在一个早期项目中，曾出现极具科幻色彩的人机对决场景。一家企业在升级制造与测试系统时，决定将两者整合到一个端到端的软硬件平台上。其目的是简化测试测量端的实施、运维、维护及数据采集（DAQ）功能。实施后新系统运行得非常出色。然而，对于客户来说，仅凭这些还不够。即使查看了显示这种方法更优的真实性能数据，也没有让他们改变想法。

    他们让最优秀的员工使用传统设备与新的生产线和测试线一决高下，以确定谁能够以更快的速度、更高的质量制造出产品并完成必要的测试。结果显而易见，新系统以压倒性优势胜出。

    这个应用本质上体现了自动化技术的核心价值：在提升设备性能的同时，解放操作人员从事具有更高附加值的工作。更具体地说，这是一个将孤立的DAQ技术与强大、模块化和标准化的工业自动化解决方案相结合的故事。

    自动化的浪潮总是在变化。近年来，随着制造企业不断应对各种有影响力的全球事件，对更强大、更灵活的技术提出了更高的要求。这一切都建立在长久的技术趋势之上。例如，机器正变得越来越复杂，以适应工业4.0的发展趋势。总体生产需求也促使企业从根本上重新考虑自动化制造的方法。在这种趋势下，硬件和软件功能已经开始应对新的挑战，例如：

    带时间戳的、更大的测量数据集；

    通过先进的状态监测，深入了解机器运行；

    在线测试应用，以帮助优化自动化解决方案。

▲利用完全集成的自动化平台，工程师可以将测试和测量功能实施到一条全面的生产线中。

    整合的理由越来越充分。然而，这就引出了一个问题：哪些工具和技术可使工程师能够实现将“黑匣子”DAQ和强大的工业自动化解决方案集成的目标？

    01 使用相同的语言并协作编写代码

    应用开放和灵活的工业协议有助于重新定义在线测试系统的可能性。在诸如EtherCAT等先进工业以太网技术的帮助下，如今的工程师可以应对很多艰巨的挑战，这些挑战需要多个通信接口和子系统、高确定性和各种规模应用的同步。

    此外，新兴的集中式和分散式测量接口，加上从本地到外部的同步设备，解决了测试和生产自动化分离时所面临的广泛问题。这些进步几乎满足了任何工程团队的所有技术需求，可以建立一个共同的平台并协调工作——从独立的测试台到完全集成和自动化的测试。

    测试工程师工具箱中熟悉标准在不断扩展，需要为现有工具提供额外的软件接口。工程师可以从MATLAB/Simulink、LabVIEW和VeriStand等各种平台中提取老旧代码。因此，硬件在环（HiL）、模型在环（MiL）和软件在环（SiL）仿真可以加速系统开发。

▲EtherCAT通信混合了接口类型，并提供了一种同步外部源的机制（通过Grandmaster时钟甚至通过GPS）。

    02 打破自动化和DAQ孤岛

    随着对集成测试和测量解决方案需求的建立和满足，挑战就变成构建解决方案来证明这种工程转型的合理性。重要的是要考虑实现这一目标各种方法的利弊，以及如何克服常见挑战。

    这种将工业自动化与测试和测量技术相结合的方法在以下方面表现出色：

    1 最大限度地利用现有厂房空间。

    将具有类似功能的机器集中到一个平台上。在工业厂房成本居高不下之际，可以节省宝贵的建筑空间。

    2 简化传感器数据的工作流程。

    通过信号和分析工具来传输数据，这些工具与其它系统功能一起集成到综合自动化平台中。

    3 通过EtherCAT实现快速灵活的通信。

    利用实时通信协议并在同一控制系统上对其进行处理，可以消除系统中额外的延迟和时间挑战。

    4 大大降低系统的复杂性。

    将DAQ系统布置在更接近目标设备的位置上，来简化布线解决方案，并通过EtherCAT来消除额外的网络组件，如管理交换机。

    5 提高测试台的模块化程度。

    在工业自动化中使用模块化方法，通过全方位的控制来实现模块化测试台的系统设计。

    6 简化测试系统的调整。

    消除了在独立生产和测试系统中进行变更的困难。分区系统可能会使执行系统变更或服务变得困难，特别是在单个工程组“拥有”系统的情况下。完全集成的方法消除了不必要的延迟，可以确保快速完成请求。

    7 只测试高质量的产品。

通过集成测试和测量技术，及早发现产品完整性的丧失。因此，生产线可以在执行进一步加工之前，排除不符合标准的产品。这不仅可以减少无用的加工时间，还可以通过深入了解制造缺陷和效率低下可能发生的地方，来减少废料和其它成本。

    然而，这种整合方法也存在一些缺点，包括：

    1 对编程标准存在分歧。

    在孤立的测试中，控制和软件工程师经常使用不同的工程原则。为弥合这一差距，可能需要在多个工程组之间统一编程语言。一般来说，开放接口应能促进实现每个组期望的代码风格。

    2 无法整合工具。

    这种方法可能会导致每个小组添加更多工具来满足所有系统需求。为了克服这一点，请尝试创建一个模块化且可测试的内部标准框架，并实现硬件接口的标准化以简化集成。

    3 多部门协同。

    为了获得技术优势，您需要进行战略设计，以满足机器和生产线一般制造和测试功能的所有要求。制定一个推广计划以与团队人员进行有效的沟通。试着从小型、一次性应用开始，然后再扩展。

    通常，在仔细权衡利弊后，用户会发现在生产中集成测试测量和自动化技术，利用两个团队的优势并在整个生产过程中分布测试自动化的能力更具优势。

▲集成测量端子模块，如倍福的ELM系列，通过LEMO连接接口提供分布式DAQ的信号处理能力。

    03 通过集成自动化测试

    对自动化机器的要求不断提高。除了工作更快、收集更多数据、灵活适应新产品或新工艺外，工业设备还必须以更少的浪费提供更高质量的产品。现在，最新的自动化技术已经开始进入测试和测量领域。

    工业自动化和DAQ技术的集成方法，使制造企业能够进一步改进过程并保持竞争力。无论是构建完整的生产线还是独立的系统，利用集成核心测量和数据功能的工业解决方案，都可以帮助企业顺利通过艰巨的测试。
       ▲本文来自于控制工程中文版杂志（CONTROL ENGINEERING China）2025年03月刊《技术文章》栏目：集成数据采集与自动化技术的优势