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以開放平台為核心 建構完整生態體系
德州奧斯丁NIWeek 2016特別報導

【作者: 王岫晨】   2016年09月19日 星期一

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創建於1976年的國家儀器(NI),成立至今正好滿40週年。NI總裁、CEO暨共同創辦人Dr. James Truchard回顧著過去,NI以GPIB、LabVIEW 1.0等硬體架構與軟體核心,建立出開放平台的基礎、虛擬儀控等核心理念,都是在一步一步建構完整的NI開放平台與生態圈。



圖一 :  NI創辦人James Truchard說,NI正一步一步建構完整的開放平台與生態圈。
圖一 :  NI創辦人James Truchard說,NI正一步一步建構完整的開放平台與生態圈。

以平台建構完整生態系


圖二 :  NI全球行銷執行副總裁Eric Starkloff指出,NI將持續以既有平台為基礎,滿足各種應用挑戰。
圖二 :  NI全球行銷執行副總裁Eric Starkloff指出,NI將持續以既有平台為基礎,滿足各種應用挑戰。

此外,NI於2000 年初提出LabVIEW RIO的概念,將FPGA與資料流處理做了更上一層樓的應用,甚至基於 LabVIEW RIO發展出NI VST等測試儀器。針對Smart Devices,NI也提出更聰明的設計與測試方式,透過系統級(System-level)與元件級(Component-level)的設計與測試IP共用(Shared IP),能夠達到更有效的系統實現。而NI未來也將持續以這些既有的平台為基礎,進一步滿足包括5G在內的各種設計與不同產業的量測應用挑戰。


事實上,NI的開放平台已經促成並加速許多領域的創新,例如LabVIEW FPGA應用在CERN 發現上帝粒子、LabVIEW與PXI建構的同步麥克風陣列促成了波音787的降噪、或是NI的軟體無線電平台加速了5G研究應用於車聯網等。


平台化的概念,在如今的產業中重要性已經不言可喻。包括Google利用雲端服務與大數據發展自駕車、Uber建構一個手機App平台聯結駕駛與乘客、Apple在消費型電子產品上持續增強iOS平台,並建構出超過兩百萬個APPs的生態圈。這些公司之所以能夠持續創新的共同點,就在於透過開放式的平台,吸引大量使用者和開發者,進一步建構出龐大生態圈。在未來,供應商不再只是開發一個產品,而是必須建構出一個以軟體為核心的平台,讓客戶彼此間合作,進而創造更完整的生態系統,推動產業的創新。


NI在測試產業,一直都是扮演一個平台提供者的角色。


NI的平台架構,均圍繞著以LabVIEW為中心的軟體核心。LabVIEW在過去三十年來,不停的投資與精進,造就出量測產業獨特的圖控式軟體核心。而為了提供使用者更好的系統穩定度,LabVIEW 2016版也提升了穩定性,並加入了『Channel Wires』的新功能,來提供併行迴圈間的資料傳遞能力,簡化整體佈線設計,更符合人們的思考方式。另外,LabVIEW 2016也加入了Python Scripts的整合能力。未來工程師,可以不需要再花過多時間於程式的編程上,而是可以將更多時間放在創新,讓世界能變得更好。



圖三 :  Jeff Kodovsky回顧LabVIEW的過去、現在與未來,從30年前的LabVIEW開始,NI持續的一直在不斷的創新。雖然客戶的心聲,往往會反應眼前想要改善的小功能,但LabVIEW研發團隊想把眼光放遠,並提供顛覆性的創新工具。
圖三 : Jeff Kodovsky回顧LabVIEW的過去、現在與未來,從30年前的LabVIEW開始,NI持續的一直在不斷的創新。雖然客戶的心聲,往往會反應眼前想要改善的小功能,但LabVIEW研發團隊想把眼光放遠,並提供顛覆性的創新工具。

以軟體為核心 提供顛覆性創新工具

NI非常重視產品和平台的創新,目前也正在積極投資許多嶄新的技術。NI的共同創辦人,又稱LabVIEW之父的Jeff Kodovsky,回顧LabVIEW的過去、現在與未來,從30年前的LabVIEW開始,NI持續的一直在不斷的創新。雖然客戶的心聲,往往會反應眼前想要改善的小功能,但LabVIEW研發團隊想把眼光放遠,並提供顛覆性的創新工具。從1986年LabVIEW 1.0問世,2006年LabVIEW FPGA,到了現在LabVIEW 2016,LabVIEW走過了一段非常精彩的路,而未來更希望可以持續跟所有工程人員們一起持續成長。


而究竟NI希望提供給工程界的,是怎樣的一個平台呢?NI全球研發副總裁Scott Rust提出了一個疑問,究竟怎樣才稱得上是一個平台(platform)呢?難道冠上平台的名字,它就是一個平台了嗎?觀察Amazon或Apple對於平台的定義,我們發現,一個平台必須要有三大要素:包括Massive value(巨大的價值)、continually adapting(不斷的演進),以及vibrant ecosystem(充滿活力的生態系統)。


當客戶選擇NI的時候,客戶並不是在買一個產品,而是決定長期投資NI的平台。NI同時也呼應了這樣的信任和需求,對於R&D的大量投資,也展現NI的決心和毅力。


NI技術總監Jamie Smith認為,若要實現工業物聯網(IIoT),TSN是個必須掌握的技術。目前OT(operation technology)和IT的網路是完全切開的,因為OT的網路通訊不能容許任何延遲。不過同時,這也造成了部署OT網路結構的大量成本,因為不能夠重複利用現有IT的網路架構。因此,如果能夠將IT與OT融合,將可以在基礎設施的佈建上,省下很多時間與成本。


目前TSN的應用領域包含分散式智慧電網、自動化機台,與車用元件測試等應用。NI也和Cisco與Intel一同打造了世界第一個TSN測試台(test bed),並且是以LabVIEW & CompactRIO為基礎。



圖四 :  NI以CompactRIO為不同產業提供強大的嵌入式工具。
圖四 :  NI以CompactRIO為不同產業提供強大的嵌入式工具。

平台三大要素:開放、彈性與客製

平台化的解決方案,已經是近年來的潮流。NI也一直致力於發展平台化解決方案,並做出與競爭對手間的差異化特性。只是,在平台氾濫的今日,儘管許多解決方案供應商都推出平台式方案,但並非所有廠商的平台,都可以稱得上是平台,畢竟還是必須符合某些條件,才能真正撐得上是一個平台方案。


從NI的觀點,平台方案的第一個要件,就是必須是開放式架構,並且具有彈性,才能稱得上是一個平台。而第二個要件是,平台也必須要能由客戶來自己進行客製化設計,而不能只由廠商來定義平台功能,因為這樣就顯得毫無彈性可言。畢竟客戶需要什麼功能,還是客戶本身最為清楚。當一個開放又具備彈性的工具,讓客戶可以自行客製化,成為工程問題解決方案的時候,才能夠稱得上是一個平台。


NI認為,工程系統都具備軟硬體,而以軟體為核心,將更能滿足未來所需。相較於過去以大型機箱式的硬體核心平台的概念,以軟體為核心的架構,將更能為客戶提供使用上的彈性。軟體核心更能夠因應問題而變化,並且解決未來的工程問題。畢竟在不久未來,將會出現更多需要解決的工程問題,而且問題也越來越複雜,透過一個彈性的軟體核心,就不需要擔心這些即將可能發生的挑戰。


NI為了提高平台的差異化,也將六個工程元素帶入了平台之中,包括人機介面、I/O整合、不同處理模式、CPU、FPGA、時脈控制等。儘管許多平台供應商也都聲稱他們具備這樣的功能性元素,但NI的平台提供客戶自行選擇這些元素的彈性,讓客戶依據自己需求,當需要某一項元素的時候,就可以加入到平台上,並整合成系統。這些元素之間,彼此互不干擾,可以相互合作。


而除了這六大基本元素之外,外圍還伴隨著整個生態社群,包含NI的系統工程師、即時技術支援、合作夥伴,以及所有正在使用NI工具的使用者們。透過這些社群中每一份子,來分享彼此的範例程式組合,這更是NI所提供的全新平台價值。以六大工程元素圍繞著軟體核心,外圍並有豐富的生態系統,不僅做出平台的差異化,更提供客戶更大的使用彈性。


對於軟體核心,NI在LabVIEW的發展一直不遺餘力。每年LabVIEW的發表都是重頭戲。而今年更是不例外,LabVIEW 2016最新版本,有助於工程師簡化開發,並有效整合生態系統的軟體至個別系統。最新版LabVIEW提供全新通道接線,可用於簡化程式碼在平行區段間的複雜通訊。此通道接線方法適用於桌上型與Real-Time版 LabVIEW,能夠提升程式碼的可讀性並縮減開發時間。


LabVIEW使用者所創造的成果,大多仰賴產品本身的開放性與支援產品的生態系統。 LabVIEW 2016也延續同樣的概念,提升了與Python和第三方裝置的互通性。這樣的開放性搭配其他新功能,使得程式碼的開發與佈署作業更加流暢,並進一步提升了使用者的產能。



圖五 :  
圖五 :  

NI:串聯IT與OT 將TSN應用領域最大化

IOT的發展,單靠著單一廠商是無法獨立運作的,需要許多廠商同時來參與其中,才能順利邁開步伐。因此,NI已經開始與許多業界廠商合作,提供Testbed(測試台),也就是一個完整的參考架構。這種Time Sensitive Networking(TSN)的先期技術平台,是長期支援開發同步化與通訊作業的全新標準技術。


目前NI提供的測試台,包括有針對智慧型生產的測試台,以及針對通訊與控制的分散式應用。在Cisco和Intel的協力合作之下,NI能夠協助客戶打造分散式系統,並針對分散式控制與量測迴圈,執行同步化I/O、程式碼與精確的通訊作業,而這些作業都能在乙太網路上完成。


國家儀器嵌入式系統部門總監James Smith指出,在跟不同性質的廠商合作的過程中,NI將自己視為是IT(Information technology)與OT(Operation technology)技術結合的一個橋樑。因為,很少有公司是同時瞭解OT量測與IT的網路設備與架構。要同時擁有IT與OT兩種不同領域知識的公司少之又少,但NI卻擁有這樣的能力。因此NI也自詡能夠扮演IT與OT之間的橋樑角色,將更強大的運算能力,提供給IOT的不同應用場合。



圖六 :   國家儀器嵌入式系統部門總監James Smith指出,在跟不同性質的廠商合作的過程中,NI將自己視為是IT與OT技術結合的一個橋樑。 
圖六 : 國家儀器嵌入式系統部門總監James Smith指出,在跟不同性質的廠商合作的過程中,NI將自己視為是IT與OT技術結合的一個橋樑。 

放眼目前最熱門的5G議題,James Smith認為,5G與TSN不會完全整合,因為兩者分屬無線與有線通訊,在使用條件上畢竟有其差異。對於工業控制來說,需透過有線網路來提供更高的穩定度,畢竟穩定度正是工業控制環境最重要的條件。儘管5G與Massive MINO這類應用,目前都是屬於消費性市場,但如果哪一天5G在其穩定性與延遲等規格上能有大幅度的改善,在未來的確有機會可以讓TSN這類架構走向無線化的無線工控網路應用。


由於IOT應用範圍十分廣泛,使得系統複雜度也不斷提高。James Smith對此表示,LabVIEW正是用於簡化系統複雜度的軟體平台。特別針對未來的IOT發展及其複雜度的挑戰,都可以透過LabVIEW來解決這些系統層級的複雜挑戰。LabVIEW不僅可縮短擷取大量數據所需耗用的時間,且新版的LabVIEW也可透過系統架構圖來描繪出不同的系統元件,再將系統元件與編程環境相互結合,如此一來,許多系統的輔助資料,都可以與程式碼同時檢視,這樣的過程,就可以簡化許多IOT開發的複雜度。


事實上,IOT雖然能為工業環境帶來更高的效率,但成本卻往往都是業者的首要考量。James Smith以美國電力公司Duke Energy為例,說明這個電力公司在美國還有很多傳統的發電設備,例如火力發電廠。這些舊的廠房設備,只要加裝一些監控儀器如CompactRIO,並透過NI的分析能力,就可以提供這些廠商更好的洞察力,讓業者能瞭解哪些設備是不堪用的。


與其將整批舊設備全部汰換,不如透過資料的擷取,來分析出哪些設備是應該要被優先汰換的,如此更能節省龐大開支。小巧且堅固耐用的CompactRIO,非常適合在工業生產的惡劣環境中進行監控並擷取數據,當然也可以進行進階的快速控制等工作。


NI的平台應用十分廣泛,客戶群也十分多元。James Smith認為,這主要是因為不同應用領域的客戶,使用了NI的平台之後,自然而然引導了NI往不同的領域去發展。NI的角色,一直都是持續讓現有的平台發展更完整、更豐富、更容易使用,讓NI的客戶,能將這些工具平台,持續應用到更廣泛的領域中。(科技日報 王岫晨)


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