仪表仪器设计流程系列(十六)：工业设计视角下的技术与体验融合指南  |  FROM ZERO TO ONE

一、示波器产品设计背景：国产示波器的技术突围与市场机遇

示波器被称为"电子工程师的眼睛"，是电子测量仪器中技术难度最高、市场规模最大的核心品类，其带宽、采样率等核心指标直接决定国家电子信息产业的研发能力。在2019年以前，全球高端示波器市场长期被是德科技、泰克、罗德与施瓦茨等国外巨头垄断，国产示波器只能在1GHz以下的中低端市场进行价格竞争。

根据周峰博士牵头编著、人民邮电出版社2024年公开出版的《国产信息通信仪表与测试应用》一书权威数据：2018年国内1GHz以上带宽示波器市场90%以上被国外品牌占据，不仅价格是国产同类产品的3-5倍，还存在严重的供应链断供和技术封锁风险。这种局面直到2019年普源精电发布首款自研"凤凰座"芯片组才被彻底打破，该芯片组支撑其DS70000系列示波器突破13GHz带宽，使中国成为全球第三个掌握高端示波器核心芯片技术的国家。

截至2026年，国产示波器已形成以普源精电和鼎阳科技为双龙头的完整产业格局。普源精电坚持"芯片定义产品"的垂直整合战略，其2025年发布的DHO50000系列示波器最高提供16GHz模拟带宽及40GSa/s全通道高采样率，性能达到国际领先水平；鼎阳科技则在12bit高分辨率细分市场实现全球领先，完成了从100MHz到16GHz全品类12bit覆盖，在电源电子、半导体测试等高端场景实现了对国际竞品的高性价比替代。

在国产替代和新基建的双重驱动下，示波器产品设计迎来了前所未有的发展机遇。根据国家仪器仪表行业协会2026年发布的《中国电子测量仪器市场发展白皮书》，未来五年中国示波器市场将保持15%以上的年增长率，其中高端市场增速将超过20%，这对国产示波器的工业设计能力提出了更高要求。

二、示波器工业设计前期：全面深入的行业调查研究

在壹零壹工业设计，我们始终坚持"没有调研就没有设计权"的原则。每个示波器产品设计项目启动前，我们都会进行为期至少一个月的四维行业调查研究，为后续设计工作奠定坚实基础。

2.1权威文献与专业资料研究

我们系统研读国内所有公开发行的示波器相关专业书籍、核心期刊和行业报告，建立完整的技术知识体系：

• 《电子仪器仪表设计》（高吉祥主编，高等教育出版社，2013）：全面阐述示波器工作原理、设计基础和通用方法
• 《现代示波器高级应用——测试及使用技巧》（李凯著，清华大学出版社，2017）：从用户视角深入分析示波器使用场景和操作痛点
• 《基于FPGA和单片机的数字示波器设计仿真及实现》（《电子器件》2023年第3期）：详细介绍数字示波器硬件架构设计
• 《数字示波器中FPGA间高速信号传输同步方法》（《电子科技大学学报》2024年第2期）：深入探讨高端示波器核心技术难题
• 《2026及未来5年中国单色数字示波器市场现状数据分析及前景预测报告》：提供最新市场规模和趋势数据

2.2用户深度访谈与真实场景观察

我们进行深度调研，发现不同用户群体对示波器工业设计的需求差异巨大：

• 教育科研用户：注重性价比和易用性，希望操作简单、功能全面、界面友好
• 工业生产用户：注重稳定性和可靠性，要求能够7×24小时连续工作，抗干扰能力强
• 高端研发用户：注重性能和精度，要求高带宽、高采样率、深存储和丰富的分析功能
• 现场测试用户：注重便携性和续航能力，要求体积小、重量轻、防护等级高

2.3竞品全面拆解与技术分析

我们购买国内外主流品牌的示波器产品进行1:1拆解和分析，从硬件架构、工业设计、人机交互到软件生态进行全方位对比。通过竞品分析，我们不仅掌握了行业技术发展趋势，还发现了大量可以优化的设计痛点。

2.4政策法规与标准研究

我们密切关注国家相关政策和行业标准，特别是电磁兼容(EMC)、安全规范、环保要求等强制性标准，确保示波器产品设计从一开始就符合所有法规要求。

三、示波器产品设计核心：解决六大行业共性痛点

在深入调研的基础上，我们归纳出当前示波器产品设计面临的六大核心痛点，这些痛点也是我们设计工作的重点突破方向：

3.1操作复杂，学习成本极高

传统示波器操作界面繁琐，功能菜单层级超过5层，新手往往需要花费数周时间才能熟练掌握。根据国家仪器仪表行业协会2024年Q1用户体验调研报告，超过60%的用户认为"操作复杂"是使用示波器时遇到的最大问题。

3.2散热与体积的永恒矛盾

高端示波器功耗通常在200W以上，如何在有限体积内实现高效散热是示波器工业设计的最大挑战之一。早期国产示波器为解决散热问题，往往做得又大又重，便携性极差。

3.3人机交互体验普遍落后

传统示波器人机交互设计停留在20年前的水平，存在游标拖拽延迟高、屏幕可视性差、按键布局不合理、波形显示卡顿等问题，严重影响工程师工作效率。

3.4可维修性差，维护成本高

很多示波器采用不可逆的一体化设计，外壳难以拆卸，一旦出现故障只能返厂维修，维修周期长达数周，严重影响用户工作进度。

3.5电磁兼容性设计难度大

示波器作为精密测量仪器，对外部电磁干扰非常敏感；同时自身也会产生电磁辐射，可能影响其他设备正常工作。电磁兼容性设计贯穿示波器产品设计的全过程。

3.6成本与性能的艰难平衡

示波器核心芯片和元器件成本占比超过60%，如何在有限成本内实现最优的性能和体验，是所有示波器工业设计项目都必须面对的核心问题。

四、壹零壹工业设计标准：示波器产品设计七步流程

经过多年实践，壹零壹工业设计总结出一套成熟的示波器产品设计标准化流程，确保每个项目都能高质量、按时交付：

4.1需求定义与产品定位

• 核心工作：与客户共同明确目标市场、核心功能、性能指标、价格区间和上市时间
• 输出物：详细的产品需求文档(PRD)、用户画像、竞品分析报告
• 关键要点：区分"必须有"和"最好有"的功能，避免需求蔓延

4.2概念设计与方案评审

• 核心工作：设计师头脑风暴，提出3-5个差异化概念设计方案
• 输出物：外观草图、3D模型、人机交互界面原型、初步结构方案
• 关键要点：组织客户、电子工程师、结构工程师和用户代表进行多轮评审

4.3详细结构设计

• 核心工作：外壳设计、内部元器件布局、散热设计、电磁兼容设计、接口设计
• 输出物：完整的3D结构图纸、BOM表、散热仿真报告、EMC仿真报告
• 关键要点：与电子工程师密切配合，确保结构与硬件电路的兼容性

4.4人机交互与界面设计

• 核心工作：操作流程优化、按键旋钮布局、菜单结构设计、显示界面设计
• 输出物：交互原型、UI设计稿、操作手册初稿
• 关键要点：采用分层渲染和预测性渲染技术，提高界面响应速度

4.5原型制作与测试验证

• 核心工作：制作3D打印原型、CNC手板和功能原型，进行全面测试
• 测试项目：外观测试、结构测试、散热测试、EMC测试、人机交互测试
• 输出物：测试报告、设计修改方案
• 关键要点：邀请真实用户参与测试，收集第一手反馈

4.6模具设计与量产准备

• 核心工作：模具设计、模具制作、试模、生产工艺制定、质量控制标准制定
• 输出物：模具图纸、生产工艺文件、质量检验标准
• 关键要点：与模具厂和代工厂密切配合，提前解决量产问题

4.7量产跟踪与用户反馈

• 核心工作：首批量产跟踪、生产问题解决、用户反馈收集
• 输出物：量产总结报告、下一代产品改进建议
• 关键要点：建立用户反馈渠道，持续优化产品

五、示波器工业设计实战技巧：让技术与美学完美融合

在多年的示波器产品设计实践中，我们总结出以下实用技巧，帮助设计师打造既好用又好看的示波器产品：

5.1坚持功能主导的设计原则

"形式追随功能"是仪表仪器工业设计的第一原则。所有外观设计都必须服务于功能需求，例如按键和接口的布局必须符合人机操作流程，避免为了追求视觉效果而牺牲使用效率。

5.2将热设计与外观设计有机融合

我们不再把散热看作纯粹的工程问题，而是将其转化为外观设计的亮点。例如普源精电DHO50000系列示波器采用的"隐藏式散热孔"设计，将散热孔巧妙融入机身线条，既保证了散热效果，又保持了外观的简洁美观。

5.3采用多模态交互设计

现代示波器应支持按键、旋钮、触控屏、鼠标和键盘等多种交互方式。在进行精确测量时使用旋钮，在浏览菜单和缩放波形时使用触控屏，在复杂分析时使用鼠标键盘，为不同操作场景提供最优解决方案。

5.4模块化设计提升可维修性

将示波器分为电源模块、采集模块、处理模块和显示模块等独立部分，采用快拆外壳设计，用户无需工具即可打开外壳更换故障模块，大幅降低维修成本和时间。

5.5建立统一的品牌设计语言

通过统一的色彩、线条、材质和视觉元素，建立独特的品牌识别系统。例如普源精电采用蓝灰色调体现科技感和专业感，鼎阳科技采用黑橙配色体现活力和时尚感。

六、示波器产品设计实战案例：100MHz入门级数字示波器

为了让大家更好地理解上述流程和技巧，我们以壹零壹工业设计完成的一款100MHz入门级数字示波器设计项目为例进行详细介绍。

6.1项目背景与需求

客户是国内某电子测量仪器厂商，目标市场为高校教育和入门级工程师，核心要求是：性价比高、操作简单、外观时尚、便于携带。

6.2痛点分析与设计目标

通过调研，我们发现入门级用户的核心痛点是：操作复杂、屏幕小、显示效果差、体积大、重量重、接口布局不合理。我们的设计目标是打造一款"开箱即用"的入门级示波器。

6.3核心设计方案

• 外观设计：采用简约时尚的圆角矩形设计，主色调为白色和浅灰色，搭配橙色点缀，符合年轻用户审美
• 人机交互：采用7英寸高清电容触控屏，优化菜单结构，将常用功能放在首页，保留两个多功能旋钮用于精确调节
• 结构设计：采用一体化铝合金外壳，厚度仅35mm，重量仅1.2kg，兼顾结构强度和散热效果
• 接口设计：所有接口集中在机身左侧，避免线缆遮挡屏幕和操作区域

6.4测试优化与市场反馈

我们制作了多台功能原型，邀请了用户进行测试，根据反馈进行了以下优化：增大按键尺寸和间距、提高屏幕亮度和对比度、优化菜单响应速度、增加支架角度调节功能。

该产品正式上市后，仅三个月销量突破，成为同价位段爆款产品，获得了"年度好设计"提名奖。

七、文章总结

示波器产品设计是一个跨学科的系统工程，需要工业设计师、电子工程师、结构工程师、软件工程师和用户体验设计师的密切配合。好的示波器设计不仅要满足严苛的性能指标要求，更要关注用户体验，让复杂的测量工作变得简单直观。

作为壹零壹工业设计的一名设计师，我非常荣幸能够参与到国产示波器的崛起进程中。从最初只能模仿国外产品外观，到如今能够与国内龙头企业深度合作，参与从芯片架构到用户体验的全流程设计，我们用自己的专业能力为中国电子信息产业的发展贡献了一份力量。

未来，随着人工智能、物联网和云计算技术的发展，示波器将朝着智能化、网络化和便携化的方向发展。壹零壹工业设计将继续深耕仪表仪器工业设计领域，不断探索创新，为用户提供更加优秀的产品设计，助力国产仪表仪器行业实现更高质量的发展。

八、示波器产品设计常见问题解答

Q1：示波器产品设计和普通消费电子产品设计有什么区别？

A1：示波器产品设计与普通消费电子产品设计有本质区别：

1.功能优先：示波器是精密测量仪器，所有设计都必须服务于测量精度和性能，不能为了美观牺牲功能

2.可靠性要求高：工业级示波器需要能够在恶劣环境下长时间稳定工作

3.电磁兼容性要求严格：示波器对电磁干扰非常敏感，同时自身也不能产生过多电磁辐射

4.用户群体专业：示波器用户主要是专业工程师，对操作效率和精度有很高要求

 

Q2：示波器散热设计的核心原则是什么？

A2：示波器散热设计的核心原则是"风道优先、均匀散热、低噪音"：

1.设计合理的风道，确保冷空气能够流经所有发热元器件

2.采用均热板和热管技术，将热量均匀分散到整个机身

3.选用低噪音风扇，并采用智能调速技术，在保证散热效果的同时降低噪音

4.将散热设计与外观设计有机融合，避免影响产品美观

 

Q3：如何降低示波器的操作学习成本？

A3：降低示波器操作学习成本的有效方法：

1.简化菜单结构，将常用功能放在最显眼的位置

2.采用直观的图标和文字说明，避免使用专业术语

3.提供内置帮助系统和操作教程

4.支持多模态交互，让用户可以选择自己习惯的操作方式

5.设计符合用户直觉的操作逻辑，减少记忆负担

 

Q4：国产示波器设计与国外品牌相比还有哪些差距？

A4：国产示波器在核心性能上已经接近或达到国际领先水平，但在工业设计方面仍存在一些差距：

1.品牌设计语言不够统一和成熟

2.人机交互细节体验还有提升空间

3.高端产品的工艺和质感还有差距

4.软件生态和用户体验设计相对薄弱

 

Q5：示波器产品设计中如何平衡成本与性能？

A5：平衡成本与性能的关键是"精准定位、分级设计"：

1.根据目标市场和用户需求，明确核心性能指标，避免过度设计

2.采用模块化设计，不同档次的产品可以共用部分模块

3.优化元器件选型，在保证性能的前提下选用性价比高的元器件

4.简化结构设计，降低模具和生产成本

5.集中资源提升用户最关注的核心体验

 

Q6：未来示波器工业设计的发展趋势是什么？

A6：未来示波器工业设计将呈现以下发展趋势：

1.智能化：集成AI辅助测量和分析功能，自动识别波形并给出测量结果

2.便携化：越来越多的手持和便携式示波器将出现在市场上

3.网络化：支持远程控制和数据共享，实现分布式测试

4.简约化：外观设计更加简洁，操作更加直观

5.个性化：支持用户自定义界面和功能，满足不同行业的特殊需求

内容来源于：https://www.101ir.com/news-s1431-c1-p1.html