儀器儀表設計的現代化和智能化研究

來源： 時間：2022-03-29

       隨著智能化、數字化儀器儀表的發展，以及我國改革開放政策的深化，近年來我們引進了大批的國際上高水平的儀器儀表，進口數量也在逐年增加。這不僅對國內測量儀器的設計研制、元器件、生產工藝帶來很大的沖擊，更是對我國儀器儀表的設計理論和制造方法的巨大震動。事實上，對比我國的儀器儀表現狀，國外許多先進的智能式儀器儀表的設計方法和理論，應是我們首先要引進、消化和吸收的。本文歸納了以下六個方面的問題加以簡要論述，以便立足國內，實現產品設計的國產化、現代化，智能化。


　　一、要重視可靠性設計


　　可靠性（Realizability）理論廣泛應用于工程技術的各個領域，其分支——可靠性分析和設計更是在先進的智能式儀器儀表設計中得到重視和應用。我們必須深刻認識到高水平的產品離開高可靠性做保證就是廢品。國外的智能式儀器儀表，在設計階段就十分注意可靠性的分析與設計。運用可靠性分配理論，將可靠性指標從系統整機到部件級、元器件級逐級分配，從而使整機的可靠性得到保證。當某一部分的可靠性指標無法滿足時，可采用冗金設計方案來實現。從一些可靠性設計的流程圖可以看出，儀表設計中一般采用并聯冗余法。在高可靠性場合（可靠性R≥0.999）時，尤其是計算機控制系統中，也采用冗余法。


　　國外智能式儀表不僅注重儀表本身的可靠性設計，并對使用可壞性也要加以設計考慮。一般電子儀器儀表產品的可靠性屬于指數分布，而機械加工件多的儀表其可靠性屬于正態分布，實際計算起來并不很復雜。我國的儀表設計應對此加以重視，這是產品質量的一個重要關鍵環節。


　　二、注重維修性設計


　　維修性（Maintainability），不僅包括使用中產品的維修，還包括生產階段儀器的校準功能、調試功能和維修功能等技術指標，維修住必須在設計階段加以保證。國外智能儀器儀表，具有較高的維修度，使其使于生產調試和維修，包括在設計中實施于自動檢測系統。這樣設計的產品給用戶在測量和使用過程中提供了很大的方便性。


　　三、先進的設計手段和方法


　　國外智能儀器儀表的設計，廣泛使用現代化的設計手段，如邏輯分析儀、計算機輔助設計系統等，這樣可使設計調試效率提高幾十倍甚至數百倍。因此我國儀器儀表行業要重視和執行CAD/CAM的應用工作。


　　四、產品系列化和通用化


　　國外的儀器儀表制造廠家，其產品系列化工作做得很好。幾乎每一種類型產品，都先后推出系列產品。有簡單到復雜的功能型系列;有低到高的量程范圍型系列;有儀表附件、接口等不同的附件系列等。這樣會給用戶帶來巨大的吸引力，而帶來的效益也十分可觀。


　　先進的智能式儀器儀表，其通用性都很強。這突出反映在絕大多數產品都有通用接口系統，可以很方便地將系統互聯并與計算機組建成自動測試系統。這樣就使得儀器與儀表的用途和使用范圍大大地擴展了。


　　五、同步發展自動測試系統


　　新型儀器儀表大多是基于微處理機（μP）化的智能式設計。這樣，人工調試非常困難，有時是不可能的。因此，自動測試系統（ATS）就要隨著儀器儀表的發展而同步研制。有了ATS的強大的技術支持，才能使精心設計的智能式儀表的大量生產得到可靠保證。國外大的儀器和計算機制造廠家，無一例外的都配備有高水平的自動檢測、自動校準和在線維修技術的功能和系統。


　　六、完善的配套服務設施


　　智能儀表都配有詳細的使用說明，給出許多實用的操作使用程序，并附有各種可選擇的、用于擴大應用范圍的附件。這些附件的設計都要同主機設計進行一體化考慮，對儀表的易損件和定期更換件都配套供應，使用戶感到十分方便。這種“軟科學”發展了，儀器儀表硬件電路的智能化水平就能迅速提高。這方面英國廠家是一個很好的例證。英國的集成電路工業較薄弱，這主要在于用現代化的設計思想和方案來組織設計用進口元器件所構成的儀表。我國儀器儀表工業的現代化，應首先是儀器儀表設計的現代化和智能化。只有這樣才會進入一個良性循環，使儀器儀表的設計和生產立足國產化，推動我國儀器儀表的迅速發展。