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儀器儀表設計的現代化和智能化
日期：2024-08-10 23:45
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摘要：
儀器儀表設計的現代化和智能化
隨著(zhù)智能化、數字化儀器儀表的發(fā)展，以及我國改革開(kāi)放政策的深化，近年來(lái)我們引進(jìn)了大批的國際上高水平的儀器儀表，進(jìn)口數量也在逐年增加。這不僅對國內測量?jì)x器的設計研制、元器件、生產(chǎn)工藝帶來(lái)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(dòng)。事實(shí)上，對比我國的儀器儀表現狀，國外許多先進(jìn)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(jìn)、消化和吸收的。本文歸納了以下六個(gè)方面的問(wèn)題加以簡(jiǎn)要論述，以便立足國內，實(shí)現產(chǎn)品設計的國產(chǎn)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(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，其分支——可靠性分析和設計更是在先進(jìn)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(chǎn)品離開(kāi)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(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，可采用冗金設計方案來(lái)實(shí)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(lián)冗余法。在高可靠性場(chǎng)合(可靠性R≥0.999)時(shí)，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(chǎn)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(tài)分布，實(shí)際計算起來(lái)并不很復雜。我國的儀表設計應對此加以重視，這是產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要關(guān)鍵環(huán)節。
二、注重維修性設計
維修住(Maintainability)，不僅包括使用中產(chǎn)品的維修，還包括生產(chǎn)階段儀器的校準功能、調試功能和維修功能等技術(shù)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(chǎn)調試和維修，包括在設計中實(shí)施于自動(dòng)檢測系統。這樣設計的產(chǎn)品給用戶(hù)在測量和使用過(guò)程中提供了極大的方便性。
三、先進(jìn)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(yè)要重視和執行CAD／CAM的應用工作。
四、產(chǎn)品系列化和通用化
國外的儀器儀表制造廠(chǎng)家，其產(chǎn)品系列化工作做得很好。幾乎每一種類(lèi)型產(chǎn)品，都先后推出系列產(chǎn)品。有簡(jiǎn)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(huì )給用戶(hù)帶來(lái)巨大的吸引力，而帶來(lái)的效益也十分可觀(guān)。
先進(jìn)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(chǎn)品都有通用接口系統，可以很方便地將系統互聯(lián)并與計算機組建成自動(dòng)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(fā)展自動(dòng)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(shí)是不可能的。因此，自動(dòng)測試系統(ATS)就要隨著(zhù)儀器儀表的發(fā)展而同步研制。有了ATS的強大的技術(shù)支持，才能使精心設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制造廠(chǎng)家，無(wú)一例外的都配備有高水平的自動(dòng)檢測、自動(dòng)校準和在線(xiàn)維修技術(shù)的功能和系統。
六、完善的配套服務(wù)設施
智能儀表都配有詳細的使用說(shuō)明，給出許多實(shí)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(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，使用戶(hù)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(chǎng)家是一個(gè)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)。這主要在于用現代化的設計思想和方案來(lái)組織設計用進(jìn)口元器件所構成的儀表。我國儀器儀表工業(yè)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(huì )進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)，使儀器儀表的設計和生產(chǎn)立足國產(chǎn)化，推動(dòng)我國儀器儀表的迅速發(fā)展。
隨著(zhù)智能化、數字化儀器儀表的發(fā)展，以及我國改革開(kāi)放政策的深化，近年來(lái)我們引進(jìn)了大批的國際上高水平的儀器儀表，進(jìn)口數量也在逐年增加。這不僅對國內測量?jì)x器的設計研制、元器件、生產(chǎn)工藝帶來(lái)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(dòng)。事實(shí)上，對比我國的儀器儀表現狀，國外許多先進(jìn)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(jìn)、消化和吸收的。本文歸納了以下六個(gè)方面的問(wèn)題加以簡(jiǎn)要論述，以便立足國內，實(shí)現產(chǎn)品設計的國產(chǎn)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(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，其分支——可靠性分析和設計更是在先進(jìn)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(chǎn)品離開(kāi)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(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，可采用冗金設計方案來(lái)實(shí)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(lián)冗余法。在高可靠性場(chǎng)合(可靠性R≥0.999)時(shí)，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(chǎn)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(tài)分布，實(shí)際計算起來(lái)并不很復雜。我國的儀表設計應對此加以重視，這是產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要關(guān)鍵環(huán)節。
二、注重維修性設計
維修住(Maintainability)，不僅包括使用中產(chǎn)品的維修，還包括生產(chǎn)階段儀器的校準功能、調試功能和維修功能等技術(shù)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(chǎn)調試和維修，包括在設計中實(shí)施于自動(dòng)檢測系統。這樣設計的產(chǎn)品給用戶(hù)在測量和使用過(guò)程中提供了極大的方便性。
三、先進(jìn)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(yè)要重視和執行CAD／CAM的應用工作。
四、產(chǎn)品系列化和通用化
國外的儀器儀表制造廠(chǎng)家，其產(chǎn)品系列化工作做得很好。幾乎每一種類(lèi)型產(chǎn)品，都先后推出系列產(chǎn)品。有簡(jiǎn)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(huì )給用戶(hù)帶來(lái)巨大的吸引力，而帶來(lái)的效益也十分可觀(guān)。
先進(jìn)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(chǎn)品都有通用接口系統，可以很方便地將系統互聯(lián)并與計算機組建成自動(dòng)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(fā)展自動(dòng)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(shí)是不可能的。因此，自動(dòng)測試系統(ATS)就要隨著(zhù)儀器儀表的發(fā)展而同步研制。有了ATS的強大的技術(shù)支持，才能使精心設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制造廠(chǎng)家，無(wú)一例外的都配備有高水平的自動(dòng)檢測、自動(dòng)校準和在線(xiàn)維修技術(shù)的功能和系統。
六、完善的配套服務(wù)設施
智能儀表都配有詳細的使用說(shuō)明，給出許多實(shí)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(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，使用戶(hù)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(chǎng)家是一個(gè)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)。這主要在于用現代化的設計思想和方案來(lái)組織設計用進(jìn)口元器件所構成的儀表。我國儀器儀表工業(yè)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(huì )進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)，使儀器儀表的設計和生產(chǎn)立足國產(chǎn)化，推動(dòng)我國儀器儀表的迅速發(fā)展。
