Systemy pomiarowe stają się podstawowym narzędziem zapewniającym wysoką jakość i oszczędność w przemyśle

Wraz ze zwiększającym się asortymentem modułów pomiarowo-kontrolnych, rosnącą liczbą producentów i dostawców tych urządzeń, rośnie także zapotrzebowanie na usługi integratorskie związane z projektowaniem systemów, wdrożeniem, przeprowadzeniem pomiarów oraz napisaniem oprogramowania.

Firmy potrafiące wybrać z szerokiego dostępnego asortymentu potrzebne elementy i spiąć je w całość mają kolosalne znaczenie dla tempa rozwoju tego rynku, gdyż celem wdrożeń systemów pomiarowych często są przewidywane oszczędności np. zużycia energii elektrycznej, a integratorzy dostarczają rynkowi dowodów, że za tymi obietnicami kryją się konkretne pieniądze.

Co pomaga, a co przeszkadza w rozwoju rynku?

Patrząc z perspektywy kilku ostatnich lat, można stwierdzić, że najwięcej dobrego dla rozwoju rynku systemów pomiarowych robią dotacje unijne, z których pieniądze wydaje się na inwestycje, modernizacje i nowe projekty tego typu. Drugim czynnikiem prorozwojowym jest szybko poszerzająca się oferta urządzeń o ogólnym charakterze oraz bogaty asortyment specjalistycznych rozwiązań. Równolegle maleją ceny komponentów niezbędnych do budowy systemów pomiarowych, przez co nawet wydajne układy pomiarowe nie wymagają dzisiaj wydawania fortuny.

Tabela 1. Przegląd ofert dostawców aparatury do systemów pomiarowych

Po stronie czynników negatywnych trzeba zapisać silną konkurencję ze strony tanich dostawców azjatyckich, którzy na rynku wyróżniają się głównie ceną. To standard dla większości sektorów techniki, z którym trzeba się nauczyć żyć. Z uwagi na ciężkie czasy w gospodarce nadal czynnikiem determinującym zakupy jest przede wszystkim cena, a nie jakość, kompleksowość usługi, parametry techniczne, zaawansowana technologia.

To niestety są echa cięć kosztów i wydatków inwestycyjnych oraz pokłosie kryzysu. Niemniej dostawcy sygnalizują, że dodatkowo duża konkurencja i ciągła presja na korzystną cenę łączona jest z jednoczesnym wymaganiem wysokiej jakości towaru. W tak określonych warunkach działalność sieci dystrybucyjnej nie może być łatwa. Dostawcom i integratorom systemów przeszkadzają ponadto skomplikowane procedury przetargowe, trudności w pozyskaniu finansowania przez klientów, bo niestety koszt realizacji dużych instalacji rozproszonych może być wysoki.

Definicja systemu się zmienia na coraz szerszą

Rys. 1. Roczne wzrosty i spadki sprzedaży w okresie 2011-2013 dla krajowych dostawców urządzeń i oprogramowania do systemów pomiarowych

System pomiarowy to pojemny termin, pod który można podciągnąć wiele aplikacji związanych z szeroko rozumianym miernictwem, telemetrią, systemami testującymi i pokrewnymi dziedzinami. Systemy pomiarowe nie są na rynku niczym nowym, bo koncepcja realizacji pomiarów wykorzystująca komputer, interfejs oraz urządzenia do akwizycji danych znana jest od trzydziestu lat.

Ale przez wiele początkowych lat głównym użytkownikiem omawianych systemów był świat nauki, dla którego było to wygodne narzędzie do realizacji eksperymentów towarzyszących pracom naukowym. W mniejszej skali systemy pomiarowe były instalowane w zakładach produkcyjnych, gdzie realizowano za ich pomocą zadania związane z testowaniem wyrobów (ATE).

Wraz z widocznym od kilku lat naciskiem na jakość w produkcji oraz usługach, takich jak dostarczanie mediów, energii elektrycznej, znaczenie systemów pomiarowych wyraźnie się powiększa. Spory udział w tym procesie ma też coraz lepsza dostępność sieci komunikacyjnych typu WAN, dzięki czemu takie aplikacje pomiarowe nie muszą ograniczać się do jednej pracowni, budynku lub zakładu pracy.

Takie instalacje stają się popularne, bo rozwój najnowszych technologii wymaga coraz bardziej złożonych systemów kontroli poprawności ich działania. Poprawnie działające systemy pomiarowe zdecydowanie wpływają na jakość procesów technologicznych, a więc właśnie na tę pożądaną wysoką jakość.

Warto zauważyć, że praktycznie zniknął dawniejszy ostry podział urządzeń pomiarowych na aparaturę klasyczną, a więc taką w obudowie i z wyświetlaczem, która stanowi funkcjonalną całość, jak np. oscyloskop oraz na komponenty przynależne wyłączne do świata systemów pomiarowych, jak karty akwizycji danych.

Te dwa obszary były wynikiem tego, że klasyczna aparatura pomiarowa rzadko miała wbudowany standardowy interfejs komunikacyjny jak GPIB, zwłaszcza ta tańsza. To już jest zdecydowana przeszłość - obecnie praktycznie cała aparatura laboratoryjna wysokiej jakości ma port ethernetowy lub przynajmniej USB oraz wbudowane oprogramowanie pozwalające na kontrolę przyrządu przez sieć WAN.

Wiele innych mierników też ma interfejs komunikacyjny, zwykle jest to USB. Uwalnia on od problemów z konfiguracją i sterownikami, pozwala na zasilanie wielu drobnych komponentów i jest bardzo szybki. Popularność USB to także efekt dobrego wsparcia ze strony systemu Windows.

Rys. 2. Ocena aktualnej koniunktury na rynku systemów pomiarowych oraz tego, jakie dla rynku systemów pomiarowych okazały się pierwsze trzy kwartały 2014 roku

Do tego należy doliczyć szeroki asortyment urządzeń pomiarowych specjalistycznych, związanych z kontrolą klimatu, parametrów procesów technologicznych, monitoringiem instalacji i obiektów i podobnych. To także są systemy pomiarowe, może nie takie klasyczne, co do formy, ale zgodne funkcjonalnie z ideą i funkcjonalnością pierwotnych rozwiązań systemów pomiarowych.

Systemy pomiarowe stają się także częścią maszyn i urządzeń produkcyjnych. Wiele z nowego sprzętu ma wbudowany mały sterownik komputerowy lub nawet kompletny komputer, który nie tylko steruje działaniem urządzenia, ale także gromadzi w pamięci szczegółowe dane na temat wykonanych operacji. Formalnie jest więc to system pomiarowy, tyle że specyficzny.

Takie dane historyczne są cenne z punktu widzenia zapewnienia jakości, bowiem pozwalają szukać przyczyn błędów i wyjaśniać ewentualne reklamacje. System pomiarowy będący częścią zakładowego systemu zapewnienia jakości ma za zadanie przede wszystkim gromadzić maksymalnie dużo danych na temat procesu, stąd architektura współczesnego systemu może być całkowicie odmienna od tych dawnych realizacji.

Systemy pomiarowe w wersji bezprzewodowej wchodzą także do zastosowań związanych nie tylko z ciągłymi pomiarami, telemetrią i kontrolą, ale i monitoringiem. Bezprzewodowe sieci alarmowe umożliwiające nadzór stref pod kątem występowania substancji niebezpiecznych to przykład rozszerzających się obszarów zastosowań systemów pomiarowych, które przenikają się z wieloma innymi aplikacjami, np. systemami automatyki budynkowej, alarmowymi. Skoro wiele z modułów pomiarowych i urządzeń komunikacyjnych ma charakter uniwersalny, nie może dziwić to, że urządzenia te stosowane są w wielu innych branżach i obszarach techniki.

Inną popularną aplikacją związaną z systemami pomiarowymi jest kontrola i optymalizacja zużycia energii elektrycznej, w której instaluje się wiele czujników (mierników mocy) po to, aby zgromadzić maksymalnie wiele danych i potem na ich podstawie wyciągać wnioski i tworzyć projekt zmian.

Patrząc na listę firm, które przysłały wypełnione ankiety, na której jest wiele dostawców takich specjalistycznych urządzeń, można zaryzykować twierdzenie, że ciężar rynku w zakresie systemów pomiarowych przechyla się wyraźnie w stronę właśnie takich aplikacji specjalistycznych. Przemysł chce mierzyć i kontrolować coraz więcej parametrów w wielu różnych sytuacjach, więc potencjał, jaki daje uniwersalna aparatura pomiarowa, jest coraz częściej niewystarczający.

Rys. 3. Struktura obrotów dla firm zajmujących się sprzedażą komponentów do systemów pomiarowych. 27% firm uzyskuje z ich sprzedaży do 100 tys. zł rocznie

Specjalizowane mierniki są w całkowitym rozliczeniu tańsze i bardziej praktyczne i są tym samym chętnie wybierane przez integratorów do takich zadań. Teza ta jest prawdziwa zwłaszcza w systemach o architekturze rozproszonej, gdzie trzeba kontrolować wiele parametrów na dużym obszarze, ale ilości danych i szybkości transferu nie są krytyczne. Oczywiście ważnym wspólnym mianownikiem dla całości omawianych aplikacji jest wydajne łącze komunikacyjne.

Innymi słowy, cechą szczególną współczesnego systemu pomiarowego jest to, że stanowi on część wspólną dla wielu technologii funkcjonujących na rynku elektroniki, jak M2M, telemetria, sieci rozproszone, cloud computing i podobnych.

Rola oprogramowania

Jedną z bardziej widocznych różnic pomiędzy klasyczną aparatura pomiarową a systemami pomiarowymi jest to, że w tym drugim obszarze podstawą działania jest oprogramowanie. Rozważając budowę systemu pomiarowego, zwykle na początku rozważamy platformę sprzętową, a dopiero w kolejnym kroku interesujemy się oprogramowaniem.

Wykorzystywane tutaj pakiety mogą być proste, służące do podstawowej akwizycji i przetwarzania danych, jak też rozbudowane, umożliwiające projektowanie aplikacji pomiarowych i stanowisk testowych oraz ich uruchamianie. Większość dostawców aparatury systemowej oferuje również jakiś rodzaj oprogramowania.

Producenci dostarczają też wraz z urządzeniami drivery do popularnych pakietów oraz odpowiednie biblioteki sterowników, które pozwalają użytkownikom na tworzenie własnych aplikacji. Sztandarowym przykładem programu, który przeznaczony jest do obsługi systemów pomiarowych, jest LabView firmy National Instruments, który posługuje się graficznym zobrazowaniem procesów i urządzeń i ma ogromne możliwości po stronie przetwarzania danych i późniejszej wizualizacji. Poza nim dostępne są aplikacje rozwijane przez wiele firm znanych z automatyki przemysłowej, które mają systemy wizualizacji danych przemysłowych będące częścią systemów typu SCADA. Takich pozycji jest co najmniej kilkanaście.

Poza dużymi uniwersalnymi pakietami na rynku funkcjonuje wiele małych pozycji, nierzadko rozwijanych przez lokalne firmy produkujące sprzęt do systemów pomiarowych. Takie oprogramowanie ma często wąsko specjalizowany charakter, nierzadko jest też znacznie tańsze od dużych pakietów o ogólnym charakterze.

W ramach oprogramowania specjalizowanego tworzone są także aplikacje pracujące pod Linuksem i aplikacje na Androida. Umacnia się trend wyposażania systemów pomiarowych w komunikację do przesyłania i analizowania wyników online, gdzie specjalizowany program jest w stanie dokonać akwizycji danych, obliczeń oraz ma funkcje pozwalające na prezentację wyników dostępnych w czasie rzeczywistym przez Internet. Takie opcje są coraz bardziej poszukiwane, w oprogramowanie firmware wbudowuje się miniserwery webowe lub funkcje API ułatwiające tworzenie takich funkcji.