機械可靠性設(shè)計發(fā)展及其應(yīng)用

馮明明　王婷婷　王率領(lǐng)

摘 要 根據(jù)機械設(shè)計的具體情況，主要對機械可靠性設(shè)計進行了相關(guān)闡述，將可靠性設(shè)計方法應(yīng)用于機械工程的設(shè)計中，闡述了從可靠性角度進行產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時應(yīng)注意的幾個問題。結(jié)合學(xué)習(xí)經(jīng)驗，提出相關(guān)問題及看法，以便同行借鑒參考。

關(guān)鍵詞 工程 可靠性 設(shè)計

中圖分類號：TH122 文獻標(biāo)識碼：A

1可靠性設(shè)計及其發(fā)展

為了了解可靠性設(shè)計技術(shù)，我們必須首先了解什么是產(chǎn)品的可靠性?？煽啃缘慕?jīng)典定義是：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。定義中的“產(chǎn)品”是作為單位研究和分別試驗對象的任何元件、器件、設(shè)備或系統(tǒng)，甚至可以把人的作用也包括進去。在產(chǎn)品設(shè)計中，應(yīng)用可靠性的理論和技術(shù)、根據(jù)需要和可能、優(yōu)先考慮可靠性要求。在滿足性能、費用、時間等條件下，使設(shè)計的產(chǎn)品具有滿意的可靠性要求，這就是產(chǎn)品的可靠性設(shè)計?？煽啃栽O(shè)計不僅涉及傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，而且還與系統(tǒng)工程、價值工程、環(huán)境工程、工程心理學(xué)、質(zhì)量控制技術(shù)和計算機技術(shù)等密切相關(guān)。因此，它是一個多學(xué)科、多技術(shù)相融合的新興技術(shù)。它不但應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計過程，而且還廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的制造生產(chǎn)、試驗、使用、維護、管理等各個環(huán)節(jié)。因此，這項新興技術(shù)在軍工、航空、航天、電子、機械等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

1.1可靠性的發(fā)展歷史

（1）初期研究階段：二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，美國參戰(zhàn)的飛機、軍艦等重要軍事裝備常因故障貽誤戰(zhàn)機，為此軍事裝備的可靠性問題逐漸引起了人們的關(guān)注，開始著手研究如何避免和減少這些“意外”事故的發(fā)生并最早提出了產(chǎn)品的定量可靠性問題。接著美國、德國的專家針對飛機、V-Ⅱ火箭誘導(dǎo)裝置的可靠性又提出了相應(yīng)的指標(biāo)。表明可靠性研究已進入了定量研究的初期階段。

（2）形成發(fā)展階段：在這一時期，世界上一些工業(yè)發(fā)達的國家，如美國、前蘇聯(lián)、原西德、日本等對可靠性開始了有組織的研究工作，并取得了許多重要成果，基本上確定了可靠性研究的理論基礎(chǔ)和研究方向，使可靠性研究進入了一個新的發(fā)展階段。這一時期，研究范圍不斷擴大，從電子產(chǎn)品擴展到機械產(chǎn)品，從軍工產(chǎn)品擴展到民用產(chǎn)品，可靠性技術(shù)進一步完善，理論研究不斷深入，為可靠性設(shè)計技術(shù)的進一步國際化奠定了基礎(chǔ)。

（3）國際化階段：隨著可靠性技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，優(yōu)越性越來越受到世界各國的高度重視，并相繼投入了大量的人力物力開展這項研究工作。各種國際學(xué)術(shù)會議的召開、國際可靠性和可維護性技術(shù)委員會的成立，標(biāo)志著可靠性設(shè)計技術(shù)已經(jīng)進入了國際化時代。

1.2我國可靠性研究現(xiàn)狀

我國對可靠性的研究起步較晚，直到20世紀80年代才得到了較快發(fā)展，個別行業(yè)還成立了可靠性學(xué)術(shù)組織，開展了對可靠性技術(shù)人才的培養(yǎng)，制定了一系列的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。但從總體來看，理論研究較多，實際應(yīng)用較少，與工業(yè)發(fā)達國家相比還有較大差距。

2機械可靠性設(shè)計的應(yīng)用

2.1機械產(chǎn)品的設(shè)計

機械產(chǎn)品設(shè)計包括整機產(chǎn)品設(shè)計及其零部件設(shè)計。對整機產(chǎn)品可將其作為一個系統(tǒng)進行設(shè)計，設(shè)計的方式主要有以下兩種：第一種方式是根據(jù)零部件的可靠性預(yù)測結(jié)果，計算產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)，這就是系統(tǒng)的可靠性預(yù)測，其結(jié)果只要滿足指標(biāo)要求即可，如果不能滿足要求就要按第二種方式進行設(shè)計；第二種方式是對零部件進行可靠性分配，即把系統(tǒng)指標(biāo)分配到各個零部件上，可靠性分配方法主要有等分配法、再分配法、比例分配法和綜合評分分配法四種。零部件設(shè)計時，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件或質(zhì)量成熟的零件，一般零部件可按類比法設(shè)計，重要的零件按概率法設(shè)計，對一些關(guān)鍵零部件還應(yīng)進行可靠性試驗。對產(chǎn)品的可靠性應(yīng)進行評審、修改、再評審、再修改，直到滿足指標(biāo)要求為止。另外，還要進行人機系統(tǒng)的設(shè)計，這方面主要包括操作性和適應(yīng)性設(shè)計。

2.2制造過程可靠性設(shè)計

制造過程的可靠性設(shè)計是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，除了要選用可靠性好的先進加工設(shè)備和工藝裝備外，重點是對工藝方案和工藝流程的設(shè)計。產(chǎn)品的工藝流程相當(dāng)于一個系統(tǒng)，每一個工藝方案或工序相當(dāng)于一個子系統(tǒng)。每一個子系統(tǒng)的可靠度設(shè)計都要綜合考慮設(shè)備、工藝裝備、工藝材料及操作人員的素質(zhì)等因素，確定出合理的子系統(tǒng)可靠度指標(biāo)，然后按子系統(tǒng)之間的關(guān)系（串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)）得出系統(tǒng)的預(yù)測可靠度（如自動線、流水線等的設(shè)計）。

2.3使用維修的可靠性設(shè)計

產(chǎn)品以可靠性為中心維修應(yīng)采用邏輯分析決斷法，科學(xué)地制定維修內(nèi)容和優(yōu)選維修方式，合理確定使用期，以控制機械設(shè)備使用的可靠性。機械產(chǎn)品的可維修性與可靠性一樣，其是機械設(shè)備本身的一個可靠性指標(biāo)。在對產(chǎn)品進行可靠性設(shè)計時就要考慮其維修性，使設(shè)計的產(chǎn)品在使用過程中做到故障易發(fā)現(xiàn)、易檢查、易修復(fù)，力求防患于未然。

對產(chǎn)品進行維修性設(shè)計時要以最低的費用來維護和提高設(shè)備的可靠性水平，盡量減少排除故障所用的維修時間。因此，要在可靠性理論的基礎(chǔ)上制定合理、經(jīng)濟的維修規(guī)則，采用先進的故障診斷技術(shù)和合理的維修方式（如視情維修方法、監(jiān)控事后維修方法），使用標(biāo)準(zhǔn)的維修工具及設(shè)備，提高維修人員的技術(shù)水平，使機械維修工作進一步走向科學(xué)化和現(xiàn)代化。

3結(jié)語

常規(guī)優(yōu)化設(shè)計方法在設(shè)計中沒有考慮可靠性指標(biāo)，因此不能反映產(chǎn)品運行的真實情況而可靠性設(shè)計方法在設(shè)計中不考慮成本、重量、體積等指標(biāo)。對某些設(shè)計問題，僅采用優(yōu)化設(shè)計方法或僅采用可靠性設(shè)計方法，都很難得到理想的設(shè)計結(jié)果，而可靠性優(yōu)化設(shè)計方法將優(yōu)化技術(shù)與可靠性設(shè)計理論有機地結(jié)合在一起，彌補了各自的不足。隨著機械產(chǎn)品的日益大型化、復(fù)雜化，可靠性優(yōu)化設(shè)計方法在機械工程產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用將會越來越廣泛。

參考文獻

[1] 張義民.機械動態(tài)與漸變可靠性理論與技術(shù)評述[J].機械工程學(xué)報，2013（20）：101-114.

[2] 邱繼偉，張瑞軍，叢東升，郭楠.機械零件可靠性設(shè)計理論與方法研究[J].工程設(shè)計學(xué)報，2011（06）：401-406+411.