pracy z LabVIEW NXG, które znów wspiera inżynierów w instalacji sprzętu, przy wstępnych pomiarach oraz ich analizie.

Jest to niezwykle ważne podczas dostosowywania systemu testowego bądź pomiarowego przez odpowiedzialnych za to inżynierów. Podczas płynnego przejścia od ustawiania systemu pomiarowego do jego docelowej wersji, zachowywane są wszystkie ustawienia oraz sposoby analizy danych. Z LabVIEW NXG inżynierowie zaczynają na wyższym poziomie, a w momencie, gdy nastaje potrzeba bardziej złożonej analizy, logiki czy automatyzacji, można to zrobić na podstawie pracy już wykonanej, bez konieczności jej powtarzania.

Rys. 6. LabVIEW NXG jest adaptowalnym edytorem bazującym na najnowszych technologiach. Wbudowane metody interakcji podczas edycji oraz nowy interfejs użytkownika skracają czas potrzebny na stworzenie profesjonalnego systemu inżynieryjnego

W ciągu ostatnich 30 lat setki tysięcy inżynierów oraz naukowców wykorzystało LabVIEW, aby zwiększyć produktywność dzięki warstwie abstrakcji obejmującej zadania inżynieryjne oraz zobaczyło korzyści płynące z intuicyjnego programowania graficznego. LabVIEW NXG zostało zbudowane na bazie zebranych doświadczeń oraz łączy optymalizacje dokonane pod kątem standardowych zadań z zakresu rozwoju aplikacji, pomagając tym samym zredukować potrzebny na to czas.

Zaczynając od funkcji interakcji, takich jak dynamiczny podgląd przewodów, czy funkcja zoom w oknie edytora, poprzez interfejs użytkownika z inteligentną siatką i nowymi elementami, a kończąc na zunifikowanym oknie podglądu danych z procesu debuggowania, inżynierowie mogą wykorzystać to środowisko programowania, aby tworzyć profesjonalne systemy inżynieryjne w jeszcze krótszym czasie.

Jeszcze lepsze wyniki

Zmiany są ciągle obecne w inżynierii, a odpowiednie wyniki pomagają jeszcze szybciej wprowadzać innowacyjne rozwiązania. Jedynym sposobem na nadążenie za tym szybkim tempem jest zmiana podejścia na takie, które jest dopasowane pod inżynierów oraz naukowców, aby mogli skupić się oni na swojej pracy. Dzięki temu współcześni inżynierowie uzyskują natychmiastowy wgląd w wyniki prac oraz mogą szybko pokonywać przeszkody, które innych spowalniają. Z LabVIEW NXG inżynieria przyspiesza jeszcze bardziej, a świat posuwa się do przodu.

Jonah Paul, starszy menadżer ds. oprogramowania w NI