杜偉東

摘 要：本研究主要針對智能儀表可靠性問題進行分析，實現(xiàn)可靠性優(yōu)化方案的構建。闡述儀表優(yōu)化方法，開發(fā)優(yōu)化設計軟件，融入抗干擾技術。研究所論述的可靠性優(yōu)化設計適用各類儀表，具備高度可靠性、安全性特點，并且成本較低，在市場競爭中具備較大優(yōu)勢，社會效益明顯。

關鍵詞：智能儀表；可靠性；優(yōu)化設計

智能儀表為單片機、嵌入式系統(tǒng)多功能測量設備，該類設備需具有智能量測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)傳遞、功能多樣等優(yōu)勢。在工業(yè)等領域具有不可替代作用，主要作用于檢測、抄表等需求范圍。國際、國內智能儀表應用普及，我國大力推進相關產業(yè)發(fā)展。但智能儀表與國外對比質量存在明顯不足，主要原因為國內企業(yè)產品可靠性設計水平較低，缺乏系統(tǒng)性優(yōu)化設計方法。該研究針對智能儀表可靠性不足缺點，針對性解決其問題，利用新型優(yōu)化方案，使相關企業(yè)實現(xiàn)成本與可靠性雙贏的目的。

1 智能儀表與普通儀表可靠性分析

將F（x）設定為儀表運行電路，x作為輸入信號，包括電源信號、測量對象信號；y表示輸出信號，普通儀表各部分設定為串聯(lián)系統(tǒng)，元器件并無損傷，單元正常，系統(tǒng)可正常運行，F(xiàn)（x）可以正確運算。若產生干擾，x轉換為x，一般繼續(xù)進行F（x）運算，輸出產生錯誤，干擾消失后元器件正常，輸出恢復正常。所以儀表可靠性對儀表運行具有重要意義，依靠各個元器件。若為智能儀表，則可將In18031核心智能儀表為案例，對工作過程進行分析。見下圖。

智能儀表流程圖

2 智能儀表可靠性優(yōu)化方案

在可靠性設計優(yōu)化過程中，應利用可靠性相關理論，將智能優(yōu)化方式作為基礎，計算機智能技術為鋪墊，將智能儀表優(yōu)化所需條件滿足，產品應具有較高性能參數(shù)，最終所開發(fā)的儀表具備可靠性高、體積小等特點。在設計流程中，首先需要對儀表設計可靠性進行分析，并明確電子元器件的邊界，依據(jù)相應條件構建數(shù)學模型，其中需涵蓋變量、目標、評價等內容，主要應用算法為蟻群算法，在此算法基礎上對儀表可靠性進行深入開發(fā)，并設計出相應的優(yōu)化軟件，對主要依靠的技術進行分析，具體內容如下：

2.1 可靠性評價方案

智能儀表可靠性評價為判定儀表組件可靠性的方法，也是可靠性評價的主要方式。本次研究采取壽命分析方式，對優(yōu)化后的儀表可靠性進行評價，其評價內容為產品結構及功能可靠性、數(shù)學模型穩(wěn)定性、科學性。對實驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)進行相應處理，使數(shù)據(jù)處理方法與產品壽命分布契合，進而開展擬合優(yōu)化檢測。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原則，將產品所需參數(shù)提取，并根據(jù)相關公式進行計算，據(jù)壽命分布關系，將所需參數(shù)結果計算。

2.2 可靠性優(yōu)化建模

將優(yōu)化設計方法作為架構，可靠性設計原則為約束條件構建模型。①據(jù)所設定的可靠性優(yōu)化目標，規(guī)劃生產流程所需數(shù)學函數(shù)。②據(jù)行業(yè)儀表電子元件相關標準，劃分電子元器件邊界約束條件。③據(jù)智能儀表在生產過程中所需可靠性函數(shù)，規(guī)劃電子元器件對應限制條件。④與其他約束條件結合，將其中所需變量等羅列，據(jù)上述條件構建優(yōu)化數(shù)學模型。

2.3 可靠性優(yōu)化計算方式

數(shù)據(jù)模型構建后，需選擇適當優(yōu)化計算方式。智能儀表可靠性優(yōu)化設計實質內容為：在滿足智能儀表所需優(yōu)化條件后，設計好組件間的組配方式。針對組配問題需應用蟻群模擬算法開展，將所需結果計算。計算流程為：首先需據(jù)算法建立元器件數(shù)學模型；其次需根據(jù)相關條件及模型優(yōu)化方式，構建螞蟻路徑矩陣等相關變量。第三，依靠節(jié)點活動概率等標準確定元器件選擇方式。第四，依靠智能儀表所需可靠性組件，建設目標函數(shù)。第五，根據(jù)成本最優(yōu)組配標準，對螞蟻可能活動范圍進行界定，并構建相應函數(shù)。第六，根據(jù)元器件組合相關標準，建設啟發(fā)式因子信息素優(yōu)化算法，收尾工作則是建設成功元器件可靠性優(yōu)化模型。

3 智能儀表可靠性優(yōu)化設計軟件構建及抗干擾措施

3.1 智能儀表可靠性優(yōu)化設計軟件

應用上述方案，開發(fā)智能儀表可靠性優(yōu)化軟件，將所述優(yōu)化方法進行功能性分析。在此優(yōu)化軟件中，需含有電子電子元件管理模塊、儀表可靠性設計模塊、可靠性分析模塊、可靠性評價模塊、儀表可靠性優(yōu)化設計模塊、結果仿真模塊等，軟件中所應用的設計腳本為C語言，并在Visual Studio 2012環(huán)境中將算法作為優(yōu)化平臺，下一步設定專項數(shù)據(jù)處理庫。此優(yōu)化軟件可實現(xiàn)智能儀表可靠性優(yōu)化工作，將電子元件表述信息做相應處理，實現(xiàn)全面目標優(yōu)化。

3.2 抗干擾措施

電源凈化：為防止程序正常運行，需進行抗干擾設計，電源干擾一般可通過其他渠道對單片機造成影響，導致程序失控，所以采取電源凈化方式可使構建的智能儀表系統(tǒng)更具可靠性。完善的電源濾波為較好抗干擾方法，需在變壓器左側裝置電源濾波器，在直流端進行CLCII型波凈化。

光電隔離：智能儀表輸入、輸出與單片機系統(tǒng)采取光電隔離方式十分必要?？衫脝纹瑱C系統(tǒng)與外界聯(lián)系，抗干擾能力強。數(shù)字信號隔離屬于簡單光電隔離方式，直接利用光電耦合器實現(xiàn)。這種方式光電隔離方便，價格便宜。

4 結語

智能儀表應用可靠性做為生產企業(yè)長期關注的重點問題，所采取多種方式進行可靠性設計，但并未達到理想標準。在此背景下開展本次研究，并取得顯著成果，將成本與可靠性關系有效處理，在實踐中該儀表系統(tǒng)具有強大兼容性，可實現(xiàn)企業(yè)生產目標，在市場競爭中居于主動地位。

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