淨零之路：測試實驗室如何減少使用能源

現代測試實驗室就像小型資料中心，許多硬體測試模組需與軟體連線，而這些全都是工程師進行分析並依據資料做出決策所用的軟體。就像在資料中心一樣，這個過程會排放出很容易讓人「眼不見為淨」的溫室氣體。 原因在於，每項技術產品都有生命週期，而生命週期的每一個階段都會排放溫室氣體。原物料全數取材自地球，我們運用原物料製造產品零件，再利用零件製造產品、運輸產品、使用產品，直到產品的使用壽命告終成為廢棄物，或者被回收再利用為止。一般而言，排放溫室氣體的主要時期，在於使用階段。

PXI 系統的生命週期

NI 在 2021 年的 PXI 系統生命週期分析⁵ 中發現，PXI 系統的使用壽命長達 10 年以上，其中 96% 的 溫室氣體排放量均源自使用階段。

^{圖 1： PXI 系統使用不到 6 個月之後對環境造成的衝擊，相當於其產品生命週期中所有其他階段所造成之衝擊的總和。}

減少使用能源在技術方面面臨的挑戰

要讓測試實驗室中所用的產品減少排放量，並不是只要關掉所有不用的系統就能輕而易舉地做到，其中所牽涉到的情況更為複雜，原因如下：

• 測試實驗室屬於異質環境，有著許多不同類型的系統，每個系統的使用模式和能源輸出各自不同。
• 由於執行中的背景工作可能不會直接用到測試設備，而測試設備也可能在幾乎不佔用 CPU 的情況下運轉，因此，要判斷測試系統是否處於使用狀態未必容易。
• 全球團隊通常會共用相同的測試系統，因此，由於團隊成員在不同的時區登入，所以這些系統全天候都在使用中。
• 一旦關機時機不湊巧，很有可能就得承擔失去重要工作的風險。
• 許多測試與量測儀器必須在特定的暖機時間之後才能達到效能規格。

減少使用能源在組織方面面臨的挑戰

再者，一間公司裡的測試團隊與負責擬定排放目標的永續發展團隊以及負責實施能效措施與繳納水電瓦斯費的設備團隊之間，在資訊方面未必會互通有無。因此，測試團隊可能不會知道自己努力工作可能會造成什麼樣的影響。此外，實施能效措施的預算和決策權會落在哪一個團隊手上，可能也是未知數。

測試實驗室主管可能會優先考慮的其中一個解決方案，就是使用能源效率更高的產品。NI 的 PXI 產品的效率原本就相當高，因為這些產品充分運用能耗效能最好的商用級現成電腦元件和技術。因此，主管應全神貫注於提高使用效率。

提高企業設備能源效率的傳統方法，是要全面計算設備整體能源使用量、判斷在下班時間關閉設備能節省多少能源，再據以安裝智慧型關機技術和/或研擬團隊必須遵守的關機程序。主管也可以考慮將特定設備的運作時間安排在非尖峰時間，儘管這麼做並不能減少整體的能源使用量，但有機會撙節某些區域的公用事業費用。

多元技術少不了複雜的分析

測試實驗室屬於相當多元的技術環境，由系統按表操課執行重要工作，因此必須分別稽核及分析每個系統。測試實驗室主管必須清楚該如何回答諸如此類的問題：

• 哪些系統最耗電？
• 每個系統分別運轉幾個小時？
• 每個系統的使用方式，以及這些系統的使用者有誰？
• 哪些系統需要照原樣執行？哪些系統可以在不使用時關機？
• 關機時間點不湊巧會造成什麼樣的風險？
• 該如何執行關機程序？
• 將更多工作安排在非尖峰時段進行是否可行？
• 該如何追蹤節能情形？

手動分析相當繁瑣

手動分析既麻煩又耗時，測試站的使用資料林林總總，收集時間必須夠長才足以找出趨勢，更突顯出手工分析的繁瑣之處。

由於其他全球團隊成員可能會需要遠端存取某些系統，而關機時間若不湊巧，可能會導致重要工作整個消失，因此，在下班之後將整個實驗室的設備自動關機通常並不可行。某些測試系統暖機或在重新開機後進行校準所需的時間長達 1 到 2 個小時，團隊也必須將這段開機時間列入考慮。

此外，如果寄望團隊成員遵守關機規定，通常也有一定的難度。主管必須指定各個系統的聯絡人，並向他們解說關機的原因、時機，以及能夠關機又不中斷全球協作的方法。

測試實驗室主管該怎麼做，才能更輕鬆、更準確地減少使用實驗室技術所需消耗的能源以及降低排放量？答案就在測試與量測技術本身。只要運用這類克服節能方面的挑戰，主管自然就能自動處理下列流程：

• 量測每個系統與整個實驗室的能源使用量
• 找出能源使用趨勢以及節省能源或安排工作時間的最佳機會
• 自動實施在系統閒置時自動關機和/或安排工作時程與負載平衡的規定
• 追蹤在尖峰時段以及整體時段減少使用能源的狀況

量測能源使用量

某些技術產品內建能源使用量測功能。不過，實驗室中的產品未必全數如此。就沒有內建功能的系統而言，測試實驗室主管若要設定自動量測技術系統，最簡單的方法就是在實驗室中的裝置外接量測硬體。

下一步則是設定軟體程式，持續收集並分析量測硬體的能源使用資料。可追蹤的實用指標包括整體能源消耗情形、使用者習慣、使用時間，以及特定系統的能源使用量。主管應該要持續追蹤這些指標，直到呈現出趨勢為止。

找出節能的機會

量測軟體可以協助測試主管完整分析實驗室的能源使用情形，這樣的分析可以找出團隊需要使用的能源，並且突顯節能與降低成本的機會。主管在尋找最佳機會時該追求的「甜蜜點」，就是耗電量大且莫名閒置的系統。此外，主管還可以設法避免將工作量安排在尖峰時段，此舉既能節省水電瓦斯費，也能發揮最佳的設備利用率。

節能自動作業

找出節能措施後，最進階的實施策略就是在系統閒置時自動將系統關機。這方面的選擇包括設定簡易的電源開關時程，或是採用遠端電源控制功能。未來，各公司也可以考慮部署進階分析功能，以利審視使用模式並針對應執行測試和應將系統關機的時間點提出建議，也可以運用人工智慧自動執行這類操作。

追蹤減少情形

長期評估節能措施是洞悉公司永續發展報告並在全公司進一步推行其他措施的重要條件。測試主管可以使用原本進行量測所用的軟體追蹤長期使用情形。

以測試實驗室為測試案例

NI 的目標是在 2030 年之前成為氣候中和公司。⁶ 為達成目標，NI 必須在公司推動全面改革，同時透過「能源尋寶」的方式，在每個據點尋找較小的減排機會。NI 的研發團隊與設備團隊合作發現，公司有 4% 的能源消耗均來自於內部測試實驗室⁷，用途是測試 NI 產品的開發過程。於是，實驗室就成了切實可行且能發揮影響力的減排行動理想目標。

量測解決方案：智慧型 PDU + SystemLink™ 軟體

NI 研發團隊決定分析美國奧斯汀的其中一間實驗室的能源使用情形，該實驗室有數百個測試系統，其中包括 151 個 PXI(e) 系統。NI 的 PXIe-1095、PXIe-1092 和 PXIe-1084 機箱均內建同級最佳的能源量測功能。為配合這些功能，我們實驗室裡的的所有設備均採用智慧型電源分配裝置。

為監控用電情形，該團隊使用 SystemLink 讓使用者能在同一處管理自動化測試系統、資料收集與報表製作，並且使用以產品為中心的分析提供實用的深入分析。在此調查階段，NI 修改了 PXI 韌體與應用程式軟體的原型，以利改善電力監控作業。

量化可能的節幅

NI 團隊發現，雖然許多系統需要 24 小時全天候運轉，或者會在閒置期間關機，但大多數的系統即使在閒置期間仍會保持開機狀態。他們依據這處美國奧斯汀實驗室的結果推論位於匈牙利德布勒森 (Debrecen) 與馬來西亞檳城 (Penang) 的 NI 實驗室。

倘若能適時將閒置狀態的系統關機，NI 每年能夠達到的節幅如下⁸：

• 561, 600 KWh 付費電力 (佔 NI 總用電量的 1%)
• 389 公噸的二氧化碳排放量，相當於 89 名員工一年不開車所能減少的排放量

^{圖 2： NI 測試實驗室系統的用電量與電力模式}

大幅減少排放量

透過這項分析，NI 實驗室團隊開始使用下一節所述的技術實施 PXI 系統自動關機與重新啟動作業，從而達到節電、降低碳排放量及長期節省成本的目標。

NI 先在自家實驗室中實施能源效率計畫，藉此分析目前最實用的產品功能與技術，以利自動量測實驗室設備的用電情形及控制用電狀態。NI 也因此開發出未來能夠在產品中加入的功能，協助客戶更容易運用這項更強大的產品。

目前的功能

客戶所面臨的第一項挑戰就是量測測試系統的用電情形。NI PXIe-1095、PXIe-1092 和 PXIe-1084 機箱均內建直接報告電力使用情形的功能。不過，並非所有儀器設備全數具備這項功能，因此，使用者可以仿效 NI 的做法，將所有設備插入智慧型電源分配裝置，統一量測所有產品。

SystemLink 是可以擴充的，因此，客戶可以建立自訂的用戶端 Python 指令碼與 Jupyter Notebook。NI 團隊運用這些功能建立了幾個能源控制介面。

^{圖 3： 以 NI 硬體、SystemLink、Python 程式碼以及 Jupyter Notebook 建立的能源控制介面}

完成量測之後，下一步就是將 PXI 儀器的斷電與通電作業自動化。由於 PXI 控制器會執行常見的作業系統，因此，使用者可以使用標準協定在遠端將系統關機。將系統重新開機的難度較高。PXI 機箱就像許多標準電腦，但不同於大多數可在供電時自動開機的測試與量測箱型儀器。就像 NI 團隊一樣，其他使用者也可以使用智慧型 PDU 的功能適時供電，將系統重新開機。視系統需求而定，PXI 生態系有許多其他遠端啟動測試系統的選擇，包括 Wake-on-LAN 以及大多數機箱都有的硬接線電源禁止訊號，這個訊號能讓外部裝置控制電源。

與 NI 合作

NI 客戶可以使用 SystemLink 和 NI 硬體量測浪費的電量、最佳化耗電量、節省成本，並且達成企業永續發展目標。我們也在持續鑽研能簡化 NI 與非 NI 設備監控程序的方法。客戶與 NI 合作就是與同樣致力於減排的供應商合作。

歡迎聯絡 NI，進一步了解 SystemLink 如何協助您將用電情形最佳化並儘量減少對環境造成的衝擊。我們也歡迎您針對我們的能源效率解決方案與服務提供寶貴意見。

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• ¹聯合國氣候行動，宜居氣候：淨零承諾必須以可靠的行動為後盾
• ²哈佛商業評論為什麼公司沒有履行氣候承諾
• ³路透社加州州長表示將簽署關於公司和碳足跡的氣候法案
• ⁴科學目標，量測溫度：評估並擴大 G7 產業的氣候野心
• ⁵NSF，NI PXI 系統的生命週期分析
• ⁶NI 2030 企業影響力策略，氣候中和目標
• ⁷ NI 研發團隊內部計算結果 
• ⁸美國環境保護署 (U.S. Environmental Protection Agency)、溫室氣體當量計算器