Millaisia mittaus- ja testauslaitteita tulevaisuudessa tarvitaan? Mihin standardeihin mittaukset perustuvat? Kuinka tarkkoja mittaukset ovat? Miten insinöörit käyttävät testauslaitteita? Kaikki nämä vaikuttavat siihen, mitä tulevaisuuden testereiltä vaaditaan.

Artikkelin kirjoittaja Cliff Ortmeyer vastaa Premier Farnellin ratkaisujen kehittämisestä. Ortmeyer tuli Farnellin palvelukseen vuonna 2011. Sitä ennen hän työskenteli STMicroelectronicsilla liiketoiminnan kehityksessä yli 13 vuotta. Ortmeyerillä on elektroniikkainsinöörin tutkinto Iowa State Universitystä.

Elektroniikkajärjestelmien parissa työskentelevät insinöörit ovat tottuneet muutokseen. Perinteisesti muutosta ovat johtaneet Mooren lain mahdollistamat jatkuvat kustannussäästöt. Nykyään liitettävyyttä tukevien teknologioiden nousu esineiden internetistä (IoT) metaversumiin antaa entistä enemmän sysäystä muutokselle. Mittaus ja testaus ovat olennainen osa minkä tahansa suunnitteluorganisaation kykyä kehittää tuotteita. Tämä asettaa testauslaitteiden valmistajat eturintamaan, kun markkinoiden vaatimuksiin yritetään vastata jatkuvalla kehityksellä.

Yksi selkeä liikkeellepaneva voima uusien testauslaitteiden kehittämisessä on se, kuinka valmistajat ovat tekemisissä asiakkaiden kanssa määrittääkseen insinöörien kohtaamat haasteet. Vaikka mittaustarkkuuden ja kaistanleveyden parantamiseen panostetaan jatkuvasti, monet suunnittelun muutokset johtuvat instrumenttien käyttötavoista.

- Kyse on ensisijaisesti asiakkaasta. Suunnittelemme tuotteen sen mukaan, miten he käyttävät sitä. Asiakkaan työskentelyn helpottaminen on ensiarvoisen tärkeää, sanoo Fluken vanhempi insinööri ja teollisen kuvantamisen asiantuntija Justin Sheard.

Tektronixin ja Keithleyn tekninen markkinointipäällikkö Bradley Odhner on samaa mieltä. Hän huomauttaa, että yritys työllistää ihmisiä, joiden ensisijaisena tehtävänä on toteuttaa tällainen asiakassitoutuminen. - Käytämme paljon aikaa keskustellaksemme asiakkaiden kanssa selvittääksemme, mitä he tarvitsevat juuri nyt, mutta ennen kaikkea, mitä he tarvitsevat muutaman vuoden kuluttua.

Asiakkaat ajavat uusia toimintoja

Keskittyminen asiakkaiden sitouttamiseen johtaa oivalluksiin paitsi siitä, kuinka suunnittelijat ovat vuorovaikutuksessa työkalujen kanssa, myös siitä, millaisia ominaisuuksia uusien instrumenttien on tuettava. Esimerkiksi energiatehokkuus on jo nyt suuri huolenaihe monille suunnittelutiimeille. Nyt valmistettaviin tuotteisiin menevien resurssien saatavuus ja ympäristökustannukset ovat yhä tärkeämpiä yhteiskunnalle ja sitä kautta tuotesuunnittelutiimille. Kai Scharrmann, Hioki Europen myyntipäällikkö, huomauttaa, että akkusuunnittelussa tehdään parhaillaan työtä. ”Kehitettävät solut keskittyvät pakkaamaan enemmän energiaa samaan tai jopa pienempään tilaan. Se ei ole ainoa vaatimus. On myös suuri pyrkimys vähentää vaikeasti saatavien ja saastuttavien alkuaineiden, kuten koboltin, määrää. Uusimmat akut ovat paljon vihreämpiä, koska niissä on vain murto-osa kobolttia verrattuna vuosikymmenen takaiseen.

Nämä markkinahuolet puolestaan ohjaavat kykyjä, joita valmistajat laittavat testauslaitteisiinsa. Vaihtoehtoja koboltille on ollut vaikea löytää, koska ne ovat usein osoittaneet hajoamisongelmia ajan myötä. Toistuvat automaattiset mittaukset rasitustestauksen aikana ovat tärkeitä ehdokkaiden kemikaalien ja latauksen ohjausalgoritmien tunnistamisessa ja edustavat siten tärkeitä ominaisuuksia testauslaitteille.

Uusien ratkaisujen kysyntä voi synnyttää uusia instrumentointimuotoja, Justin Sheard sanoo. - Missiomme on pitää maailma käynnissä. Luomme työkaluja ihmisten käsiin, jotka pitävät toiminnan käynnissä, ja se koskee niin monia erilaisia tuotteita.

Esimerkkinä Sheard mainitsee teollisuusmoottoreiden ja työstökoneiden huollon. - Moottorit, laakerit ja muut mekaaniset komponentit ovat osajärjestelmiä, jotka edustavat tehtaan sydäntä ja sielua, mutta niiden ylläpito on kallista.

Yksi suuri ongelma on, että monet tavanomaiset analyysitekniikat voivat tutkia vain näiden liikkuvien osien pintaa. Akustiset aallot voivat kuitenkin tunkeutua materiaaliin, joten ne voivat kertoa huoltoteknikoille ja insinööreille paljon enemmän osoittamalla vikoja laakereissa ja moottoreissa. Tuodakseen akustisen kuvantamisen tehtaan lattialle Fluke on sisällyttänyt akustisen kuvantamisen kädessä pidettäviin ii900- ja ii910-testereihinsä. - Jos ajattelee lämpökuvausta ja sitä, kuinka se häiritsi tuotantoa ja ennaltaehkäisevää huoltoa 10, 15 tai 20 vuotta sitten, akustinen kuvantaminen tekee saman nyt, Sheard selittää.

Parannuksia käytettävyyteen

Keskittyminen asiakkaiden tarpeisiin on johtanut siihen, että Tektronixin kaltaiset valmistajat haluavat löytää tapoja kehittää uusiksi laitteidensa käyttöliittymiä, jotta asiakkaat voivat tehdä tarvitsemansa mittaukset nopeammin. - Näimme trendin, jossa insinöörit haluavat pystyä tekemään asioita nopeammin ja helpommin, Bradley Odhner selittää.

Ensimmäinen askel oli keksiä uusi alusta alkaen suunniteltu käyttöliittymä, joka sai positiivista palautetta asiakaskunnalta. - Tästä upouudesta käyttöliittymästä tuli nykyinen käyttöliittymä 3-, 4-, 5- ja 6-sarjan oskilloskoopeissamme.

Instrumentaation kasvavan ohjelmistosisällön ansiosta käytettävyysparannusten ei välttämättä tarvitse odottaa uusia laitteistoja. - Asiakkaamme voivat yksinkertaisesti ladata ohjelmiston uusimman version ja he saavat takautuvasti käyttöönsä kaikki ominaisuudet, jotka on lisätty ohjelmiston uusimpaan versioon, sanoo Mike Purday, Pico Technologyn EMEA-alueen johtaja.

- Tällä hetkellä työskentelemme erittäin suuren uuden julkaisun parissa; kaikki, joilla on PicoScope, hyötyvät tästä päivityksestä ilmaiseksi, Purday jatkaa.

Kehittynyt teknologia valuu edullisempiin järjestelmiin

Mitä tulee ominaisuuksiin, jotka ovat tulossa lähivuosina valtavirran instrumentteihin, osa niistä on saatavilla huippuluokan tuotteissa jo nyt. Kun elektroniikan kustannukset laskevat tuotteen oppimiskäyrän ansiosta, kehitys etenee edistyneistä laitteista edullisempiin järjestelmiin.

- Meillä on sama tilanne kuin Formula 1:ssä, jossa valtavirran autoja valmistavat yritykset investoivat huippuluokan kilpa-autoihin. He laittavat huippuluokan varusteet ja tekniikat kilpa-autoon, mutta hetken kuluttua ne nähdään valumassa alas tavallisiin massatuotantoautoihin. Käytämme samaa lähestymistapaa tuotekehityksessämme, Scharrmann sanoo.

- Tänään valmistamme huippuluokan virta-antureita, joiden avulla voit mitata 800 A 4 MHz:llä. Tämä tekniikka, ja sitä koskeva tieto ja kokemus valuu esimerkiksi tavalliseen mittariin. Tämä on yksi syistä, miksi puristinmittarimme ovat erittäin tarkkoja.

Keysightin tuotepäällikkö Mike Hoffman näkee saman ilmiön oskilloskoopeissa. - Takavuosina 1 GHz:n oskilloskooppi oli oskilloskooppien ”ferrari”. Ajan myötä tekniikan kehittyessä 1 GHz:n skoopin valmistaminen tuli edullisemmaksi. Jos näin ei kävisi, keksimme uusia tapoja rakentaa se ja tehdä siitä edullisempi.

Jos katsotaan vielä pidemmälle, testausratkausujen toimittajat seuraavan vieläkin edistyneempää tutkimusta. Tämä auttaa heitä tunnistamaan ne teknologiat, joita voidaan sisällyttää huippuluokan instrumentteihin. - Käytän joka kuukausi suuren osan ajastani lukemalla tieteellisiä artikkeleita yrittääkseni nähdä, mikä on tämän hetken kuuma tekniikka, mutta myös nähdäkseni, mitä testejä nämä tutkijat tekevät arvioidakseen teknologiaansa, sanoo Odhner. Hän lisää, että tämäntyyppiset mittauspiirit ovat tärkeitä nykyisten testerien laajentamisen ja uudentyyppisten tuotteiden luomisen kannalta.

- Ne alkavat varhaisessa tutkimuksessa, siirtyvät massatuotantoon, ja lopulta yleiseen käyttöön.

Uusia standardeja innovoinnille

Lopuksi standardointi on alue, jota testausyritykset seuraavat ja johon ne aktiivisesti osallistuvat.  IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) ja vastaavat tahot edistävät aktiivisesti PCIe-, Ethernet-, WiFi- ja muiden viestintästandardien kapasiteettia ja suorituskykyä. Testauslaitteiden toimittajilla on aktiivinen rooli monissa näistä järjestöistä.

- PCIe:n kaltaisissa asioissa istumme näissä lautakunnissa yrittäessämme määritellä standardia ja saadaksemme tietoa siitä, mitä standardi tulee olemaan tulevaisuudessa, jotta voimme alkaa kehittää laitteita, jotka testaavat sitä, Odhner sanoo.

Toinen näkökohta standardointielimiin osallistumisessa sekä vuorovaikutuksessa tiedemaailman kanssa on tarve varmistaa, että kehitetyt protokollat voidaan testata tehokkaasti ja että voidaan määrittää, tarvitaanko vaihtoehtoisia menetelmiä. - Kun puhutaan alhaisen tason mittauksista, yksi ensimmäisistä kysymyksistä on, kuinka alhaalla voin mitata? Perusrajat ovat olemassa, Odhner selittää.

- Universumi ei salli meidän mitata tiettyjä jännitteitä tietyistä resistanssimateriaaleista, koska silloin törmätään epävarmuusperiaatteeseen. Maailmankaikkeudellamme on fyysiset rajat sille, kuinka pitkälle voit mitata.

Teknologia muuttuu edelleen, mutta testauslaitteiden toimittajat ymmärtävät tämän ja ovat valmistautuneet vastaamaan ajoissa niin, että insinööreillä on testausratkaisut, joita he tarvitsevat edistääkseen innovaatioita ja saattaakseen projektinsa päätökseen.