在產(chǎn)品生命周期中，量測(cè)與檢測(cè)分據(jù)設(shè)計(jì)與量產(chǎn)的兩大階段，量測(cè)儀器主要用于研發(fā)階段，在實(shí)驗(yàn)室中負(fù)責(zé)偵測(cè)電子產(chǎn)品的電性與電波，檢測(cè)則是負(fù)責(zé)制程中的產(chǎn)品品質(zhì)，近年來(lái)制造業(yè)掀起工業(yè)4.0浪潮，工業(yè)4.0體系要求IT與OT系統(tǒng)的整合，因此無(wú)論是量測(cè)或檢測(cè)儀器，都必須具備與IT系統(tǒng)介接的能力，讓訊號(hào)可以無(wú)縫的快速流動(dòng)，這兩類儀器中，量測(cè)儀器原本就是高度數(shù)位化，其介面與訊號(hào)處理，都可與PC鏈接，檢測(cè)設(shè)備過(guò)去則屬于OT系統(tǒng)，因此在未來(lái)的智慧制造體系中，就算沒(méi)有內(nèi)建數(shù)位化訊號(hào)處理功能，至少也需透過(guò)橋接或轉(zhuǎn)換設(shè)備，讓檢測(cè)資訊可以順利傳送到后端。
| 圖1 : 工業(yè)4.0體系要求IT與OT系統(tǒng)的整合，因此無(wú)論是量測(cè)或檢測(cè)儀器，都必須具備與IT系統(tǒng)介接的能力。（Source：Fortune） |
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過(guò)去的檢測(cè)設(shè)備以O(shè)T思維設(shè)計(jì)，無(wú)法也無(wú)須與電腦串接，后期傳統(tǒng)的傳輸介面RS-232串列埠及GPIB（IEEE 488）問(wèn)世，電腦首次躍升為檢測(cè)系統(tǒng)整合的一部份。藉由傳統(tǒng)儀器直接與電腦連接，工程師與科學(xué)家利用電腦代替人工的資料紀(jì)錄功能，不但能夠達(dá)到效率的提升、錯(cuò)誤的減少，更能進(jìn)行許多進(jìn)階的分析。此外，使用電腦做為檢測(cè)系統(tǒng)中傳統(tǒng)儀器的控制者，還可以同時(shí)整合多部?jī)x器于單一系統(tǒng)中。
透過(guò)軟體的介面，直接對(duì)儀器下達(dá)控制的指令，并且將儀器回應(yīng)的資料直接接收回電腦，這些軟體都會(huì)提供儀器的趨動(dòng)程式，以利該軟體透過(guò)作業(yè)系統(tǒng)來(lái)對(duì)儀器進(jìn)行通訊，因此PC-Based儀器控制的自動(dòng)化架構(gòu)，確實(shí)為工程師與科學(xué)家們帶來(lái)利多的消息。
然而，此系統(tǒng)發(fā)展至今仍有一點(diǎn)是工程師與科學(xué)家們感到痛苦的地方，那就是針對(duì)各家不同儀器廠牌，必需花大量的時(shí)間與精神在研讀該儀器的使用手冊(cè)與操作指令上。許多研究單位致力于將儀器指令標(biāo)準(zhǔn)化，雖然已有所成效，但在使用者的角度來(lái)看，還是將儀器的趨動(dòng)程式直接包裝于應(yīng)用開(kāi)發(fā)的軟體中較為實(shí)際的多。
PC-Based檢測(cè)元件的軟體控制
在80年代的中期，由于個(gè)人電腦內(nèi)匯流排的技術(shù)日新月異，因而發(fā)展出能夠直接安裝在電腦里的檢測(cè)元件。相較于傳統(tǒng)檢測(cè)儀器內(nèi)昂貴的CPU、韌體及記憶體，PC-Based檢測(cè)元件直接使用電腦內(nèi)的資源，以實(shí)現(xiàn)輕便、低成本、高效能的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)。
然而，在此低成本、高彈性的系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟體仍舊扮演主要的指令下達(dá)與資料擷取的功能。利用高階的應(yīng)用程式介面來(lái)加強(qiáng)程式設(shè)計(jì)的效率，配合人機(jī)介面的設(shè)計(jì)，如圖表、指針、旋鈕、指示燈等在傳統(tǒng)儀器上常見(jiàn)的物件，使電腦螢?zāi)怀尸F(xiàn)人性化的操作功能，以整合資料擷取、資料分析、資料展示于同一個(gè)系統(tǒng)中。
這幾年匯流排技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)生了新一代的控制平臺(tái)，現(xiàn)今的檢測(cè)與自動(dòng)化系統(tǒng)已完全跳脫出傳統(tǒng)儀器的控制模式，以PC-Based為核心，更可以結(jié)合其它的應(yīng)用，如：馬達(dá)控制、影像辨識(shí)等，此外還可結(jié)合I/O點(diǎn)的邏輯控制元件，如PLCs等。
自動(dòng)化系統(tǒng)軟體架構(gòu)的重要性
現(xiàn)成自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所面臨最大的挑戰(zhàn)，莫過(guò)于整合軟體的發(fā)展架構(gòu)，此架構(gòu)必需能夠減少單一系統(tǒng)整合的復(fù)雜度，并且提供快速而方便的設(shè)計(jì)物件，使系統(tǒng)本身從建立、發(fā)展到維護(hù)都能提供一個(gè)高效率、低成本的解決方案。
| 圖2 : 現(xiàn)成自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所面臨最大的挑戰(zhàn)，莫過(guò)於整合軟體的發(fā)展架構(gòu)。（Source：Siemens） |
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一個(gè)完整的檢測(cè)與自動(dòng)化系統(tǒng)軟體架構(gòu)，需具備模組化的整合功能、高效率的建構(gòu)程序、自動(dòng)化檢測(cè)與控制的系統(tǒng)。為了達(dá)到高效能、開(kāi)發(fā)容易、系統(tǒng)層次分明、規(guī)劃方便等功能，在軟體架構(gòu)內(nèi)的每一個(gè)應(yīng)用程式必需具備獨(dú)立性及高度整合性的特質(zhì)，此架構(gòu)達(dá)到了整合各種開(kāi)發(fā)工具，并且能夠快速地建立一套自動(dòng)化系統(tǒng)，未來(lái)在維護(hù)與功能強(qiáng)化上也將非常的容易。
要使檢測(cè)與自動(dòng)化軟體發(fā)揮最大的效益，本身應(yīng)包含以下三個(gè)特點(diǎn)：一、
檢測(cè)與自動(dòng)化軟體的驅(qū)動(dòng)程式能多連接多個(gè)I/O 元件，并且提供高階的人機(jī)介面以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)；二、應(yīng)用發(fā)展環(huán)境能夠緊密結(jié)合驅(qū)動(dòng)程式與作業(yè)管理系統(tǒng)；三、使用作業(yè)管理系統(tǒng)處理資料、測(cè)試及建立高階系統(tǒng)。
檢測(cè)自動(dòng)化的管理工具
驅(qū)動(dòng)程式在整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要是負(fù)責(zé)扮演被控制元件與控制系統(tǒng)的溝通橋梁，因此它所提供硬體的APIs、組態(tài)管理工具及參數(shù)設(shè)定功能等，需能完全相容于整體的應(yīng)用發(fā)展環(huán)境，以提高系統(tǒng)的效能與開(kāi)發(fā)的便利性，一個(gè)典型的檢測(cè)與自動(dòng)化軟體的驅(qū)動(dòng)程式架構(gòu)，在這個(gè)架構(gòu)中，被控制的元件透過(guò)各式的介面，如GPIB、Serial、VXI、USB、1394及Ethernet網(wǎng)路來(lái)通訊。在傳統(tǒng)儀器通訊方面，使用IEEE、VISA軟體驅(qū)動(dòng)程式。
DAQ軟體驅(qū)動(dòng)程式則是用來(lái)控制資料擷取卡，來(lái)擷取外部包括溫度、壓力等資料。其它還有控制影像處理卡的IMAQ，控制馬達(dá)運(yùn)動(dòng)卡的動(dòng)作，這些軟體驅(qū)動(dòng)程式都可以整合在同一個(gè)作業(yè)管理系統(tǒng)，并且具有即時(shí)控制及遠(yuǎn)端監(jiān)控的功能，還可以將資料配合作業(yè)管理系統(tǒng)做快速的存取與紀(jì)錄，作業(yè)管理系統(tǒng)在檢測(cè)與自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的架構(gòu)中，同樣也具有舉足輕重的功能。在此架構(gòu)中有兩個(gè)主要的管理工具，即測(cè)試管理與資料管理。
過(guò)去自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，會(huì)針對(duì)不同的元件需使用不同的開(kāi)發(fā)程式來(lái)進(jìn)行，而且通常完成一個(gè)整體性的自動(dòng)化系統(tǒng)前，會(huì)按照既定步驟建立，因此絕大多數(shù)的工程師最常遇到的困境，就是如何整合不同開(kāi)發(fā)程式所寫(xiě)出來(lái)的應(yīng)用，以及將當(dāng)初分別建立的每一個(gè)步驟銜接起來(lái)。現(xiàn)階段已開(kāi)發(fā)的測(cè)試管理軟體，可結(jié)合所有大廠的開(kāi)發(fā)程式，連接任何編輯過(guò)的動(dòng)態(tài)連結(jié)程式庫(kù)或者獨(dú)立執(zhí)行檔，提供設(shè)計(jì)者可客制化的測(cè)試編輯環(huán)境，用以設(shè)計(jì)、組織、控制、確認(rèn)和執(zhí)行不同的自動(dòng)化系統(tǒng)。
當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)收集了大量數(shù)據(jù)，如何透過(guò)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)分析函數(shù)，例如FFT、數(shù)位篩選器、曲線計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、進(jìn)階運(yùn)算法則等，并同時(shí)直接使用圖形顯示的資料得到快速的互動(dòng)式結(jié)果，此時(shí)即需要資料管理軟體來(lái)進(jìn)行組織性的管理，例如：建立報(bào)表、資料庫(kù)的建立、資料分析等。
就目前發(fā)展來(lái)看，雖然工業(yè)4.0的整體環(huán)境建構(gòu)不會(huì)在3～5年間完成，不過(guò)趨勢(shì)已逐漸加溫，作為制程的一環(huán)，檢測(cè)設(shè)備必須及早開(kāi)始IT化，以利于企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升。
**刊頭圖（Source：Festo）
