צב"ד בפקולטה להנדסה: שיקולים בבחירת תוכנת ניהול המעבדה
6 אפריל, 2011
תוכנת Visual Engineering Environment של Agilent מספקת מענה לדילמות הקשורות בבניית מערך הצב"ד במוסדות לימוד והכשרה הנדסיים. היא מאופיינת בתכנות גרפי מבוסס אובייקטים וביצוע אוטומטי של בדיקות, מדידות, ניתוח נתונים והפקת דו"חות. למעשה - ניהול הפרוייקט הלימודי במלואו
תוכנת Visual Engineering Environment של Agilent מספקת מענה למגוון של דילמות הקשורות לבניית מערך הצב"ד במוסדות לימוד והכשרה הנדסיים. היא מספקת תכנות גרפי מבוסס אובייקטים מתקדם לצורך ביצוע אוטומטי של בדיקות, מדידות, ניתוח נתונים והפקת דו"חות. למעשה, לנהל את הפרוייקט הלימודי במלואו. לפני שנכנסים לשאלה מהו הפיתרון המתאים למערך צב"ד במוסד להכשרה הנדסית – יש להבין מה הן הדילמות ואיזה שיקולים יש לקחת בחשבון
הגידול במספר האוניברסיטאות והמכללות להנדסה ברחבי העולם, מייצר ביקוש לציוד בדיקה ומדידה מתאים לדרישות המעבדה החינוכית. כיום מצוידות מעבדות הלימוד במספר רב של מכשירי בדיקה ומדידה, דוגמת אוסילוסקופים שונים, נתחי ספקטרום וכלה במולטימטרים דיגיטליים (DMM) וספקי כוח.
בגישה המסורתית, המדידות מתבצעות במכשיר אחד בכל פעם בנפרד, הערכים הנמדדים מתועדים והנתונים מועברים למחשב לניתוח נוסף. בעידן שבו המדידות הן מורכבות יותר ונדרשת אינטגרציה בין מספר מכשירי מדידה, שיטה זו איטית ולא יעילה. המורים מחפשים היום דרכים לשילוב מכשירי הבדיקה באופן שניתן יהיה לבצע מספר מטלות שונות, כגון מדידות, ניתוח נתונים ואחסון נתונים, במחשב יחיד.
בניית עמדת מעבדה אוטומטית דורשת התייחסות לשלושה מרכיבים עיקריים: תוכנה, קישוריות חומרה ומכשור (איור למטה. לקבלת האיור בהגדלה).
בסביבה של עמדת מעבדה אוטומטית, תהיה על המחשב תוכנה שתשמש לשליטה בציוד שמחובר למחשב באמצעות חומרה מקשרת ואפיק בקרה (control bus). הבנת כל אחד מרכיבים אלה תסייע בהחלטה בנוגע לתצורה המתאימה ביותר ליישומים שלך. גורמי המפתח בבניית מערכת כגון זו הם קלות החיבור, כושר ההרחבה, הביצועים והאמינות.
מרכיב התוכנה
בתכנון עמדות מעבדה אוטומטיות יש לבדוק קודם כל את מרכיב התוכנה. הוא כולל שלושה מרכיבי משנה: סביבת פיתוח יישומים (ADE), מנהל ההתקן (Driver) של המכשיר ותוכנת הקלט/פלט (I/O). סביבת הפיתוח יכולה להיות שפת תכנות טקסטואלית כמו #C++, C ו-VB.NET, או שפת תכנות גרפית כמו LabVIEW של NI ו-Agilent VEE.
סביבת פיתוח: הבחירה בסביבת הפיתוח צריכה להתחשב בגורמי-מפתח כמו עקומת הלמידה, קלות האינטגרציה עם תוכנות וחומרות אחרות, יכולות ניהול, ניתוח נתונים, הפקת דו"חות, ועלויות התמיכה והתחזוקה.
מנהל ההתקנים: מרכיב שני הוא מנהל ההתקנים. הדרייבר הוא בעצם סדרה של שגרות תוכנה המאפשרות תקשורת מהירה עם המכשיר. כל שגרה מתייחסת לפעולה תכנותית מסוימת, כגון הגדרת תצורה, כתיבה ל-, קריאה מ-, והפעלת המכשיר. שני הסוגים הנפוצים של מנהלי התקנים הם Interchangeable Virtual Instrument, ודרייברים מסוג Plug and Play.
תקני IVI מגדירים ארכיטקטורה המספקת תאימות לסביבות פיתוח נפוצות, לתחבירי פקודות המשותפים למשפחות מכשירים שונות, והם תומכים בתקני מחשוב מקובלים כמו Component Object Model. דרייברים מסוג IVI כוללים שתי ארכיטקטורות: IVI-COM המבוססת על תקן COM של מיקרוסופט, ו-IVI-C, המבוססת על VXI Plug and Play. הן IVI-COM והן IVI-C מורכבים מסדרה של סיווגי מכשירים, ומאפשרים חליפיות (Interchangeability) בין מכשירים, ללא תלות ביצרן. דרייברים מסוג Plug and Play, כגון VXI Plug and Play ודרייברים קנייניים מסוג LabVIEW Plug and Play קובעים תת-שגרות מקובלות לצורך גישה לציוד באמצעות שפת תכנות.
כאשר הדרייבר אינו זמין או אינו דרוש, ניתן להתחבר ישירות לציוד ולשלוט בו באמצעות Direct I/O. ה-Direct I/O עושה שימוש בפקודות למכשירים הקרויות Standard Commands for Programmable Instrumentation, או בקיצור SCPI, כדי לתקשר ישירות עם המכשיר. במקרים רבים הביצועים בשיטה טובים יותר מביצועי הדרייברים.
תוכנות קלט/פלט: להשלמת התהליך יש צורך בתוכנת I/O. ארכיטקטורת Virtual Instrument Software Architecture, או בקיצור VISA, נוצרה על ידי IVI Foundation במטרה לספק תקן אחיד לתוכנות I/O בממשקים פיזיים ויצרנים שונים. תוכנת VISA I/O עושה שימוש במינוח ובתחביר מקובלים לצורך חיבור ושליטה במכשירים. ספריית VISA תומכת בשליטה מלאה במכשיר על ממשקים פיזיים שונים לרבות GPIB, USB, Ethernet, RS-232 ו-VXI. היא גם כוללת גם כלי-עזר כמו הגדרת תצורת חומרה, חיבור ושליטה בממשק המשתמש הגרפי (GUI), ניטור אפיק התקשורת ואבחון ופתרון תקלות.
שילוב מוצלח בין שלושת מרכיבי המשנה של רובד התוכנה, מסייע בהשגת שני יעדים: קיצור זמן הקמת מערכת הבדיקות והשגת התפוקה הנדרשת.
קישוריות חומרה
מרבית מערכות בקרת המכשירים הן היברידיות: עובדות מול מכשירים של יצרנים שונים ומנצלות מספר אפיקי בקרה לחיבור המכשירים למחשב. היות ומרבית המכשירים עובדים עם מספר סוגי אפיקים, צריך להחליט איזה אפיק יספק את הביצועים הטובים ביותר. אפשרויות החיבור הנפוצות ביותר בכרטיסי ציוד הן: GPIB ,USB ,LAN ו-RS-232. ממשקים אלה יכולים להתחבר למגוון ממשקים זמינים במחשב דוגמת PCI ,USB ,LAN ו-PCIe.
אפיק IEEE-488, המוכר גם בשם GPIB, היהמ וכר עשרות שנים כממשק סטנדרטי לחיבור ציוד בדיקה למחשבים. ממשק GPIB הוא השכיח והאמין ביותר לציוד בדיקה ומדידה מתוכנת, ומותאם למגוון גדלי בלוקים. חיבור מכשירי GPIB למחשב מחייב שימוש בממירים כמו מתאם USB/GPIB או כרטיס PCI ,PCIx/GPIB.
ביישומים שבהם האמינות היא גורם מפתח, הבחירה המקובלת היא ממשק USB. התקני USB הם התקני "הכנס הפעל", שאינם מחייבים כיבוי המחשב במהלך חיבור וניתוק המכשיר, והם זולים משמעותית מרכיבי GPIB.
חיבורי Ethernet, כלומר LAN צוברים כיום פופולריות מכיוון שמורים רבים מחפשים פתרונות להפעלת הציוד מאתרים מרוחקים. שימוש ברכזות של ממירי ממשקים כדוגמת LAN/GPIB או LAN/USB, מאפשר להתחבר מרחוק גם למכשירי GPIB ו-USB.
מרכיב הציוד
ישנם מספר גורמים רלוונטיים בבחירת הציוד, בהתאם לשימוש המיועד. מרבית היצרנים מספקים כיום למוסדות לימוד חבילות מכשור המותאמות לתחומים ההנדסיים הנלמדים. מורים ומדריכים המבקשים להקים עמדת מעבדה אוטומטית, יחפשו ציוד שניתן לתכנת, המספק מגוון ממשקי חיבור (בד"כ GPIB, USB, LAN), בעל כושר הרחבה ותומך במגוון שפות תכנות.
מאפייני התוכנה הרצויים למעבדה הלימוד
בחירת התוכנה לסביבת פיתוח היישומים היא חשובה מאין כמוה, שכן באמצעותה יבלו התלמידים מרבית זמנם בעבודה על המכשירים. כפי שהוזכר בסעיף הקודם, רצוי שהתוכנה תהיה קלה ללימוד ולשימוש, תאפשר אינטגרציה קלה ונוחה עם תוכנות והתקני חומרה אחרים, תכלול יכולות ניתוח נתונים, ניהול, פריסה והפקת דו"חות.
הדרישה העיקרית בבחירת תוכנת היישום היא קלות החיבור למכשירים ולתוכנות אחרות. רצוי מאוד להימנע מהמורכבות הכרוכה בתוכניות קישוריות בסיסיות ונחותות, שכן המטרה היא להתמקד במטלות המדידה והבדיקה עצמן. יכולת מובנית לאיתור אוטומטי של מכשירים עם קישור לספריית I/O סטנדרטית (ממשק VISA) היא בגדר חובה.
על התוכנה לספק גם עזרי תכנות לביצוע בקרה ומדידות באמצעות דרייברים סטנדרטיים דוגמת IVI-COM או Direct I/O (תכנות באמצעות SCPI). במרבית מוסדות הלימוד מחייבות מעבדות המחקר שימוש בתוכנה בעלת יכולת אינטגרציה עם כלים מורכבים אחרים דוגמת MATLAB, או עם רכיבים חיצוניים באמצעות Active X, ספריות C dynamic link libraries או Microsoft.NET.
מלבד קלות החיבור, רצוי כאמור לבחור בתוכנה שקל ללמוד ולהשתמש בה. שפות תכנות גרפיות עדיפות על שפות תכנות טקסטואליות מכיוון שאובייקטים גרפיים מובנים בקלות רבה יותר ואין צורך להתעסק עם תחביר. יכולות מובנות לביצוע מניפולציות על נתונים כגון לולאות, מערכים והמרות סוגי נתונים, וכן כלי תצוגה כמו גרפים וממשקי משתמש גרפיים (GUI), מאפשרים למורים לבנות תוכניות לימוד ברורות לשימוש במעבדות הלימוד.
היכולת לאסוף נתונים ממכשירים היא כמעט חסרת משמעות אם לא קיימות דרכים לאחסן את הנתונים. מורים זקוקים לכלי דיווח ואחסון נתונים, כמו למשל יכולת לייצא את הנתונים ל-Microsoft Excel או לבסיסי נתונים דוגמת Microsoft SQL Server ו-Oracle.
במעבדות שבהן כל העמדות מריצות את אותה תוכנית, יש לבחור בתוכנה המאפשרת התקנה על מספר מחשבים במעבדה, הכוללת גרסאות Runtime יציבות שקל להפיצן למספר רב של מחשבים.
Agilent VEE
תוכנת Agilent VEE, ראשי תיבות של Visual Engineering Environment, היא תוכנה מתקדמת לתכנות גרפי מבוסס אובייקטים המשמשת לביצוע אוטומטי של בדיקות, מדידות, ניתוח נתונים והפקת דו"חות. בשני העשורים האחרונים נעשה שימוש נרחב ב-VEE במגוון תעשיות לכל אורך מחזור חיי המוצר, משלב התכנון והוולידציה ועד הייצור. התוכנה מיועדת לעבודה עם ציוד בדיקה ומדידה ומצוידת בכל היכולות הדרושות למעבדה לימודית: חיבור קל לשלל התקני חומרה ותוכנה של מגוון יצרנים, כלי תצוגה ויכולת ביצוע מניפולציה בנתונים, יכולת פריסה של גרסת Runtime, ומנועי אינטגרציה מובנים ל-MATLAB, Microsoft Excel ובסיסי נתונים.
האוניברסיטאות הנחשבות ביותר בארה"ב ואירופה מאמצות את VEE בקורסים לתלמידי תואר שני (תוכניות לימוד ושיעורי מעבדה) ולתואר שלישי (מחקר ותכנון). VEE זוכה להכרה במגזר הלימודי גם בהודו, הודות לקלות התכנות של הציוד, ובשל העובדה שזו הפלטפורמה המתאימה ביותר ללימוד אוטומציה של בדיקות לפני הכניסה לתעשייה.
פורסם בקטגוריות: חדשות , צב"ד , ציוד בדיקה
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
