LabVIEW NXG, czyli prosty sposób na pomiary w przemyśle

Rys. 1. Nowy system zarządzania pracą w LabVIEW NXG oznacza, że użytkownicy mogą dokonywać akwizycji, analizy oraz eksportu danych bez konieczności programowania

Presja wywierana na przemysł jest jednak zniechęcająca. W jaki sposób przyspieszać rozwój przez inwestycje w technologie przyszłości przy rosnących kosztach wdrażania?

Wszystko sprowadza się do jednego prostego pytania: czy ufają Państwo wykorzystywanym przez siebie narzędziom? Jest to pytanie, które odnosi się do każdej sfery życia, czy to finansów osobistych, kariery, czy inżynieryjnych systemów przyszłości. Jako na przykład można spojrzeć na Przemysłowy Internet Rzeczy, który powstaje zarówno w sferze potencjału drzemiącego w sieci, jak i znacznego ryzyka z tym związanego. Aby zrozumieć, jakie oprogramowanie najlepiej przygotuje biznes do inżynieryjnych systemów przyszłości, należy spojrzeć w przeszłość.

Mówiąc o tempie rozwoju technologii, często przywołuje się Gordona Moore’a z Intela i jego prawo, które przewidywało, że liczba tranzystorów na jednostce powierzchni krzemu będzie się podwajać co 18 miesięcy. Niemniej ten prognozowany wzrost liniowy był jedynie początkiem wzrostu eksponencjalnego, pojawienia się procesorów z wieloma rdzeniami pracującymi równolegle, a niedawno Paul Otellini, prezes Intela, obiecał układy z 80 rdzeniami w ciągu nadchodzących pięciu lat.

Wraz z rozwojem technologii rosną oczekiwania dotyczące mocy obliczeniowych z krótkimi czasami opóźnień. Pojawiły się alternatywy dla standardowych procesorów. Po pierwsze, FPGA zyskało na popularności ze swoimi niskopoziomowymi, skomplikowanymi językami programowania oraz przebiegami czasowymi definiowanymi programowo. Następnie narodziła się idea przetwarzania z wykorzystaniem FPGA oraz procesora zintegrowanego w jednym chipie.

Wraz z tą eksplozją architektur procesorów przyszła pora na nowe środowiska programowania, języki programowania oraz rozwiązania typu open source.

Spójrzmy teraz w przyszłość. Eksplozja możliwości obliczeniowych prowadzi nas do świata, gdzie wszystko jest ze sobą połączone. A proces ten postępuje wraz z rozproszeniem systemów inżynieryjnych. Trendy takie jak komunikacja 5G czy Przemysłowy Internet Rzeczy zapowiadają możliwości połączenia infrastruktury, transportu oraz sieci konsumenckich, wzbogacając tym samym życie ludzi na całym świecie. Niezaprzeczalny jest fakt, że jeśli nie dziś, to w niedalekiej przyszłości, oprogramowanie będzie definiować każdy system. Już wkrótce urządzenia staną się jedynie towarem, a jedyną cechą odróżniającą systemy będzie oprogramowanie definiujące funkcjonalność.

Większość dostawców systemów testowych i pomiarowych z opóźnieniem zareagowała na ten nieuchronny wzrost znaczenia oprogramowania i dopiero teraz wprowadza na rynek środowiska projektowe o lepszych możliwościach. Jednak wiele z tych nowych narzędzi dalej można uznać za ograniczone. To dlatego, że wraz z rozwojem przemysłu narzędzia wykorzystywane przez inżynierów muszą spełniać 4 podstawowe wymagania: zwiększanie produktywności dzięki warstwie abstrakcji, współpraca z innym oprogramowaniem, wszechstronna analiza danych oraz efektywne zarządzanie systemami rozproszonymi.

Produktywność dzięki abstrakcji

Abstrakcja jest jednym z tych słów, które są tak nadużywane, że tracą swoje prawdziwe znaczenie. Oznacza ona upraszczanie rzeczy skomplikowanych. W obszarze projektowania systemów inżynieryjnych, złożoność często kryje się w oprogramowaniu. Systemy inteligentne wymagają niezwykle złożonego oprogramowania, na stworzenie którego firmy zazwyczaj nie mają ani czasu ani kadry. Pomocą może tutaj być nowego typu środowisko, które czyni "programowanie opcjonalnym" - innymi słowy umożliwia wykrywanie czy konfigurowanie sprzętu pomiarowego, akwizycję oraz analizę danych bez potrzeby programowania.

Aby sprostać tym wymaganiom, NI przedstawia LabVIEW NXG, w którym praca opiera się na konfiguratorach. Jest to uzupełniony graficzny język programowania znany z LabVIEW pozwalający na wykorzystanie czujników bez potrzeby programowania przy jednoczesnym zachowaniu możliwości tworzenia własnego kodu w tle. Ostatni krok jest kluczową cechą pozwalającą na płynne przejście z pojedynczego pomiaru do zautomatyzowanych testów (rys. 1).

Współpraca z oprogramowaniem

Rys. 2. Współpraca pomiędzy produktami dostępnymi w portfolio NI ułatwia dzielenie własności intelektualnej oraz przenoszenie kodu do bardziej złożonych systemów

Wraz z rosnącym poziomem skomplikowania dzisiejszych rozwiązań, konieczność łączenia wielu języków programowania, środowisk oraz architektur staje się wszechobecna. Jednakże koszt integracji tych komponentów oprogramowania jest znaczący i ciągle rośnie. Oznacza to, że języki programowania też muszą zostać ze sobą zintegrowane. Dlatego przy projektowaniu platformy opartej o oprogramowanie, NI uznało możliwość współdziałania z innymi środowiskami programistycznymi za jedną z kluczowych funkcji.

Pomimo że LabVIEW cały czas znajdowało się w centrum zainteresowań, istnieje wiele produktów innych firm, które skupiają się na ściśle określonych funkcjach, takich jak tworzenie sekwencji testowych, prototypowanie typu HIL (Hardware-in-the-Loop), analiza danych na serwerach, symulacja obwodów elektronicznych czy monitorowanie on-line. Produkty te są ograniczone dla ścisłej grupy inżynierów i techników wykonujących na co dzień wspomniane zadania.

Ograniczenie to jest wspólne dla każdego oprogramowania przemysłowego dostosowanego do danego zadania. Oprogramowanie firmy NI ma jednakże olbrzymie możliwości rozszerzania funkcjonalności zapewniane przez LabVIEW i język programowania przystosowany dla inżynierów. Dla przykładu, rozważmy program DAQExpress (rys. 2).

DAQExpress to nowe oprogramowanie przystosowane do współpracy z urządzeniami USB i niskobudżetowymi kartami pomiarowymi NI. Program ten znacznie upraszcza proces wykrywania i konfiguracji podłączonego sprzętu, a aby dzięki niemu uzyskać podgląd danych na żywo, wystarczą jedynie dwa kliknięcia. Wszystkie "zadania" konfiguracyjne mogą być w pełni przeniesione do LabVIEW NXG, co znacznie upraszcza proces przejścia od konfiguracji sprzętu do zautomatyzowanego procesu pomiarowego.

W dodatku do możliwości współpracy wewnątrz platformy NI, LabVIEW 2017 jeszcze lepiej wspiera standardowe protokoły komunikacyjne oraz kod współtworzony za pomocą innych środowisk programistycznych. Dla systemów wbudowanych, które współpracują z automatyką przemysłową, LabVIEW 2017 zapewnia natywne wsparcie dla standardów IEC 61131-3, OPC-UA oraz bezpieczny standard przesyłania danych DDS (Data Distribution Service). Nowe LabVIEW oferuje także interaktywne algorytmy uczenia maszynowego oraz natywną integrację z gamą usług oferowanych przez Amazon Web Services.

Wszechstronna analiza danych

Prawdopodobnie największą zaletą płynącą z połączeń pomiędzy systemami na całym świecie jest zdolność do ciągłego wglądu i analizy zbieranych danych. Proces ten jest krytyczny przy zautomatyzowanym podejmowaniu decyzji i eliminowaniu przewidywalnych opóźnień dzięki podejmowaniu odpowiednich akcji w przypadku wystąpienia anomalii. Aby stworzyć sieć przyszłości, która jest w stanie sprostać temu wymaganiu, inwestowane są miliardy dolarów w badania, podczas gdy eksperci z całego świata ścigają się, aby osiągnąć opóźnienia rzędu 1 ms w połączeniu z przepustowością 10 Gbps.

Ten kierunek rozwoju tworzy nowe wymagania dla oprogramowania. Pierwszym jest upewnienie się, że elementy systemu odpowiedzialne za przetwarzanie danych mogą zostać zaimplementowane w szerokiej gamie architektur, a następnie przystosowane do pracy z innym procesorem przy minimalnym (idealnie zerowym) nakładzie pracy. Drugim wymaganiem jest otwartość na odbieranie danych z nieskończonej ilości źródeł i typów danych.

NI zainwestowało w serwery, które pozwalają w sposób inteligentny standaryzować, analizować oraz raportować duże ilości danych wewnątrz całej organizacji. Głównym komponentem jest dostarczanie algorytmów mających na celu przetworzenie plików, standaryzację takich komponentów jak metadane, jednostki czy typy plików, przeprowadzenie podstawowej analizy i walidacji informacji.

Bazując na zawartości danych, oprogramowanie może w sposób inteligentny wybrać, który skrypt należy uruchomić. Tego typu interfejs jest niezbędny, aby wyeliminować złożoność systemów analizy danych pobieranych w czasie rzeczywistym i pozwala skupić się na tym, co jest najważniejsze: na danych.

Zarządzanie systemami rozproszonymi

Rys. 3. SystemLink to oparty na przeglądarce internetowej interfejs do zarządzania systemami rozproszonymi

Wiele systemów i ich możliwość połączenia odnowiły potrzebę efektywnego zarządzania rozproszonym sprzętem ze scentralizowanej - niejednokrotnie zdalnej - lokalizacji. W dzisiejszych rozwiązaniach wymaga to niejednokrotnie zreplikowania pojedynczego systemu do setek lub nawet tysięcy innych. Scentralizowane zarządzanie daje możliwość podglądu parametrów w czasie rzeczywistym z biura, bez konieczności fizycznego dostępu do urządzeń (rys. 3).

SystemLink jest innowacyjnym oprogramowaniem od NI, które pomaga scentralizować konfigurację urządzeń w systemie, implementację oprogramowania oraz zarządzanie danymi. Pozwala to zredukować koszty związane z zarządzaniem całym systemem. Oprogramowanie to poprawia także czas działania systemów testowych oraz wbudowanych dzięki przekazywaniu informacji o aktualnym stanie systemu. Upraszcza to w znacznym stopniu zarządzanie systemami rozproszonymi. SystemLink ma również API dostępne z poziomu LabVIEW oraz innych języków programowania takich jak C++.

Jeffrey Phillips
National Instruments Poland Sp. z o.o.
poland.ni.com