Come ridurre i costi degli strumenti di test della National Instruments

Come ridurre i costi degli strumenti di test della National Instruments

Anche se parte del reparto di ricerca e sviluppo, mi è stato chiesto di recente di aiutare il nostro reparto di convalidazione con l’automazione di qualche test ambientale. L’obiettivo di questo progetto è una ECU (electronic control unit) da utilizzare nelle automobili come sistema di Parking Assistance System. Lo scopo di questi test ambientali è di verificare tutte le funzionalità di questa unità in ambienti estremi e diverse condizioni di operazione (temperature estreme, alta umidità, spray salini, vibrazioni, sbalzi di temperature ecc). Alcuni di questi test possono essere molto lunghi (un paio sono durati centinaia di ore) e il numero di parametri da monitorare è molto alto. Di conseguenza, utilizzare delle attrezzature automatizzate al posto di un tecnico potrebbe avere senso; sarebbe anche un vantaggio dal punto di vista della ripetibilità, la stessa struttura per il test è capace di assistere nella verifica di validità anche in un progetto simile.

Sfortunatamente, mi è stato assegnato solo il compito quando alcune decisioni maggiori riguardo l’attrezzatura di prova erano già state prese. E la decisione era di eseguire i test con un equipaggiamento fornito dalla National Instruments. Devo ammettere che NI è un’azienda che pone degli standard nel campo dei test, ma i loro prodotti sono proibitivamente costosi.

Testare diverse unità alla volta ha dettato la necessità dei seguenti oggetti: schede di relè, schede con multiplexer ad alta frequenza, programmi di video cattura, multimetri digitali, alimentata tori programmabili, slot per schede PCMCIA. Tutte queste attrezzature cono controllate da un computer centrale, e dato che NI è stata scelta come fornitore il software che le controlla è stato sviluppato usando Labview e Teststand.

Questo equipaggiamento faceva uso della piattaforma NI di NI che permetteva una facile integrazione e controllo software trasparente. PXI significa PCI eXtension for Instrumentation. Era una piattaforma sviluppata nel lontano 1990 con l’intenzione di offrire una soluzione completa per i sistemi di test integrati, misure ed acquisizione dati.
In parole povere, un sistema PXI consiste in un’intelaiatura (chassis) dove varie schede standard possono essere collegate, tutte controllate da un pc basato su Windows XP con uno slot speciale nello stesso chassis.

chassis

Lo sviluppo ed operazione di un sistema PXI basato su Windows non è diverso da un pc standard basato su Windows. Inoltre, perché il backplane del PXI usa lo standard industriale del bus PCI, scrivere software per comunicare con i moduli PXI, in molti casi, è identico a quello delle schede PCI. Perciò, non bisogna riscrivere applicazioni software esistenti, codici di esempio e tecniche di programmazione quando si sposta del software tra sistemi basati su PC e sistemi basati su PXI. A parte il telaio in sé, il PC è il pezzo più costoso dell’equipaggiamento, essendo infatti un sistema incorporato ed estremamente integrato costruito intorno ad un processore Intel.

Intel processor

Non che tutto dovrebbe essere economico! Alla fine le necessità totali per questo particolare progetto sono:

Item
Number of units needed Price per unit Total Price
NI PXI-1044 14-Slot 3U Chassis with Universal AC Power Supply
1
€ 3299 € 3299
NI PXI-8104 Celeron M 1.83 GHz Controller with Windows XP
1
€ 2749 € 2749
NI PXI-2565 16-Channel High-Power General-Purpose Relay Switch
3
€ 1399 € 4197
NI PXI-2593 500 MHz Multiplexer/Matrix
2
€ 1699 € 3398
NI PXI-4065 PXI DMM Low-Cost 6½-Digit PXI DMM
1
€ 1199 € 1199
NI 8221,2-Slot PC (CardBus and PCMCIA) Carrier
1
€ 459 € 459
LabVIEW Professional Sys. for Windows with 1 yr Service (English)
1
€ 4299 € 4299
TestStand Dev. System for Windows, Includes 1 Year SSP
1
€ 3899 € 3899
Total
€ 23499

Il costo del sistema di test è diventato l’incredibile cifra di 23499€! E non ci ho nemmeno aggiunto il sistema di video-cattura basato su PXI e nemmeno l’alimentatore programmabile, che sono stati comprati da un altro fornitore (e che ho scelto di tenere). Ed hanno davvero speso questi soldi per qualche relè programmabile (i multiplexer ad alta frequenza risultano essere ancora relè), un multimetro programmabile e un computer con un bel supporto con tutte le schede e un ambiente software facile da usare (Labview e Teststand).

Io non voglio ora negare tutti i benefici di tale sistema di prova integrato. Ce ne sono in abbondanza e molto pubblicizzati sul sito di NI. Leggete, e FORSE sarete convinti del bisogno di spendere così tanti soldi. Ma io non lo ero!

E di conseguenza ho proceduto alla costruzione di un sistema alternativo. La prima cosa che ho eliminato dall’elenco è stata il software Labview. Conosco molti dei benefici che Labview porta, ma in questo caso particolare, non lo abbiamo usato per più di una frazione di esso. Non si necessita davvero di un software da 4k€ per pilotare dei relè e comunicare con qualche equipaggiamento via RS232 o GPIB. Ho scelto di scrivere i moduli del software in C, o in C# (per i quali potete trovare un compilatore opensource qui). Non bisogna essere abili in entrambi questi linguaggi per implementare dei semplici processi, inoltre ci sono esempi in abbondanza in giro. Ho deciso di tenere il software Teststand, dato che è molto buono come sequenziatore ed è in grado di richiamare moduli in C e C# creati separatamente. Inoltre, ci vuole troppo lavoro per sviluppare un sequenziatore per conto mio, così ho considerato la spesa di 3.9k€ giustificabile.

Gli strumenti successivi che ho depennato dalla lista erano lo chassis ed il controller integrato. Principalmente, quello di cui avevamo bisogno erano dei relè controllabili, multiplexer e alimentatori. Così quello che decisi di fare fu di comprare un laptop della Dell e un semplice ed economico Latitude E6500. Ha windows xp preinstallato ed ha uno slot PCMCIA, che possiamo usare per le nostre schede CAN della Vector. Così, in un solo colpo, ho eliminato la necessità dell’intelaiatura, del controller integrato e del supporto per PXI 8221 che serve soltanto a permettere al sistema PXI di collegare una scheda CAN (formato PCMCIA). Ovviamente, con tutti questi cambiamenti, non potevo contemplare l’uso di nessuna scheda PXI. Mi sono dovuto riorientare e cercare dei sostituti per tutti quei relè, multiplexer e multimetri digitali (DMM).
Una rapida ricerca su Google mi ha rivelato molte schede relè o piattaforme con varie interfacce: porta parallela, porta seriale, porta USB ecc. Per la facilità di utilizzo, ho scelto una Relay board (piattaforma di relè) con interfaccia seriale, e un prezzo decente.
Costa soltanto 55€ circa… Forse non sarà della stessa qualità di uno strumento della NI, ma con 1.3k€ si possono avere oltre 20 strumenti di ricambio!
Dopo una completa analisi, siamo arrivati alla conclusione che anche i multiplexer ad alta frequenza possono essere sostituiti da due schede di relè, dato che la frequenza massima di cui avevamo bisogno non era molto alta (circa 6MHz).
Per il multimetro digitale, mi sono fermato sun un “economico” modello di Agilent con un’interfaccia RS232 ed un prezzo al di sotto dei 1000€.

Una volta che l’analisi è stata completata, sono in grado di accumulare tutti i costi del nuovo sistema:

Item
Number of units needed Price per unit Total Price
Laptop Dell Latitude E6500
1
€ 899 € 899
Relay board
10
€ 55 € 550
Agilent DMM
1
€ 800 € 800
TestStand Dev. System for Windows, Includes 1 Year SSP
1
€ 3899 € 3899
Total
€ 6148

La differenza tra le due soluzioni è più di 15000€! Questo potrebbe non sembrare un prezzo enorme per una grande azienda, mentre per una media o piccola azienda è un prezzo di cui tener conto. Ammetto che ci sono degli svantaggi nel nuovo sistema tipo:

    • Il sistema non è unito e compatto, ma occupa un intero tavolo di lavoro
    • Il software deve essere sviluppato in C o C# e non in Labview
    • I componenti sono acquistati da diversi venditori, non da uno solo
    • Non c’è garanzia o un centro di supporto per l’intero sistema

Ma bisogna mettere ancora in equilibrio questi svantaggi contro una spesa di 15000€. Aquesti soldi bisogna ancora aggiungere un costoso sviluppatore software che deve lavorare per tre mesi per mettere le cose in funzione. È possibile chiamare anche uno sviluppatore più economico per fare l’intero lavoro per circa 3000€ e quindi ottenere un guadagno netto di oltre 10k€!

Come ho detto, mentre potrebbe suonare come un importo insignificante per una grande azienda, per una piccola o media azienda questo importo è molto importante. E potrebbe fare la differenza tra il successo e la bancarotta.

Leggi la versione Inglese: Howto Reduce Costs of Expensive National Instruments Test Systems by brumbarchris

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One Response

  1. Matteo74 10 giugno 2009

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