仪器仪表的设计理论和制造方法

随着智能化、数字化仪器仪表的发展，以及我国改革开放政策的深化，近年来我们引进了大批的国际上高水平的仪器仪表，进口数量也在逐年增加。这不仅对国内测量仪器的设计研制、元器件、生产工艺带来很大的冲击，更是对我国仪器仪表的设计理论和制造方法的巨大震动。事实上，对比我国的仪器仪表现状，国外许多先进的智能式仪器仪表的设计方法和理论，应是我们首先要引进、消化和吸收的。本文归纳了以下六个方面的问题加以简要论述，以便立足国内，实现产品设计的国产化、现代化，智能化。

一、要重视可靠性设计

可靠性(Realizability)理论广泛应用于工程技术的各个领域，其分支——可靠性分析和设计更是在先进的智能式仪器仪表设计中得到重视和应用。我们必须深刻认识到高水平的产品离开高可靠性做保证就是废品。国外先进的智能式仪器仪表，在设计阶段就十分注意可靠性的分析与设计。运用可靠性分配理论，将可靠性指标从系统整机到部件级、元器件级逐级分配，从而使整机的可靠性得到保证。当某一部分的可靠性指标无法满足时，可采用冗金设计方案来实现。从一些可靠性设计的流程图可以看出，仪表设计中一般采用并联冗余法。在高可靠性场合(可靠性R≥
0.999)时，尤其是计算机控制系统中，也采用冗余法。 　

国外智能式仪表不仅注重仪表本身的可靠性设计，并对使用可坏性也要加以设计考虑。一般电子仪器仪表产品的可靠性属于指数分布，而机械加工件多的仪表其可靠性属于正态分布，实际计算起来并不很复杂。我国的仪表设计应对此加以重视，这是产品质量的一个重要关键环节。

二、注重维修性设计 　　

维修住(Maintainability)，不仅包括使用中产品的维修，还包括生产阶段仪器的校准功能、调试功能和维修功能等技术指标，维修住必须在设计阶段加以保证。国外智能仪器仪表，具有较高的维修度，使其使于生产调试和维修，包括在设计中实施于自动检测系统。这样设计的产品给用户在测量和使用过程中提供了极大的方便性。 　　

三、先进的设计手段和方法 　

国外智能仪器仪表的设计，广泛使用现代化的设计手段，如逻辑分析仪、计算机辅助设计系统等，这样可使设计调试效率提高几十倍甚至数百倍。因此我国仪器仪表行业要重视和执行CAD／CAM的应用工作。

四、产品系列化和通用化

国外的仪器仪表制造厂家，其产品系列化工作做得很好。几乎每一种类型产品，都先后推出系列产品。有简单到复杂的功能型系列；有低到高的量程范围型系列；有仪表附件、接口等不同的附件系列等。这样会给用户带来巨大的吸引力，而带来的效益也十分可观。

先进的智能式仪器仪表，其通用性都很强。这突出反映在绝大多数产品都有通用接口系统，可以很方便地将系统互联并与计算机组建成自动测试系统。这样就使得仪器与仪表的用途和使用范围大大地扩展了。

五、同步发展自动测试系统 　

新型仪器仪表大多是基于微处理机(μP)化的智能式设计。这样，人工调试非常困难，有时是不可能的。因此，自动测试系统(ATS)就要随着仪器仪表的发展而同步研制。有了ATS的强大的技术支持，才能使精心设计的智能式仪表的大量生产得到可靠保证。国外大的仪器和计算机制造厂家，无一例外的都配备有高水平的自动检测、自动校准和在线维修技术的功能和系统。

六、完善的配套服务设施

智能仪表都配有详细的使用说明，给出许多实用的操作使用程序，并附有各种可选择的、用于扩大应用范围的附件。这些附件的设计都要同主机设计进行一体化考虑，对仪表的易损件和定期更换件都配套供应，使用户感到十分方便。这种“软科学”发展了，仪器仪表硬件电路的智能化水平就能迅速提高。这方面英国厂家是一个很好的例证。英国的集成电路工业较薄弱，但仪表工业却很先进。这主要在于用现代化的设计思想和方案来组织设计用进口元器件所构成的仪表。我国仪器仪表工业的现代化，应首先是仪器仪表设计的现代化和智能化。只有这样才会进入一个良性循环，使仪器仪表的设计和生产立足国产化，推动我国仪器仪表的迅速发展。