现代历史中影响最大的发明不见得是PC、因特网之类的科技，最具影响力的设计是机械化农业耕耘设备。这项发明让种田谋生的人口，在这数十年之中从大多份人口降到不及5％。进一步人类生活方式大幅转变，结果造就庞大的中产阶级成为受教育者，进而成为思考型的工作者。二次世界大战之后，因为大规模的技术革命带来许多新科技，例如PC和因特网则是在此时渐渐出现。

工程师用来测试其发明的仪器也发生革命性的改变并带来变化。这个变化减轻了专业化仪器或测试专家的负荷，如今设计工程师、科学家或技术人员更可迅速地开发并加以执行自动化测试。此外，更简易的工具也让初学者更能受惠于自动化量测而收集更可靠的数据，提供更高质量的产品和研究使用。

《图一 量测仪器在30年间的演变》

仪控的起始

在1970年代之前，工程师通常要倚赖传统的盒装仪器，来进行量测测试机器原型或产品硬件设计。每部仪器例如数字万用电表，信号产生器，还辑分析仪等等，都有自己的显示屏、功能、旋钮和按钮界面。大部份的传统仪器没有储存或记录测量结果的机制，因此测试工程师必须手动记录数据。虽然这种交互式的测试方法，对于简单、非重复性而数据量少的测试而言，可以运作地相当好，但是当测试计划变得越来越复杂，包括许多步骤、仪器或多次重复操作之时，这种方式就显得比较笨拙。且由于仪器无法自动记录或分析数据，因此手动记录过程就会在数据中产生人为错误的风险。

Repeater Technologies的Sameh Kamel在无线转发器（repeater）上进行RF测试时发现，这是一个重大的问题。他认为在传统上，RF测试就是用网络分析仪、频谱分析仪、信号产生器、功率表、噪声指数分析仪等仪器来进行测试，而且结果是用手写并记录在数据表上。但是，手动量测的限制例如每个测试技术人员的主观解读和无法存取过去的测试结果等等，会在测试新产品时产生危险。因此这些传统仪器的缺点诱发了虚拟仪控的发展。

虚拟仪控的诞生

虚拟仪控（Virtual Instrumentation）于1970年代推出，一直到1980年代早期，主要提供把传统仪器连接至PC的方法，在那段时间里PC也渐渐开始变得普及。此阶段虚拟仪控是指工程师可使用PC的软件和硬件（通常以适配卡为主），将其仪器连接在一个共享的总线上，那时由IEEE 488标准所定义的总线，现在被称为GPIB（General Purpose Interface Bus）。这个方法为传统仪器用户带来好处，提供了自动化的数据储存及分析，因此可消除人为错误的变量。它也节省重复测试的时间，工程师可直接重复执行软件程序，而不需要每次重复做同样的手动步骤。Soliton Automation可以将客户的电源供应器循环时间，从使用手动系统的1小时，减少到以虚拟仪控为基础自动化系统的10分钟。根据Soliton的Anand Chinnaswamy表示，因为系统提供完全自动化的数据收集和报表产生，取代过时的手动程序测试系统，现在客户可以因此节省许多宝贵的时间。

一开始，工程师仍然必须为了其想要进行的每一项功能，购买独立的盒装仪器，这些仪器价格昂贵，而且占用大量的空间。很快地，量测仪器厂商便意识到：这些仪器有许多部份与本身所连接的PC是共通的，包括显示器、内存以及处理器等等。因此，量测仪器厂商开发出一般用途的可程序I／O适配卡，用来直接插入PC内使用，这样的方式现在被称为数据撷取或DAQ适配卡以及模块化仪器。

插卡式数据撷取硬件的出现，让工程师可藉由此一般用途的硬件来进行量测，并藉由PC来进行自定义数学分析，节省成本和空间并将系统自动化。软件开发工具帮助这些工程师建立其虚拟仪器环境，提供一个设定其硬件的程序，执行任何必要的数学分析，储存数据，再将测试过程呈现于PC屏幕上。利用这种软件结合可程序硬件，过去使用众多仪器和不变测试设定的工程师，现在可以放下设备的负荷，透过自动化程序简化复杂的测试。这种方法确实对于多信道的测试、庞大的数据处理、复杂的数学分析而言很有帮助，但工程师们对简单的测试、却要重新学习如何透过软件来设定硬件的方式，产生是否要采用虚拟仪控的迟疑态度。

今日的虚拟仪控

在过去6年内，虚拟仪控产品立基在弹性和廉价的基础上，继续不断地发展。量测仪器制造商提出许多改良方案，就连初学者和执行简单测试的用户，都可藉此获得帮助，得以迅速建立客制化量测仪器方案。现在的硬件安装，也可简化至插上USB缆线即可，价格也越来越低，可程序量测硬件的最低价格甚至还不到100美元。大众化价格和简单的设定模式，让进行重大投资之前先行试用自动化好处的客户，提供极低的试用门坎。也因为低价位，过去负担不起系统自动化成本的用户，皆开始思考采用的可能性。

此外，虚拟仪控软件也改善使用接口，让常用的作业变得更加容易，对新用户或进阶用户均有所帮助。举例来说，NI LabVIEW软件加入Express VI，也就是透过交谈式窗口设定组态，带领用户完成各种作业，例如进行测量、使用快速傅利叶转换分析频率数据、或是产生报表的函数。NI LabVIEW也包括新式结构，例如共享变量，建立复杂的分布式量测及控制系统的工程师都可使用，这也增加了在节点之间分享数据的方便性。

虚拟仪控软件逐渐地演化成为非程序设计师的生产工具。数据撷取硬件工具组附有立即可用的数据记录软件，因此初学者可以在不需设计程序的情况下，迅速地进行基本测量。此外，诸如NI SignalExpress之类专门为测试及设计用户互动为理念的软件工具，也在最近出现。

演进的影响

虚拟仪控的演进，为所有想要进行测量的厂商带来许多好处。由于用户可花费较少的时间开发测试作业，因此可将时间用来执行额外的测试及进行数据分析。利用自动文件产生程序，工程师和科学家可以执行更长时间的测试，并以在收集更多数据时减少错误，因此提升量测产品和研究的质量。

比较不熟悉虚拟仪控的用户，同样受惠于这种朝着更简单界面的自动化量测演进结果。量测仪器厂商针对774位受访者的调查结果发现，其中有1／3的人将自己归类为初学用户，因为每一代的虚拟仪控软件和硬件内都，都包括了让初学用户更容易将其测量自动化的新功能。朝向自动化量测更容易开发的方向演进，亦间接促成新用户的出现，也改变了工程团队的结构样貌。软件指导者可和以前一样，花相同的时间进行程序设计，但现在更可以把焦点放在以经验来提高附加价值的复杂领域中，不必被例行性工作所绑死。如果例行性作业尚未建立、或是不能从其它项目中拿来重复使用，没有经验的工程师或技术人员，可以开发此一部份以获得经验，让这些以往可能令人望而生畏的工作，因为有简易上手的虚拟仪控软件和硬件，而容易获得解决。

虚拟仪控的未来

经过20余年的改变之后，虚拟仪控制度演进似乎已趋于完备。这种演进仍然在持续着，以便能符合计算机和通讯技术的进步，同时在可用性和可扩充性方面持续进行创新。展望未来，虚拟仪控将继续改变量测工程师和科学家处理设计、测试和控制问题的方式。

（本文作者为美商NI国家仪器数据撷取产品经理）