儀器儀表設(shè)計的現(xiàn)代化和智能化研究

隨著智能化、數(shù)字化儀器儀表的發(fā)展，以及我國改革開放政策的深化，近年來我們引進(jìn)了大批的國際上高水平的儀器儀表，進(jìn)口數(shù)量也在逐年增加。這不僅對國內(nèi)測量儀器的設(shè)計研制、元器件、生產(chǎn)工藝帶來很大的沖擊，更是對我國儀器儀表的設(shè)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(xiàn)狀，國外許多先進(jìn)的智能式儀器儀表的設(shè)計方法和理論，應(yīng)是我們首先要引進(jìn)、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(nèi)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的國產(chǎn)化、現(xiàn)代化，智能化。

　　一、要重視可靠性設(shè)計

　　可靠性（Realizability）理論廣泛應(yīng)用于工程技術(shù)的各個領(lǐng)域，其分支——可靠性分析和設(shè)計更是在先進(jìn)的智能式儀器儀表設(shè)計中得到重視和應(yīng)用。我們必須深刻認(rèn)識到高水平的產(chǎn)品離開高可靠性做保證就是廢品。國外先進(jìn)的智能式儀器儀表，在設(shè)計階段就十分注意可靠性的分析與設(shè)計。運(yùn)用可靠性分配理論，將可靠性指標(biāo)從系統(tǒng)整機(jī)到部件級、元器件級逐級分配，從而使整機(jī)的可靠性得到保證。當(dāng)某一部分的可靠性指標(biāo)無法滿足時，可采用冗金設(shè)計方案來實現(xiàn)。從一些可靠性設(shè)計的流程圖可以看出，儀表設(shè)計中一般采用并聯(lián)冗余法。在高可靠性場合（可靠性R≥0.999）時，尤其是計算機(jī)控制系統(tǒng)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(shè)計，并對使用可壞性也要加以設(shè)計考慮。一般電子儀器儀表產(chǎn)品的可靠性屬于指數(shù)分布，而機(jī)械加工件多的儀表其可靠性屬于正態(tài)分布，實際計算起來并不很復(fù)雜。我國的儀表設(shè)計應(yīng)對此加以重視，這是產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　二、注重維修性設(shè)計

　　維修性（Maintainability），不僅包括使用中產(chǎn)品的維修，還包括生產(chǎn)階段儀器的校準(zhǔn)功能、調(diào)試功能和維修功能等技術(shù)指標(biāo)，維修住必須在設(shè)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(chǎn)調(diào)試和維修，包括在設(shè)計中實施于自動檢測系統(tǒng)。這樣設(shè)計的產(chǎn)品給用戶在測量和使用過程中提供了極大的方便性。

　　三、先進(jìn)的設(shè)計手段和方法

　　國外智能儀器儀表的設(shè)計，廣泛使用現(xiàn)代化的設(shè)計手段，如邏輯分析儀、計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)等，這樣可使設(shè)計調(diào)試效率提高幾十倍甚至數(shù)百倍。因此我國儀器儀表行業(yè)要重視和執(zhí)行CAD/CAM的應(yīng)用工作。

　　四、產(chǎn)品系列化和通用化

　　國外的儀器儀表制造廠家，其產(chǎn)品系列化工作做得很好。幾乎每一種類型產(chǎn)品，都先后推出系列產(chǎn)品。有簡單到復(fù)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(jìn)的智能式儀器儀表，其通用性都很強(qiáng)。這突出反映在絕大多數(shù)產(chǎn)品都有通用接口系統(tǒng)，可以很方便地將系統(tǒng)互聯(lián)并與計算機(jī)組建成自動測試系統(tǒng)。這樣就使得儀器與儀表的用途和使用范圍大大地擴(kuò)展了。

　　五、同步發(fā)展自動測試系統(tǒng)

　　新型儀器儀表大多是基于微處理機(jī)（μP）化的智能式設(shè)計。這樣，人工調(diào)試非常困難，有時是不可能的。因此，自動測試系統(tǒng)（ATS）就要隨著儀器儀表的發(fā)展而同步研制。有了ATS的強(qiáng)大的技術(shù)支持，才能使精心設(shè)計的智能式儀表的大量生產(chǎn)得到可靠保證。國外大的儀器和計算機(jī)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(zhǔn)和在線維修技術(shù)的功能和系統(tǒng)。

　　六、完善的配套服務(wù)設(shè)施

　　智能儀表都配有詳細(xì)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(kuò)大應(yīng)用范圍的附件。這些附件的設(shè)計都要同主機(jī)設(shè)計進(jìn)行一體化考慮，對儀表的易損件和定期更換件都配套供應(yīng)，使用戶感到十分方便。這種“軟科學(xué)”發(fā)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(yè)較薄弱，但儀表工業(yè)卻很先進(jìn)。這主要在于用現(xiàn)代化的設(shè)計思想和方案來組織設(shè)計用進(jìn)口元器件所構(gòu)成的儀表。我國儀器儀表工業(yè)的現(xiàn)代化，應(yīng)首先是儀器儀表設(shè)計的現(xiàn)代化和智能化。只有這樣才會進(jìn)入一個良性循環(huán)，使儀器儀表的設(shè)計和生產(chǎn)立足國產(chǎn)化，推動我國儀器儀表的迅速發(fā)展。