現代歷史中影響最大的發明不見得是PC、網際網路之類的科技，最具影響力的設計是機械化農業耕耘設備。這項發明讓種田謀生的人口，在這數十年之中從大多份人口降到不及5％。進一步人類生活方式大幅轉變，結果造就龐大的中產階級成為受教育者，進而成為思考型的工作者。二次世界大戰之後，因為大規模的技術革命帶來許多新科技，例如PC和網際網路則是在此時漸漸出現。

工程師用來測試其發明的儀器也發生革命性的改變並帶來變化。這個變化減輕了專業化儀器或測試專家的負荷，如今設計工程師、科學家或技術人員更可迅速地開發並加以執行自動化測試。此外，更簡易的工具也讓初學者更能受惠於自動化量測而收集更可靠的資料，提供更高品質的產品和研究使用。

《圖一　量測儀器在30年間的演變》

儀控的起始

在1970年代之前，工程師通常要倚賴傳統的盒裝儀器，來進行量測測試機器原型或產品硬體設計。每部儀器例如數位萬用電表，信號產生器，還輯分析儀等等，都有自己的顯示幕、功能、旋鈕和按鈕界面。大部份的傳統儀器沒有儲存或記錄測量結果的機制，因此測試工程師必須手動記錄資料。雖然這種互動式的測試方法，對於簡單、非重複性而資料量少的測試而言，可以運作地相當好，但是當測試計劃變得越來越複雜，包括許多步驟、儀器或多次重複操作之時，這種方式就顯得比較笨拙。且由於儀器無法自動記錄或分析資料，因此手動記錄過程就會在資料中產生人為錯誤的風險。

Repeater Technologies的Sameh Kamel在無線轉發器（repeater）上進行RF測試時發現，這是一個重大的問題。他認為在傳統上，RF測試就是用網路分析儀、頻譜分析儀、信號產生器、功率表、雜訊指數分析儀等儀器來進行測試，而且結果是用手寫並記錄在資料表上。但是，手動量測的限制例如每個測試技術人員的主觀解讀和無法存取過去的測試結果等等，會在測試新產品時產生危險。因此這些傳統儀器的缺點誘發了虛擬儀控的發展。

虛擬儀控的誕生

虛擬儀控（Virtual Instrumentation）於1970年代推出，一直到1980年代早期，主要提供把傳統儀器連接至PC的方法，在那段時間裡PC也漸漸開始變得普及。此階段虛擬儀控是指工程師可使用PC的軟體和硬體（通常以介面卡為主），將其儀器連接在一個共用的匯流排上，那時由IEEE 488標準所定義的匯流排，現在被稱為GPIB（General Purpose Interface Bus）。這個方法為傳統儀器使用者帶來好處，提供了自動化的資料儲存及分析，因此可消除人為錯誤的變數。它也節省重複測試的時間，工程師可直接重複執行軟體程式，而不需要每次重複做同樣的手動步驟。Soliton Automation可以將客戶的電源供應器循環時間，從使用手動系統的1小時，減少到以虛擬儀控為基礎自動化系統的10分鐘。根據Soliton的Anand Chinnaswamy表示，因為系統提供完全自動化的資料收集和報表產生，取代過時的手動程序測試系統，現在客戶可以因此節省許多寶貴的時間。

一開始，工程師仍然必須為了其想要進行的每一項功能，購買獨立的盒裝儀器，這些儀器價格昂貴，而且佔用大量的空間。很快地，量測儀器廠商便意識到：這些儀器有許多部份與本身所連接的PC是共通的，包括顯示器、記憶體以及處理器等等。因此，量測儀器廠商開發出一般用途的可程式I／O介面卡，用來直接插入PC內使用，這樣的方式現在被稱為資料擷取或DAQ介面卡以及模組化儀器。

插卡式資料擷取硬體的出現，讓工程師可藉由此一般用途的硬體來進行量測，並藉由PC來進行自訂數學分析，節省成本和空間並將系統自動化。軟體開發工具幫助這些工程師建立其虛擬儀器環境，提供一個設定其硬體的程式，執行任何必要的數學分析，儲存資料，再將測試過程呈現於PC螢幕上。利用這種軟體結合可程式硬體，過去使用眾多儀器和不變測試設定的工程師，現在可以放下設備的負荷，透過自動化程序簡化複雜的測試。這種方法確實對於多通道的測試、龐大的資料處理、複雜的數學分析而言很有幫助，但工程師們對簡單的測試、卻要重新學習如何透過軟體來設定硬體的方式，產生是否要採用虛擬儀控的遲疑態度。

今日的虛擬儀控

在過去6年內，虛擬儀控產品立基在彈性和廉價的基礎上，繼續不斷地發展。量測儀器製造商提出許多改良方案，就連初學者和執行簡單測試的使用者，都可藉此獲得幫助，得以迅速建立客製化量測儀器方案。現在的硬體安裝，也可簡化至插上USB纜線即可，價格也越來越低，可程式量測硬體的最低價格甚至還不到100美元。大眾化價格和簡單的設定模式，讓進行重大投資之前先行試用自動化好處的客戶，提供極低的試用門檻。也因為低價位，過去負擔不起系統自動化成本的用戶，皆開始思考採用的可能性。

此外，虛擬儀控軟體也改善使用介面，讓常用的作業變得更加容易，對新使用者或進階使用者均有所幫助。舉例來說，NI LabVIEW軟體加入Express VI，也就是透過交談式視窗設定組態，帶領使用者完成各種作業，例如進行測量、使用快速傅利葉轉換分析頻率資料、或是產生報表的函數。NI LabVIEW也包括新式結構，例如共用變數，建立複雜的分散式量測及控制系統的工程師都可使用，這也增加了在節點之間分享資料的方便性。

虛擬儀控軟體逐漸地演化成為非程式設計師的生產工具。資料擷取硬體工具組附有立即可用的資料記錄軟體，因此初學者可以在不需設計程式的情況下，迅速地進行基本測量。此外，諸如NI SignalExpress之類專門為測試及設計使用者互動為理念的軟體工具，也在最近出現。

演進的影響

虛擬儀控的演進，為所有想要進行測量的廠商帶來許多好處。由於使用者可花費較少的時間開發測試作業，因此可將時間用來執行額外的測試及進行資料分析。利用自動文件產生程序，工程師和科學家可以執行更長時間的測試，並以在收集更多資料時減少錯誤，因此提升量測產品和研究的品質。

比較不熟悉虛擬儀控的使用者，同樣受惠於這種朝著更簡單界面的自動化量測演進結果。量測儀器廠商針對774位受訪者的調查結果發現，其中有1／3的人將自己歸類為初學使用者，因為每一代的虛擬儀控軟體和硬體內都，都包括了讓初學使用者更容易將其測量自動化的新功能。朝向自動化量測更容易開發的方向演進，亦間接促成新使用者的出現，也改變了工程團隊的結構樣貌。軟體指導者可和以前一樣，花相同的時間進行程式設計，但現在更可以把焦點放在以經驗來提高附加價值的複雜領域中，不必被例行性工作所綁死。如果例行性作業尚未建立、或是不能從其它專案中拿來重複使用，沒有經驗的工程師或技術人員，可以開發此一部份以獲得經驗，讓這些以往可能令人望而生畏的工作，因為有簡易上手的虛擬儀控軟體和硬體，而容易獲得解決。

虛擬儀控的未來

經過20餘年的改變之後，虛擬儀控制度演進似乎已趨於完備。這種演進仍然在持續著，以便能符合電腦和通訊技術的進步，同時在可用性和可擴充性方面持續進行創新。展望未來，虛擬儀控將繼續改變量測工程師和科學家處理設計、測試和控制問題的方式。

（本文作者為美商NI國家儀器資料擷取產品經理）