净零之路：测试实验室如何降低能耗

现代测试实验室类似于小型数据中心，其中硬件测试模块机架连接至软件，供工程师分析并做出数据驱动决策。与数据中心一样，对于该过程产生的温室气体排放，人们通常选择“眼不见，心不烦”。 毕竟每个技术产品都有各自的生命周期，其中的每个阶段都会排放温室气体。人们从地球获取原材料制造产品零件，随后生产、运输和使用产品，最后在生命周期终止后处理或回收产品。通常来说，产品生命周期总排放的绝大部分源自于使用阶段。

PXI系统的生命周期

在2021年发布的PXI系统的生命周期分析⁵中，NI发现该系统的使用寿命长达10年以上，其中96%的温室气体排放来自使用阶段。

^{图1： 在使用PXI不到六个月的时间内，该阶段的功耗对环境的影响相当于其整个生命周期所有其他阶段的总和。}

降低能耗面临的技术挑战

减少测试实验室中与产品使用相关的排放不仅仅是直接关闭闲置系统那么简单。这比想象中的要复杂得多，原因如下：

• 测试实验室属于异构环境，具有许多不同类型的系统，每个系统都有各自的使用模式和能量输出。
• 确定测试系统何时处于使用状态是一项具有挑战性的工作，因为后台任务可能正在运行但未直接使用测试设备，或者测试设备在CPU使用率最低的情况下运行。
• 全球团队通常共享相同的测试系统，来自不同时区的团队成员可能会全天候使用系统。
• 意外停机可能会导致关键工作内容丢失。
• 许多测试和测量仪器需要一定的预热时间才能达到其性能指标。

降低能耗面临的组织挑战

此外，企业的测试团队可能与可持续发展团队（负责设定排放目标）和设施团队（负责实施能效措施和支付公用事业成本）相互独立。因此，测试团队可能无法意识到他们的工作所造成的环境影响。而且，企业内可能也尚未明确具有预算和决策权以实施能效措施的团队。

提到节能，测试实验室管理人员可能会首先考虑使用更节能的产品。NI PXI产品因大量使用已优化功耗的商用现成PC组件和技术，已非常高效。因此，管理人员应集中精力来提高使用效率。

提高企业设施能源效率的传统方法需要计算设施整体能耗，确定在非工作时间关闭设备的能源节省情况，然后安装智能关闭技术和/或开发关闭程序供团队跟进。管理人员还可以考虑将一些设施操作安排在非高峰时段，这虽然不会降低整体能耗，但可能会降低某些地区的公用事业成本。

多样化的技术使分析更加复杂

由于测试实验室是高度多样化的技术环境，系统按照不同的时间表执行关键工作，因此必须对每个系统进行单独审核和分析。测试实验室管理人员需回答以下问题：

• 哪些系统的耗电量最高？
• 每个系统运行多少小时？
• 每个系统的使用情况如何？负责人员是谁？
• 哪些系统需始终保持运行？哪些系统可在闲置时关闭？
• 意外关机有哪些风险？
• 如何执行关机程序？
• 是否可以在非高峰时间安排更多工作量？
• 如何跟踪节能情况？

繁琐的手动分析

手动执行此类分析既繁琐又耗时，尤其测试站使用数据在不断变化，因此只有通过长时间的数据收集才能从数据中识别趋势。

下班关闭实验室的全部系统并不可行，因为其他全球团队成员可能需要远程访问某些系统，意外关闭设备可能会导致关键工作内容丢失。某些测试系统在通电后可能需要一到两个小时进行预热或重新校准，因此团队还必须考虑这段启动时间。

另外，依赖团队成员遵循关闭协议也存在一些挑战。管理人员必须为各种系统分配联络点，并在不中断全球协同工作的情况下，向成员说明关闭电源的原因、时间和方法。

测试实验室管理人员如何轻松、准确地减少实验室技术相关能耗和排放？利用测试和测量技术可轻松实现这一解决方案。管理人员通过使用这些技术来应对节能挑战，并实现下列过程自动化：

• 测量每个系统和整个实验室的能耗
• 确定能源消耗趋势以及节约能源或安排工作量的最佳机会
• 自动执行使系统在闲置时关闭和/或工作负载调度和负载平衡的协议
• 跟踪高峰时段和整体能耗的降低情况

测量能耗

一些技术产品具有内置的能耗测量功能。但是，在实验室中，并非所有产品都具备这一功能。在面对未内置该功能的系统时，测试实验室管理人员设置技术系统自动测量的最简单方法是将外部测量硬件连接到实验室中的设备。

随后，管理人员可以设置软件程序，以连续收集和分析来自测量硬件的能源使用数据。有用的跟踪指标包括整体能耗、用户习惯、使用时间和系统特定的能耗。管理人员应持续跟踪这些指标，直至发现其中的趋势。

发现节能机会

在测量软件的帮助下，测试管理人员能够全面分析实验室情况，将能源使用情况与团队需求相对应，并发现节能和降低成本的机会。在确定最佳机会时，管理人员要寻找的“最佳点”是耗电量大、非必要闲置的系统。此外，管理人员可以择机安排工作量，在优化设备利用率的同时避免公共事业成本出现峰值。

自动化节能

确定节能措施后，最先进的实施策略是在闲置时设置自动关闭系统。这包括设置简单的定时开关机或启用远程电源控制。未来，企业还可考虑部署高级分析系统以检查使用模式，并就何时执行测试以及何时关闭系统提出建议，同时考虑部署人工智能自动完成此类操作。

跟踪节能情况

持续评估节能措施的效果至关重要，这将为企业的可持续发展报告提供信息，并为整个企业采取进一步措施提供依据。测试管理人员可以使用初始测量所用的同一软件来跟踪持续使用情况。

从测试实验室入手，实现大力减排

NI的目标是到2030年成为气候中和企业。⁶为实现这一目标，需在整个企业范围内实施变革，同时采取“能源寻宝”的方法，针对每个工厂探索细微的减排机会。NI研发团队和设施团队通力合作，发现企业4%的能源消耗来自其内部测试实验室⁷，该实验室用于NI产品的开发测试。因此，对于开展可管理且具有影响力的减排运动，测试实验室则成为理想对象。

测量解决方案：智能PDU+SystemLink™软件

NI研发团队决定分析其奥斯汀实验室的能耗，该实验室包含数百个测试系统，其中包括151个PXI(e)系统。NI的PXIe-1095、PXIe-1092和PXIe-1084机箱具有一流的内置能耗测量功能。为了使这些功能充分发挥作用，我们将实验室的所有设备都接入了智能配电单元。

团队为监控功耗使用了SystemLink，该软件支持用户通过一个中央位置管理自动化测试系统、数据采集和报表生成，并使用以产品为中心的分析来提供切实可行的见解。在调查过程中，NI对其PXI固件和应用软件进行了一些改动，优化了电源监控和控制功能。

量化潜在节约机会

NI团队发现，虽然许多系统需要全天候不间断运行，或者在闲置时关机，但仍有多数系统在空闲时间保持开启状态。团队利用奥斯汀的结果对匈牙利德布勒森和马来西亚槟城的NI实验室能耗情况进行了推测。

NI通过适当关闭闲置测试系统，每年可节约以下成本⁸：

• 561,600 KWh购电量（占NI总购电量的1%）
• 389公吨二氧化碳当量，相当于89名员工的汽车停运一年

^{图2： NI测试实验室系统中的使用情况和电源模式}

扩大减排规模

NI实验室团队通过以上分析，已开始使用下一节中介绍的技术实现PXI系统的自动关机和重启，从而减少能耗降、低碳排放，并实现长期资金节省。

NI通过首先在自有实验室中实施能效计划，分析得到现阶段最有利于自动测量实验室设备耗电量并控制电源状态的产品功能和技术。这一举措还有助于NI了解未来如何在产品中添加对客户更有助力的功能。

当前功能

客户面临的第一个挑战是测量测试系统随时间的耗电量。NI PXIe-1095、PXIe-1092和PXIe-1084机箱均内置直接报告耗电量的功能。但并非所有仪器设备都具有此功能，因此，用户要对所有产品进行统一测量，可参考NI将所有设备接入智能配电单元的方法。

SystemLink可扩展，便于客户创建自定义客户端Python脚本和Jupyter Notebook。NI团队使用这些功能创建了多个能耗仪表板。

^{图3： 使用NI硬件、SystemLink、Python代码和Jupyter Notebook创建的能耗仪表板}

测量完成后，下一步就是现实PXI仪器的自动开关机。由于PXI控制器运行通用操作系统，用户可使用标准协议远程关闭系统。而重启设备是一项更具挑战性的任务。不同于多数测试和测量台式仪器，PXI机箱与许多标准PC类似，可以在通电时自动开机。其他用户也可像NI团队一样，使用智能PDU的功能适时为系统供电，从而重新开启系统。根据系统需求，PXI生态系统还包括许多其他用于远程开机测试系统的选项，包括网路唤醒和大多数机箱中的硬连线电源禁止信号，支持外部设备控制电源。

与NI合作共赢

NI客户可使用SystemLink和NI硬件来测量耗散功率、优化功耗、节省资金并实现企业可持续发展目标。我们还将继续研究如何简化NI和非NI设备的监控过程。与携手NI合作，客户还可以进一步与同样致力于减少排放的其他供应商合作。

如需详细了解SystemLink如何助您优化功耗并最大限度地减少对环境的影响，请与NI联系。我们也欢迎您为能效解决方案和服务提供反馈。

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• ¹ 联合国气候行动，寻求宜居气候：净零承诺必须以可信的行动作为支撑
• ² Harvard Business Review, Why Companies Aren’t Living Up to Their Climate Pledges
• ³ Reuters, California governor says he will sign climate bill on companies and carbon footprints
• ⁴ Science Based Targets, Taking the Temperature:Assessing and Scaling Up Climate Ambition in the G7 Business Sector
• ⁵ NSF，NI PXI系统的生命周期分析
• ⁶ NI 2030年影响力策略和目标, 气候中和目标
• ⁷ NI研发团队的内部计算结果 
• ⁸ U.S.Environmental Protection Agency, Greenhouse Gas Equivalency Calculator