Ohjelmisto ratkaisee järjestelmien tehokkuuden myös mittauksessa ja testauksessa. NI:n uusi LabVIEW NXG on ympäristö, jossa monia toimintoja voidaan tehdä ilman ohjelmointia.

Artikkelin on kirjoittanut NI:n ohjelmistotuotteiden markkinoinnista vastaava johtaja Jeffrey Phillips.

Teknisen kehityksen nopeutta pitäisi juhlia ja ottaa siitä kaikki hyöty irti. Se tuottaa uskomattomia uusia teknologioita ja tieteellisiä saavutuksia, jotka tekevät meistä enemmän verkottuneita ja lisäävät turvallisuuttamme. Se myös laajentaa sitä, minkä aikaisemmin ajattelimme olevan mahdollista. Näiden saavutusten vaikutus ei enää rajaudu kapeille vertikaalisille alueille. Ne vaikuttavat joka teollisuudenalaan ja altistavat vakiintuneet tekniikat sekä häiriöille että kasvupotentiaalille.

Paine ja haaste vaikuttaa liiketoimintaan tässä ilmapiirissä ovat pelottavia. Kuinka voi vauhdittaa kasvua samalla, kun tekee isoja investointeja tulevaisuuden teknologioihin ilman, ettei muuta omaan liiketoimintamalliaan dramaattisesti? Yritykset näkevät toimintakulunsa paisuvan samalla kun he kastavat varpaansa investointeihin monilla eri alueilla, jotka vaativat merkittävää ja usein hyvin erilaisia osaamisia. Samaan aikaan pienet startupit, joilla on erittäin tarkka fokus eikä aiempia velvoitteita, voivat hyödyntää uusia tekniikoita tavoin, joihin vanhojen kilpailijoiden on vaikea vastata.

Kuinka tällaiselta disruptiolta, murrokselta suojautuu? Kuinka voi innovoida ilman, että kasvattaa radikaalisti liiketoimintamenojaan? Tämä kaikki palautuu yhdeksi yksinkertaiseksi kysymykseksi: Tunnetko olosi varmasti niiden työkalujen kera, joita käytät? Tämä on keskeinen kysymys, oli kyse sitten henkilökohtaisesta taloudesta, urasta tai tulevaisuuden tutkimusjärjestelmistä. Esimerkiksi teollinen esineiden internet (Industrial Internet of Things) tuo mukanaan uuden ajan, johon kuuluu sekä verkottumisen tuoma potentiaali että merkittäviä riskejä. Jotta ymmärtäisi parhaiten, mikä ohjelmisto valmistaa parhaiten kaikkein turvallisimpia järjestelmiä varten, täytyy katsoa lähimenneisyyteen.

Vuonna 2005 kolme edellistä teknologian vuosikymmentä oli määritellyt yhden Intelin perustajan, Gordon Mooren yksinkertainen havainto. Mooren laiksi muotoileman havainnon mukaan transistorien lukumäärä integroidun piirin neliötuumalla kaksinkertaistuisi aina 18 kuukaudessa. Lineaariselta näyttänyt kasvu oli vain eksponentiaalisen kasvun alku. Ennen kuin huomasimmekaan, jokaisen puolijohdeyrityksen pääjohtaja puhui rinnakkaisten prosessorin määrästä lähivuosina. Intelin pääjohtaja Paul Otellini lupasi 80 ytimen prosessorin seuraavan viiden vuoden aikana. Kysyntä lisälaskentateholle pienellä viiveellä kasvoi. Vaihtoehtoisia prosessointialustoja ilmaantui. Ensiksi FPGA nousi suosituksia ohjelmallisesti määriteltävän ajoituksensa ja massiivisen monimutkaisten alhaisen tason ohjelmointikieltensä voimalla. Sen jälkeen heterogeeninen prosessointi syntyi, jossa perinteinen mikroprosessori ja FPGA yhdistettiin samalle sirulle.

Tämän prosessoriarkkitehtuurien räjähtämisen myötä tuli uusien ohjelmointiympäristöjen, ohjelmointikielten ja avoimen koodin villitysten tulva. Ja tietenkin vastuu siitä, miten prosessoreja tehokkaasti ohjelmoidaan, lankesi sinulle.

Katsokaamme nyt tulevaisuuteen. Prosessointikyvyn räjähtäminen on viemässä meitä kohti hyperverkottuneisuuden maailmaa. Ja tästä maailmasta tulee yhä verkottuneempi järjestelmien muuttuessa yhä jaetummiksi. Trendit kuten 5G ja teollinen esineiden internet lupaavat yhdistää laitteet, liikkumisen ja kuluttajaverkot rikastuttaakseen ihmisten elämää kaikkialla maailmassa. On selvää, ett ohjelmistosta tulee minkä tahansa järjestelmän määrittävä tekijä, jos se ei sitä jo ole. Ja hyvin pian laitteistosta tulee täysin perustavaraa ja ainoa yksilöivä järjestelmän komponentti on logiikan määrittelevä IP.

Useimmat mittaus- ja testausyritykset ovat vastanneet ohjelmiston nousuun hitaasti ja ne ovat vasta nyt tuomassa markkinoille suunnittelijoita helpottavia ohjelmistoympäristöjä. Mutta nämäkin vievät sinut vain osan matkaa eteenpäin. Kun teollisuus kehittyy, verkottuneiden järjestelmien suunnittelutyökalujen täytyy vastata neljään avainhaasteeseen: tuottavuuteen abstraktiolla, ohjelmiston yhteentoimivuuteen, kattavaan data-analytiikkaan ja jaettujen järjestelmien tehokkaaseen hallintaan.

Tuottavuutta absraktion avulla

Absraktio on niin ylikäytetty termi, että se on vaarassa menettää merkityksensä. Yksinkertaisesti sanottuna kyse on monimutkaisen tekemisestä yleiseksi. Järjestelmien suunnittelun maailmassa monimutkaisuus tulee usein ohjelmoinnista. Räätälöity eli custom-logiikka, joka lisää älyn älykkäisiin järjestelmiin, vaatii yleensä niin monimutkaista koodaamista, että se erottaa ammattilaiset amatööreistä. Monimutkaisesta täytyy kuitenkin tulla yleistä. Tämän haasteen voittamiseksi suunnittelijat tarvitsevat työprosessin, jossa ohjelmointi on vaihtoehtoista, jotta he voivat kehittää ja konfiguroida mittauslaitteita, kerätä reaalidataa ja tämän jälkeen ajaa data-analytiikkaa, joka muuttaa raakadatan todellisiksi näkemyksiksi.

NI esittelee uuden konfigurointipohjaisen työprosessin LabVIEW NXG:n muodossa. Sitä täydentää LabVIEW´n natiivi graafinen ohjelmointiympäristö, joka on kiihdyttänyt monimutkaisten järjestelmien suunnittelua lähes 30 vuoden ajan. Tällä konfigurointipohjaisella menetelmällä voit edetä anturiliitännöistä aina seuraaviin tuloksiin ilman ohjelmoinnin tarvetta, ja silti luoda koodimoduulit taustalla. Tämä viimeinen askel on kriittinen toiminto, joka virtaviivaistaa siirtymän yksittäisistä näkymistä toistettaviin ja automatisoituihin mittauksiin.

Kuva 1. LabVIEW NXG:n uudet työprosessit tarkoittavat, että käyttäjä voi kerätä, analysoida ja exportoida mittausdataa ilman ohjelmointia.

Ohjelmiston yhteentoimivuus

Tämän päivän ratkaisujen muuttuessa yhä monimutkaisemmaksi tarve yhdistää useita ohjelmointikieliä, -ympäristöjä ja -lähestymistapoja on nopeasti tulossa yhä tärkeämmäksi. Näiden ohjelmistokomponenttien integrointi on kuitenkin erittäin kallista ja tulee koko ajan kalliimmaksi. Erikoistuneiden laitealustojen kielet täytyy integroida muiden kielten kanssa, koska laskenta-alustat yhdistetään samaan laitteeseen. Yleensä tehtävä lankeaa suunnittelutiimille. Tämä lääke hoitaa kuitenkin vain oireita, ei itse taustalla olevaa juurisyytä. Ohjelmistoyritysten täytyy ratkaista tämä perusongelma.

Jo luonteensa takia NI:n ohjelmistokeskeinen alusta asettaa ohjelmiston yhteentoimivuuden kehitysprosessin etulinjaan. Vaikka LabVIEW on ollut tämän lähestymistavan keskiössä, monia muiden yritysten täydentäviä ohjelmistotuotteita on käytetty tarkkaan rajattuihin tehtäviin kuten testauksen sarjoitukseen, HIL-prototypointiin (hardware-in-the-loop prototyping), palvelinpohjaiseen data-analytiikkaan, suunnittelijoiden kouluttamiseen piirisimulaatioilla, sekä verkkopohajiseen laitteiden monitorointiin. Nämä tuotteet on tarkoituksellisesti rajoitettu tehtäviä suorittavien suunnittelijoiden ja teknikoiden yleisiin työprosesseihin. Samaa pätee muihinkin alalla oleviin ohjelmistoihin, jotka on suunniteltu samanlaisiin tehtäviin. NI-ohjelmisto LabVIEW kuitenkin mahdollistaa äärimmäisen laajennettavuuden suunnittelukeskeisellä ohjelmointikielellään, joka ylittää räätälöityjen ohjelmistojen rajoitukset. Esimerkiksi käy vaikkapa DAQExpress.

Kuva 2. NI:n ohjelmistotuotteiden yhteentoimivuus yksinkertaistaa IP:n jakamista ja koodin siirtämistä monimutkaisempaan kehitykseen.

DAQExpress on uusi lisäohjelmisto USB- ja muille edullisesti liitettäville datankeruulaitteille, jotka merkittävästi yksinkertaistavat laitteiden kehittämistä ja konfigurointia ja tuovat pääsyn livedataan kahdella klikkauksella. Kaikki ohjelmiston konfigurointitehtävät voidaan täysin siirtää LabVIEW NXG:een, mikä yksinkertaistaa siirtymää laitekonfiguroinnista mittausautomaatioon.

NI:n alustan kanssa yhteentoimivuuden lisäksi tuotteet kuten LabVIEW 2017 toimivat yhteen IP:n ja standardien tietoliikenneprotokollien kanssa. Teollisuusautomaatiolaitteiden kanssa toimivia sulautettuja järjestelmiä varten LabVIEW 2017 sisältää natiivituen IEC 61131-3-, OPC-UA- sekä suojatulle DDS-viestistandardille. Se tukee myös interaktiivisia koneoppimisalgoritmeja ja natiivia integrointia Amazonin Web services -palvelujen kanssa.

Näiden yksittäisten tuotteiden sisältämän innovaatioiden yhdistelmä kuvaa hyvin NI:n jatkuvaa sitoutumista ohjelmistoihin investoimiseen. Ohjelmistotuotteiden ja niiden luontaisen yhteentoiminnan yhdistelmä erottaa NI:n alustan muista. Muut yritykset ovat vasta nyt tajuamassa ohjelmiston avainroolin, mutta NI:n panostus ohjelmistoihin on tasaisesti kasvanut yli viimeisen 30 vuoden ajan.

Kattava data-analytiikka

Ehkä kaikkein tuottoisin hyöty kaikkien järjestelmien massaverkottumisesta on kyky päästä välittömästi käsiksi dataan ja analysoida jokaista kerättyä datapistettä. Tämä prosessi on kriittinen päätöksenteon automatisoimiseksi ja vältettävissä olevien viiveiden eliminoimiseksi, kun datapoikkeuksia tapahtuu ja niitä on välttämätöntä korjata. Jotta voidaan luoda tätä tarvetta palveleva tulevaisuuden verkko, miljardeja dollareita kulutetaan tutkimukseen, kun algoritmiasiantuntijat ympäri maailmaa pyrkivät saavuttamaan 1 millisekunnin latenssin 10 gigabitin datanopeudella. Tämä kehityssuunta asettaa uusia vaatimuksia ohjelmistolle. Ensinnäkin on varmistettava, että prosessointielementit voidaan ottaa helposti käyttöön laajalla valikoimalla prosessointiarkkitehtuureita ja sen jälkeen uudelleen käyttää niitä toisella prosessorilla minimaalisella (toivon mukaan olemattomalla) lisätyöllä. Toiseksi pitää olla riittävän avoin, jotta voidaan liittyä äärettömään määrään dataa tuottavia solmuja ja äärimmäisen monen dataformaatin välityksellä.

NI on investoinut palvelintuotteisiin, joiden avulla voi älykkäästi ja helposti standardoida, analysoida ja raportoida suuria määriä dataa läpi koko testausorganisaation. Avainkomponentti tässä ovat algoritmit, jotka esiprosessoivat tiedostot ja automaattisesti standardoivat metadatan, yksiköt, ja tiedostotyypit sen lisäksi, että ne suorittavat perusanalyysiä ja datan laaduntarkistusta. Tämän datan sisällön perusteella ohjelmisto voi älykkäästi valita, mitä skriptejä ajetaan. Tämänkaltainen liitäntä on kriittinen reaaliaikaisen data-analytiikan monimutkaisuuden hävittämisessä, jotta voi keskittyä siihen, mikä todella merkitsee eli dataan.

Jaettujen järjestelmien hallinta

Näiden järjestelmien laajamittainen käyttöönotto ja liitettävyys on uudistanut tarpeen tehokkaasti hallita kaikkea jaettua laitteistoa keskitetystä - usein etäällä sijaitsevasta - paikasta. Tänään tämä tyypillisesti edellyttää pistemäisten toteutusten kopiointia satoihin, jopa tuhansiin järjestelmiin. Hallinnan keskittäminen johtaa siihen, että voimme nähdä laitteiston reaaliaikaisen hallintapaneelin etäyhdeydellä sen sijaan, että järjestelmässä pitäisi olla kiinni fyysisesti.

Kuva 3. SystemLink tuo webbipohjaisen liitännän jaettujen laitejärjestelmien hallintaan.

SystemLink on NI:n innovatiivinen uusi ohjelmisto, joka auttaa sinua keskittämään järjestelmän laitekonfiguraation koordinoinnin, ohjelmiston käyttöönoton ja datan halinnan. Tämä pienentää hallintatyötä ja logistisia kustannuksia järjestelmähallinan toiminnoilla. Ohjelmisto myös parantaa sulautetun järjestelmän ja testauksen käytettävyysaikaa (uptime) lisäämällä tietoa järjestelmän toiminnallisesta tilasta ja kuntokriteereistä. Se yksinkertaistaa jaettujen järjestelmien hallinnan ja tuottaa rajapinnat LabVIEW´stä ja muista ohjelmistokielistä kuten C++.

Kysy itseltäsi uudestaan

Ohi jokaiseen näihin tuotteisiin liittyvien yksilöllisten innovaatioiden ne yhdessä kuvaavat sitä jatkuvaa ohjelmistoon investoimista, johon NI on sitoutunut vuosi vuoden jälkeen. Ohjelmistotuotteiden ja niiden luontaisen yhteentoimivuuden ainutlaatuinen yhdistelmä erottaa NI:n alusta muista. Higgsin bosonin löytämisestä Nokian ja Samsungin valitseman Qualcomm-pohjaisen 5G-kehitysalustan testausaikojen kutistumiseen satakertaisesti NI:n ohjelmistokeskeinen alusta on perusta, jolla suunnittelijat ratkovat maailman monimutkaisimpia haasteita.

Kysy itseltäsi uudestaan: Kuinka varmaksi tunnet olosi käyttämiesi työkalujen kanssa?