儀器儀表的可靠性分析及抗干擾設(shè)計(jì)

閆旭

摘要：近年來，儀器儀表的可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)問題得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。文章首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了儀器儀表的干擾的來源，在探討常見故障檢查方法以及儀器儀表可靠性分析方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從扭絞信號(hào)線設(shè)計(jì)等多個(gè)角度與方面，就儀器儀表的防干擾設(shè)計(jì)問題展開了研究。

關(guān)鍵詞：儀器儀表；可靠性分析；抗干擾設(shè)計(jì)；現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)；生產(chǎn)系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH701 文章編號(hào)：1009-2374（2017）10-0025-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.012

作為儀器儀表應(yīng)用中的重要方面，對(duì)其可靠性的分析及抗干擾的設(shè)計(jì)占據(jù)著極為關(guān)鍵位置。本課題的研究將更好地提高儀器的可靠性和抗干擾分析和控制的力度，通過合理化的途徑和措施，進(jìn)一步優(yōu)化其在實(shí)際應(yīng)用中的最終整體效果。

1 概述

儀器儀表技術(shù)代表現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的控制水平，工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)系統(tǒng)的控制方面采用儀器儀表，必須達(dá)到規(guī)范的可靠性，體現(xiàn)儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的重要性。儀器儀表基本是由元件、線路組成的，其達(dá)到可靠性后能夠提升生產(chǎn)系統(tǒng)的控制效率，保障工業(yè)生產(chǎn)達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。可靠性是工業(yè)企業(yè)選擇儀器儀表的主要標(biāo)準(zhǔn)，不同類型的儀器儀表均具有可靠性的特性，可靠性能越高，儀器儀表的功能越強(qiáng)。

目前，工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的效率較高，對(duì)儀器儀表的可靠性提出新的要求，促使儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)朝向個(gè)性化的方向發(fā)展，用于滿足工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的多項(xiàng)功能，所以可靠性成為儀器儀表設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，直接決定了儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用效率，儀器儀表更新的速度非?？欤饕且揽靠煽啃苑€(wěn)定應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)，提供優(yōu)質(zhì)的控制途徑。儀器儀表設(shè)計(jì)已經(jīng)將可靠性作為一項(xiàng)評(píng)價(jià)特性，重點(diǎn)提升儀器儀表的可靠性，體現(xiàn)設(shè)計(jì)策略的重要價(jià)值，進(jìn)而提升儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的使用水平。

實(shí)驗(yàn)室一般對(duì)作為計(jì)量檢定/校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器的儀器應(yīng)定期校準(zhǔn)或校準(zhǔn)，以確保其數(shù)量的可追溯性，并進(jìn)行必要的維護(hù)和維修，以確保設(shè)備的有效性和可靠性。事實(shí)上，高頻率的儀器較容易損壞，且性能不穩(wěn)定，使用一段時(shí)間后，由于操作方法、環(huán)境條件（電磁干擾、輻射、溫度、濕度、ashYong、電源、聲音、振動(dòng)、移動(dòng)）、樣品和試劑溶液污染等因素，并不能確保持續(xù)可靠檢定或校準(zhǔn)狀態(tài)。各類儀器儀表直接或間接的用作檢定/校準(zhǔn)過程的標(biāo)準(zhǔn)器，如使用過程中它們的計(jì)量性能發(fā)生改變，使用它們所做的檢定和校準(zhǔn)，得到的結(jié)果是錯(cuò)誤的或不準(zhǔn)確的，而以這些結(jié)果做出的判定和行動(dòng)很大可能是錯(cuò)誤的，可能造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失甚至是有害的，所以在使用過程中的儀器儀表，必須采取一定的行動(dòng)及措施對(duì)其可靠性進(jìn)行控制。

儀器儀表的可靠性關(guān)系到其在工業(yè)生產(chǎn)中的控制能力，提高儀器儀表的可靠性，才能提升其在生產(chǎn)中的控制水平。儀器儀表設(shè)計(jì)中，不僅要落實(shí)可靠性的設(shè)計(jì)，還要制定防干擾的策略，確保儀器儀表的設(shè)計(jì)效益。儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)控制的主要部件，提出可靠性的設(shè)計(jì)策略，規(guī)避儀器儀表應(yīng)用中的干擾風(fēng)險(xiǎn)，推進(jìn)儀器儀表的應(yīng)用與發(fā)展。

2 儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的策略

儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的過程中，以LJ6010標(biāo)準(zhǔn)源為例，分析可靠性設(shè)計(jì)的策略，如下：

2.1 可靠性依據(jù)

儀器儀表是工業(yè)生產(chǎn)中的重要部件，決定了工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的控制水平。在儀器儀表可靠性分析上，需要以兩項(xiàng)內(nèi)容為主：（1）保障儀器儀表內(nèi)部組成元件的性能，促使其達(dá)到可靠性的標(biāo)準(zhǔn)；（2）優(yōu)化儀器儀表的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在保障儀器儀表準(zhǔn)確應(yīng)用的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)可靠性。儀器儀表在朝向可靠性方向發(fā)展的過程中，逐漸簡化了內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但是儀器儀表的控制性能仍舊保持規(guī)范狀態(tài)。

儀器儀表可靠性的依據(jù)是根據(jù)其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提出的，用于控制儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，尤其是儀器儀表內(nèi)部元件、部件的安裝設(shè)計(jì)，有利于排除不穩(wěn)定因素的影響，保障儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的可靠性。分析儀器儀表可靠性的依據(jù)，如：（1）儀器儀表需要以工業(yè)生產(chǎn)的需求為主，設(shè)計(jì)可靠性的功能，達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的根本標(biāo)準(zhǔn)；（2）獲取不利數(shù)值，根據(jù)儀器儀表的可靠性設(shè)計(jì)，計(jì)算出偏離可靠性的數(shù)據(jù)，以此來作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化儀器儀表的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；（3）注重儀器儀表的系統(tǒng)配合，按照儀器儀表在工業(yè)生產(chǎn)中的具體功能，完善儀器儀表之間的配合關(guān)系。

2.2 設(shè)計(jì)策略

儀器儀表的設(shè)計(jì)，需要在相關(guān)模型的基礎(chǔ)上完成可靠性設(shè)計(jì)，按照LJ6010的模塊要求，分析儀器儀表的設(shè)計(jì)策略。

第一，儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)中，各項(xiàng)組成元件均具有自身的特點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)，需要利用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法，規(guī)范儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。儀器儀表內(nèi)各項(xiàng)元件需遵循以失效率為主的預(yù)計(jì)方式，其計(jì)算公式為：

λGs=λGi（πQi×Ni×n）

式中：λGs為元件模塊的失效率，單位10-6/h；λGi為儀器儀表內(nèi)第i個(gè)元件在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的通用失效率，單位10-6/h；πQi為儀器儀表內(nèi)第i個(gè)元件在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的通用系數(shù)；Ni為i類元件的組成數(shù)量；n為儀器儀表內(nèi)元件的數(shù)量。由公式確定出儀器儀表所需元件的性質(zhì)，同時(shí)根據(jù)公式計(jì)算數(shù)據(jù)，比對(duì)GJB/Z299B-217F，得出單項(xiàng)元件的可靠性，即可大致設(shè)計(jì)出儀器儀表的可靠性。

第二，采取應(yīng)力法對(duì)儀器儀表的可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)分析，不僅能規(guī)范儀器儀表在系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用過程，還能保障各項(xiàng)元件的準(zhǔn)確度。應(yīng)力法在可靠性設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，還要結(jié)合儀器儀表的應(yīng)用環(huán)境，注重考慮儀器儀表所處系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)，預(yù)計(jì)公式為：

λp=λb（πE×πR×πA×πS2×πC）

式中：λp為應(yīng)力法失效率；λb為故障率；πE為環(huán)境系數(shù)；πR為電流因子；πA為應(yīng)力因子；πS2為電壓因子；πC為配置因子。此類數(shù)據(jù)有助于降低儀器儀表使用中的故障次數(shù)，維持穩(wěn)定的特性。

第三，根據(jù)儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)中的計(jì)算公式，調(diào)整可靠性設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模塊，與此同時(shí)比對(duì)可靠性設(shè)計(jì)的指標(biāo)，評(píng)價(jià)儀器儀表設(shè)計(jì)是否符合指標(biāo)要求。儀器儀表可靠性設(shè)計(jì)并沒有達(dá)到成熟的狀態(tài)，所以在最終設(shè)計(jì)模塊內(nèi)，檢查儀器儀表可靠性在工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)計(jì)效益，綜合考慮儀器儀表的不同需求，改進(jìn)未達(dá)標(biāo)的設(shè)計(jì)模塊，促使儀器儀表達(dá)到最穩(wěn)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 儀器儀表可靠性分析的方法

3.1 確定儀器儀表的壽命分布類型

儀器儀表的壽命分布分析是對(duì)儀器儀表規(guī)律性故障進(jìn)行預(yù)測的主要手段，也是確定儀器儀表日常維護(hù)制度的主要依據(jù)，威布爾分布是目前儀器儀表壽命分布的主要類型。

3.2 分布參數(shù)的估計(jì)

威布爾分布參數(shù)估計(jì)包括點(diǎn)估計(jì)與區(qū)間估計(jì)，分析工作中應(yīng)根據(jù)實(shí)際故障情況合理調(diào)整相關(guān)參數(shù)，確保壽命分布類型與威布爾分布相吻合。點(diǎn)估計(jì)是指利用實(shí)際數(shù)據(jù)來進(jìn)行未知參數(shù)的估計(jì)，區(qū)間估計(jì)則是對(duì)置信區(qū)間范圍進(jìn)行確定。點(diǎn)估計(jì)與區(qū)間估計(jì)的方法眾多，圖估計(jì)是實(shí)際工作中最為常用的方法。圖估計(jì)要求使用描點(diǎn)、連線、作圖的方法來對(duì)確定分布類型的未知參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。以威布爾分布為例，使用圖估計(jì)可對(duì)形狀參數(shù)、位置參數(shù)、平均壽命等多種參數(shù)進(jìn)行有效準(zhǔn)確估計(jì)。

3.3 高可靠性儀器儀表的可靠性分析

高可靠性儀器儀表的可靠性分析與普通儀器儀表不同，對(duì)高可靠性儀器儀表只在壽命分布已知的情況下進(jìn)行，并通過推導(dǎo)或特征壽命推導(dǎo)出儀器儀表的可靠度

下限。

3.4 儀器儀表使用效果分析

儀器儀表使用效果分析是評(píng)判儀器儀表可靠性、安全性等綜合工作能力的主要標(biāo)準(zhǔn)，也是提高儀器儀表使用水平，完善儀器儀表管理制度的重要依據(jù)。使用效率、可用度、系統(tǒng)能效等指標(biāo)是儀器儀表使用效果分析的主要參考數(shù)據(jù)信息。

4 儀器儀表可靠性的影響因素

4.1 施工人員的素質(zhì)

儀器儀表的使用效果很大程度上是由施工人員的素質(zhì)決定的，其構(gòu)成了施工的主體，在儀器儀表施工中發(fā)揮著不可替代的作用。但是現(xiàn)在的儀器儀表的施工過程中卻存在著很多的問題。有的施工人員自身的技術(shù)不過硬，缺乏相關(guān)的素質(zhì)，這樣就使得儀器儀表的安裝存在著很大的問題。有一些施工人員的責(zé)任感不強(qiáng)，在對(duì)圖紙進(jìn)行分析的時(shí)候，態(tài)度不認(rèn)真，自動(dòng)儀表就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的應(yīng)用問題。只有提高施工人員的素質(zhì)，才能在施工以及應(yīng)用時(shí)保證儀器儀表的安裝質(zhì)量以及應(yīng)用狀況。

4.2 監(jiān)管不到位

在對(duì)儀器儀表進(jìn)行安裝之后，如果任其發(fā)展的話，儀器儀表也不能保持良好的運(yùn)行狀況。隨著現(xiàn)代管理技術(shù)的不斷加強(qiáng)，監(jiān)管工作在各行各業(yè)當(dāng)中都有著重要的作用。但是現(xiàn)在的應(yīng)用儀器儀表的企業(yè)往往不具有相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)，也缺乏相應(yīng)的監(jiān)管意識(shí)，這樣對(duì)于儀器儀表出現(xiàn)的問題就不能及時(shí)察覺，也就難以保證儀器儀表運(yùn)行的可靠性。

現(xiàn)在的企業(yè)認(rèn)為儀器儀表就是為了增加企業(yè)的運(yùn)行情況，而不知道其也是需要維護(hù)和監(jiān)管的，如果不對(duì)其進(jìn)行監(jiān)管，其功能就不能充分地發(fā)揮，這樣同樣會(huì)影響到企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著現(xiàn)在市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)只有提高自身的管理水平，才能提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，更好地促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展，加強(qiáng)監(jiān)管實(shí)則是企業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，唯有監(jiān)管才能保證質(zhì)量，確保功能的實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

總之，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的可靠性分析和抗干擾設(shè)計(jì)，對(duì)于其良好使用效果的取得具有重要意義。因此在今后的儀器儀表應(yīng)用過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其可靠性問題的重視程度，并通過多種措施與方法提升其可靠性，從而保證相關(guān)工作的順利進(jìn)行。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）