國內(nèi)外Vl儀器儀表研究的發(fā)展歷程
科學(xué)儀器與試驗技術(shù)走過了模擬式、數(shù)字式、智能式三個階段，從上個世紀(jì)八十年代(1983一1986)起，開始出現(xiàn)了第四代儀器，虛擬儀器vl時代。虛擬儀器vI以數(shù)采DAQ和DASP(數(shù)據(jù)采集與信號處理)軟件技術(shù)和PC機(jī)為載體，經(jīng)過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。從上個世紀(jì)六十年代(1964一1969)試驗室用“火車?yán)摺钡缴蟼�世紀(jì)九十年代(1993年INV306到北美展出)再到現(xiàn)在基本實現(xiàn)了“試驗室拎著走”。隨著上網(wǎng)小筆記本時代的到來，以及高性能DAQ數(shù)據(jù)采集儀的發(fā)展，目前已全面實現(xiàn)了真正的“把試驗室拎著走”。
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)上通過數(shù)采和信號調(diào)理硬件和信號處理分析(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;是一種新概念的測試儀器、就其功能而言，它是一個真實的儀器，而“虛擬”的含義是指軟件來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器中許多硬件所實現(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)，帶來了科學(xué)儀器與科學(xué)試驗領(lǐng)域的一次深遠(yuǎn)的技術(shù)革命，幾乎滲透到了所有的測試控制領(lǐng)域。有趨勢表明，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，將成為測量、分析、控制、自動化儀表的核心，并成為機(jī)器人的核心技術(shù)，其社會意義與經(jīng)濟(jì)意義十分巨大。
然而，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，“云計一算”和物聯(lián)網(wǎng)(傳感網(wǎng))的時代開始來臨，不久的將來將實現(xiàn)“試驗室網(wǎng)上走”，試驗室的“云時代”，云智慧測試儀器及云式智慧測試時代就要到來了。VI儀器發(fā)展框圖如圖1所示:
1965年，作者參加國防核爆炸防護(hù)工程課題一地下鐵道的核爆炸震動、噪聲與動力學(xué)測試分析的研究。發(fā)現(xiàn)用硬件設(shè)備無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”曾用計算尺和手搖計算機(jī)試算，1973年用FORTRANIV語言編程用ECC555數(shù)字計算機(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，參見在1979年11月出版的《振動測試和分析》中的P355，圖7一6實測波形的參量變換。同年11月在杭州召開的全國核試驗防護(hù)工程學(xué)術(shù)交流會上，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，獲得主持會議中科院力學(xué)所所長鄭哲敏院士，清華副校長張維院士，同濟(jì)大學(xué)校長李國豪院士的支持和贊揚(yáng)。1983年1月作者因特殊原因無法使用磁帶記錄儀和信號分析儀，所以下決心研究PC卡泰，在東方所的前身中國振動咨詢部的籌建過程中，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，圖6一27計算方案框圖，這是中國VI的初期構(gòu)思與早期方案:1983籌辦咨詢部到1985年東方所正式成立，正式立題“DASP虛擬儀器庫和INV移動試驗課題研究，并提出“試驗室拎著走”的目標(biāo)。非常巧合的是美國的Nl公司在1976年成立。1983年Nl在生產(chǎn)GPIB接口儀器用于計算機(jī)與儀器之間連接，此時公司己小有規(guī)模，運(yùn)營良好，解決了儀器的連接后，決定著手攻克測試測量中更深層的難點，也就是測量軟件的開發(fā)，它們基于計一算機(jī)的電子制表軟件。為金融領(lǐng)域帶來了巨大便利，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)行的測試測量以及自動化項目，當(dāng)時最常用的語言是BAsIC，1984年蘋果公司推出Macintosh計算機(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量程序交互的過程，前面版與實際儀器的面板十分相似，實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，研究這個項目，1985年6月開始寫程序代碼到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，此時有員工3800多名。Nl的營造的企業(yè)文化，推動企業(yè)進(jìn)步，并為員工帶來了挑戰(zhàn)和樂趣并存的工作環(huán)境。在工作中享受樂趣發(fā)揮創(chuàng)造性和團(tuán)隊精神，員工順暢的溝通渠道，并且共同分享團(tuán)隊成功的喜悅。連續(xù)七年，《財富》雜志評選Nl為全美最適合工作的百強(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)隊精神，快樂工作;到2011年5月在北京清華大學(xué)紫光樓會議室召開“全國虛擬儀器大賽獎勵大會，標(biāo)致Vl從萌芽發(fā)展到成功的一個國內(nèi)外發(fā)展過程。我國的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科協(xié)咨詢中心振動技術(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，無巧不成書，兩個企業(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試時代”，指出了科學(xué)儀器發(fā)展的第五階段“智慧儀器”時代即將到來。
雖然全國vi大賽會議的唯一缺憾是具有中國自主知識產(chǎn)權(quán)的Vl一DASP軟件系統(tǒng)和INV移動實驗室系統(tǒng)沒有參加競賽。全部獲獎作品基木上是Nl公司的軟件、硬件為基礎(chǔ)的作品。但作者還是對這次會議的成功深表祝賀，因為它代表了VI發(fā)展的一個里程碑。vi走過了三十二年的發(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)低頻信號測量、(6)頻響函數(shù)測試、(7)傳遞函數(shù)的實時控制和反演、(8)A/D精度，從最早的6位到目前的24位、(9)雙核24位數(shù)采儀的問世，達(dá)到160dB的測量范圍、(10)振動模態(tài)分析自動化、(11)實時AVD一入三出、(12)聲學(xué)，聲強(qiáng)測試分析的關(guān)鍵技術(shù)等十二項重大的技術(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)的實時測試和控制反演技術(shù)的突破，使Vl從低端儀器變成高端儀器成為現(xiàn)實。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)移動無線互聯(lián)網(wǎng)和云計算機(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“智慧儀器時代”�？梢哉f“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+云計算�！霸剖健敝腔蹨y試時代正向我們大步走來!
在Vl的發(fā)展過程中，以中國的CO州V東方所和美國的Nl公司為代表，起著領(lǐng)頭羊的作用，誠然，HP、BK、LMS等公司及國內(nèi)中科泛華、清華大學(xué)、重慶大學(xué)等為代表的團(tuán)隊也有很大的進(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vi、卡泰儀器，即將進(jìn)入“智慧儀器”時代，讓我們的智慧儀器早日到來吧! http://www.52lvi.cn
