一、概述

　　原子吸收的儀器性能是用戶非常關心的，但對這些性能是怎么實現的，儀器是怎么設計出來的，就不太關心了。當然也有部分用戶，尤其是一些研究所的研究人員，對儀器也很有研究，甚至直接參與了儀器的研制，這些人的知識就比較全面了，但畢竟只是少數人。對大多數的用戶來說，還是不太了解的。實際上，儀器的性能和功能與儀器的設計有極大的關系，粗略地了解一下儀器的設計與性能之間的關系，對儀器的使用應該是有好處的。

　　本文打算就儀器研制的決策過程，決策依據，儀器設計的思路，設計時要重點思考的問題，儀器設計中的創(chuàng)新對儀器功能和性能的影響，設計對儀器性價比的影響等問題向大家作一些簡單的介紹。作一些簡單的介紹。

　　二、儀器研制的指導思想

　　純粹的談儀器設計就成了教科書了，而且會偏向設計得越高級越好。現在考慮新儀器開發(fā)，首先要考慮是否有人要，因此首先要談的就是儀器研制的指導思想。我們做任何事情都是有指導思想的，具體地說就是做什么，怎么做，要達到什么目的。儀器研制也是這樣，應根據公司自身的經濟實力，技術底蘊，人員素質，市場需求等各方面的條件，有一個決策過程，然后根據決策，也就是指導思想，進行具體的設計工作。只有具有了明確的，合理的設計指導思想，才能設計出符合市場需求的儀器。再加上銷售人員的努力，使儀器有一個好的銷售前景。

　　1.儀器首先要有一個市場定位

　　市場定位是首先必須考慮的，新儀器準備針對的是哪些客戶群，這些客戶群的工作性質和功能需求有哪些特點，采購能力有多大，儀器需要哪些主要功能，儀器預期的售價大約是多少，估算產品推出后5年左右每年的銷售量和銷售金額，等等，為儀器開發(fā)提供必要的數字依據和前景預測。在這方面，各公司的市場部門和銷售部門將起到主要作用，因為他們和用戶接觸多，銷售方面的信息多，對市場比較了解，新儀器研制出來也是要他們賣的，所以他們的意見是最重要的。比如精科公司的AA300，主要針對需高性能高精度儀器的大型研究所和經常有大批量樣品測試的企業(yè)檢驗部門，要求有與進口儀器相近的高性能和全自動化。又比如北京通用針對醫(yī)療機構專門開發(fā)了測血樣中五個元素的五通道儀器。所以開發(fā)新儀器都有市場定位的。

　　2.儀器需要進行技術定位

　　技術定位也即技術方案。市場定位完成后，儀器的基本技術方案應隨之制定，實際上應該是由設計部門和工藝、市場、財務等其他相關部門同時蘊釀，主要包括以下幾個方面：

　　(1)主要功能，根據針對的客戶群的需要，制訂出要達到的功能方案，包括原子化器的形式和種類，軟件要達到的主要功能，需要的附件和配件，可以有發(fā)展成系列的打算;

　　(2)光路形式，首先要決定是雙光束還是單光束，然后要決定光路的具體形式，這中間要對光路進行粗略的計算，提供總體布局考慮;

　　(3)扣背景形式，主要是考慮采用氘燈、自吸還是塞曼，塞曼中還分直流、交流，縱向、橫向，或者是組合方案;

　　(4)根據主要功能和光路形式，制定初步的總體布局方案，可考慮留些發(fā)展余地;

　　(5)電路和軟件方案，包括自動化程度，智能化程度，計算機形式，硬件基本方案，軟件基本方案等;

　　(6)成本估算，方案制訂的同時要進行成本估算，以期與市場定位和預期的銷售價格相適應;

　　(7)可行性研究，技術方案的制定要進行可行性研究以及論證，對不確定的部分要有切實的解決預案，如某些零部件還沒找到賣處，要有替代方案。

　　科學地制定方案是順利完成開發(fā)任務的必要條件，應根據自身實力制定切合實際的方案，才能在可控成本和可控時間內完成儀器的設計、加工、調試、鑒定等各階段的任務，最后進行生產，進入市場。

　　三、設計的思考重點

　　正式立項后，就進入了實際的設計階段。實際的設計階段是將技術方案具體化，并進行實施。在實施過程中，有可能對方案進行某種程度的調整，也有可能加入一些新想到的創(chuàng)意。但總的方向和目標一般不會變，如果提出要變，說明原先的判斷不對，或者說市場發(fā)生了急劇的變化。如果是這樣，那就要重新進行討論，重新定位，重新討論技術方案。

　　1.儀器的總體布局

　　儀器設計伊始，首先考慮的便是儀器的總體布局�？傮w布局要考慮的因素很多，包括光路形式和具體的方案，各部件(原子化器、電箱、氣路等)的占位，管道連接，控制連線，通訊接口，面板安排，儀器外形，儀器內部架構，儀器外部附件的擺放和聯通，PC機的位置等，無一不是總體設計時要考慮的因素。如有發(fā)展成系列的打算，還要考慮零部件的通用化，以及發(fā)展型號的初步考慮。

　　2.儀器具體功能的安排

　　儀器的主要功能在技術定位時已確定，此處是將儀器的功能具體化，細節(jié)化，以便安排各部件的設計，比如要有哪些自動化的控制，有哪些報警功能等，每項功能負責光、機、電、軟件的設計人員分別要做哪些工作，達到什么要求，要考慮得仔細一點，避免中途過多的修改，甚至推倒重來。比如精科公司AA300在設計編碼空心陰極燈及其智能化燈架時，就要考慮以下問題：

　　(1)燈的編碼方法

　　(2)編碼的讀取方式

　　(3)非編碼燈的識別

　　(4)高性能燈的區(qū)分

　　(5)各燈位與燈編碼的對應關系

　　(6)開機時燈架的初始定位

　　(7)工作燈的設定與電流設置

　　(8)工作燈的到位

　　(9)預熱燈的電流設置

　　(10)高性能燈輔助陰極的電流設置

　　還有更多的細節(jié)，以及PC機對燈架的控制和編碼元素與專家系統(tǒng)的聯動等，都必須考慮周全，安排有關人員做好各自的工作，不能因考慮不周全而造成功能上的缺失。一個燈架和燈就要考慮這么多問題，可見整臺儀器要考慮的問題何其多。

　　3.儀器性能指標的制定

　　儀器的性能最后是要用專門的性能指標來評價的，對性能指標的基本要求，有原機械工業(yè)部的行業(yè)標準JB/T6780-93，還有國家技術監(jiān)督局的檢定規(guī)程JJG694-90。二者不完全一致。目前正在制定新的國家標準，一旦批準實施，就成為統(tǒng)一的標準。這是即使最低檔的儀器也必須達到的指標。儀器還必須有自己的驗收標準，稱為企業(yè)標準，也有稱鑒定大綱的。企業(yè)標準的檢驗項目必須遵守上述二個指導文件，具體的指標要求只能高于或等于這二個文件中的要求，不能低于。一般儀器的企業(yè)標準都會有有幾個指標高于標準或規(guī)程，以體現實力或特色。

　　比如精科公司AA300為體現高性能，在設計之初定下這幾個有特色的指標：

　　實際達到的指標還要好許多。

　　4.儀器各部分設計的基本要求

　　儀器的性能指標確定后，就可開始儀器的全面設計了，光、機、電、軟件各部分的設計人員均要在總體布局的安排下，為達到儀器的性能指標進行具體的設計工作。對各部分設計的基本要求是：

　　(1)光學系統(tǒng)要在符合總體布局的情況下，達到盡可能大的能量;

　　(2)機械設計在實現總體布局的前提下，要保證各部件能實現設計功能以及運行的可靠性;

　　(3)電器系統(tǒng)要完整實現儀器的供電、測試信號采集、控制信號傳遞等功能，并要做到噪聲小，工作穩(wěn)定、可靠;

　　(4)軟件要正確、可靠地執(zhí)行所有的控制命令，正確地進行數據采集和處理，并使儀器按照正常的測試順序進行工作。

　　四、設計創(chuàng)新對儀器的影響

　　每設計一型儀器，設計人員一般都會有幾個對儀器功能和性能有一定影響的創(chuàng)新點，可以體現出研發(fā)單位的技術實力，科技人員的素質和創(chuàng)新精神，也顯示出該單位是勇于進取，提倡創(chuàng)新型科技的研發(fā)單位，而不是保守地停留在學習型科技上。創(chuàng)新也是提高儀器性價比的一種手段。創(chuàng)新的影響可大可小，可以是世界首創(chuàng)，體現我國科技人員的實力和進取精神，也可以是國內首創(chuàng)，填補國內空白，體現國內科技的進步。創(chuàng)新大致上分為二類，一類主要是使儀器的功能增加或得到提高，另一類主要是使儀器的性能得到明顯的提升，也有的是二者兼而有之，略有偏重。

　　1.使儀器的功能更多更強的創(chuàng)新實例

　　例1，精科公司AA300的編碼空心陰極燈及其智能燈架，就屬于國內創(chuàng)新，帶編碼的空心陰極燈裝上六燈燈架，就會被認出元素和燈的類型，并自動建立燈位表，用戶可借助燈位表建立多元素工作表，甚至安排好一天的分析任務，然后儀器就會自動按次序將元素燈一個一個地轉上來，自動而連續(xù)地進行一個又一個的元素分析，自動化程度得到了很大的提高。

　　例2，精科公司AA300的軟件在測試過程中，可以對認為重要的圖形單獨用JPEG的格式進行存儲，并可將結果數據轉換為Word格式，對于需經常撰寫論文或特殊報告的用戶，提供了方便，這也屬于國內的創(chuàng)新。

　　2.使儀器的性能有明顯提高的創(chuàng)新實例

　　例1，精科公司AA300的氘燈雙光束扣背景，屬于國內創(chuàng)新，就是在啟用扣背景功能時，空心陰極燈仍然處于雙光束狀態(tài)，氘燈也是雙光束狀態(tài)(真正的雙光束)，兩支燈的光能量漂移都能得到及時的補償，因而儀器的穩(wěn)定性得到很大提高，測試數據更為可靠。

　　例2，精科公司AA300的數字修正波長機構誤差，也是一項創(chuàng)新，是將傳統(tǒng)的機械波長精度調整法，改為發(fā)揮計算機的功能，既簡化單色儀的波長精度調整，又使波長精度更高，能輕松達到0.2nm，實際都在約0.15nm。

　　例3，精科公司AS-3020的石墨爐自動進樣器的自動排氣泡技術，是我公司的發(fā)明專利，自動進樣器在開始工作前，其管路系統(tǒng)內部都會有空氣(氣泡)，這些空氣的存在會直接影響到吸樣和進樣的精確度。我們的裝置只需在控制鍵盤上按一個按鈕就可完成系統(tǒng)內部的排氣泡過程，保證了吸樣與進樣機構有高的準確度與精密度。

　　五、設計對性能價格比的影響

　　儀器的成本與銷售價格緊密相連，在市場經濟的時代，設計時的成本控制就顯得更為重要。雖然在功能和性能大致相同的情況下，銷售并不完全決定于價格，用戶還要看廠商的知名度和實力，售后服務的質量，以及其他一些因素，但性價比肯定是用戶追求的目標，現在的“招標”和“砍價”就是用戶尋找最佳性價比的行為。因此，在儀器設計中一方面對儀器的成本要進行必要的控制，另一方面通過成本不高甚至節(jié)約成本的創(chuàng)新使儀器的性能和功能得到提高，是儀器設計時提高性價比的最佳途徑。

　　1.合理控制儀器的功能

　　根據市場定位進行技術定位時，要對儀器的功能進行合理的控制。無論設計哪個檔次的儀器，都要根據針對的用戶群的需要設計功能，包括原子化功能，自動化程度等。在設計時，可以根據需要適當作些修改，但要控制在預算成本內，不能盲目擴展機械的和電子硬件的功能�？梢圆扇☆A留空間或預先進行系列化考慮，留待以后開發(fā)發(fā)展型號。

　　2.用軟件替代硬件

　　隨著計算機技術的進步，計算機芯片和PC機的功能越來越強，盡可能地用軟件替代硬件也就成為趨勢。早期的單板機或單片機，主要是做最后的數據處理、顯示等用，同步控制、對數運算、甚至響應，都還是模擬電路。現在響應已被計算機用數字濾波代替，對數運算也基本放入了計算機，不少儀器已將同步控制也用計算機來實現，使得模擬電路越來越少，故障率也相應減少，穩(wěn)定性和精度也得到了提高。

　　更有甚者，如精科公司的AA300，將雙光束扣背景所需的四路放大改用一路，其余的由計算機去做，避免了四路放大器因放大倍數不同，溫度系數不同，性能不同而造成的儀器可能的不穩(wěn)定，同時也省略了不少模擬電路，節(jié)省了成本。

　　3.用創(chuàng)新提高儀器的性價比

　　創(chuàng)新對儀器的性價比也有影響，因為創(chuàng)新也是有成本的，當創(chuàng)新的成本過高，而性能和功能提高有限，或所針對的用戶群并不迫切需要時，對性價比的貢獻就有些得不償失。只有成本不高或可控，甚至降低了成本，而儀器的性能提高明顯，才是提高性價比所需要的創(chuàng)新。例如精科公司AA300的數字修正波長機構誤差，既節(jié)約了加工成本，又節(jié)約了安裝調試成本，還提高了儀器性能。又例如精科公司AA300的四路放大改用一路，也是既提高了性能，又節(jié)省了硬件成本。這些創(chuàng)新是值得提倡的。

　　六、結語

　　以上講述的是儀器設計的大致過程，可以說是設計者與使用者的溝通，這個溝通很重要。許多儀器的方案制定都考慮了用戶的意見。用戶還是儀器的鑒定者，設計出來的儀器性能是否符合用戶的要求，功能是否符合用戶的需要，最后是要由用戶和整個市場來鑒定的。這個溝通應該繼續(xù)，使我們能設計出更符合市場需要的儀器。