機械工程的可靠性優(yōu)化設計

摘 要：伴隨著科學技術的快速發(fā)展，機械工程設計已經(jīng)得到了很大進步，并形成了一個十分復雜的專業(yè)領域。由于當前機械產(chǎn)品品種多樣，而且任何產(chǎn)品都需要保證可靠性，所以必須加強機械工程的可靠性設計。雖然機械工程可靠性的設計方法有很多，但是每種方法都有優(yōu)缺點，在實際設計的過程中，應該根據(jù)具體的設計需要選擇最佳的設計方法，保證不斷優(yōu)化機械工程的可靠性設計。文章主要針對當前我國機械工程的可靠性優(yōu)化設計的具體方法進行分析，希望能夠促進我國機械工程的快速發(fā)展，同時也為相關人士提供一定的借鑒性。

關鍵詞：機械工程；機械產(chǎn)品；設計方法；可靠性優(yōu)化設計

機械工程設計的可靠性直接關系到機械設備的整體質(zhì)量，所以必須不斷優(yōu)化機械設備的可靠性設計，使機械工程的可靠性滿足相關標準的要求，為各行各業(yè)的使用提供保障。

1 機械工程可靠性設計的常用方法

1.1 概率設計法

這是一種應用概率設計理論進行機械零部件及構件設計的方法，它的基本原理是將原材料性能、荷載、強度以及零部件尺寸等條件全部視為屬于某一種概率分布的統(tǒng)計量，并以通用的廣義應力強度干涉模型作為基本運算公式，然而運用機械零部件傳統(tǒng)的設計計算模型，獲得給定可靠度下的零部件尺寸或是給定尺寸下零部件的可靠度及其相應壽命。該方法的設計核心是將設計變量當做隨機變量，并借助應力強度干涉模型來確保設計出來的零部件達到指定的可靠度指標要求。這種設計方法與傳統(tǒng)的以安全系數(shù)為基礎的設計方法相比，其具有以下優(yōu)越性：其一，傳統(tǒng)設計方法通常都是取最小強度大于最大應力的指標，然而機械產(chǎn)品的強度和應力卻并非固定不變的，所以這種設計在可靠度方面相對較差，而概率設計法則是以概率的分布來對零部件的應力和強度進行描述的，故此更貼合實際情況，可靠度也相對更高；其二，在傳統(tǒng)的設計方法中并沒有與定量可靠度相關聯(lián)，致使設計出來的產(chǎn)品無法滿足定量可靠度要求，而概率設計法承認所有設計的零部件都或多或少地存在一定的故障可能性，同時可以定量回答出故障的概率和可靠度；其三，傳統(tǒng)的設計方法很少經(jīng)過理論分析，多數(shù)時候憑借的都是經(jīng)驗進行確定，這種設計的主觀隨意性和盲目性相對較大，而概率設計法則是按照應力強度干涉模型進行設計，這樣能夠使原材料的固有性能獲得充分發(fā)揮，進而達到更精確、更合理的設計目標。采用概率設計法對機械產(chǎn)品進行設計必須具有大量的基礎數(shù)據(jù)和建模經(jīng)驗，正因為基礎數(shù)據(jù)的缺乏，使得該方法的應用并未獲得大范圍推廣普及，僅在極少數(shù)機械工程設計中有所應用。

1.2 穩(wěn)健性設計法

由于機械設備會被應用在各種環(huán)境下，做好產(chǎn)品穩(wěn)健性設計也是提高機械產(chǎn)品可靠性的重要方式。該種設計方法主要是保證在產(chǎn)品制造過程中不會因為外部環(huán)境的變化而變得過于敏感，雖然設備參數(shù)出現(xiàn)了變化但仍然能繼續(xù)工作。這種設計方法的基本原理是通過統(tǒng)計分析來得出產(chǎn)品質(zhì)量可用性對用戶造成的損失，這種損失主要是通過產(chǎn)品功能性和產(chǎn)品目標之間的比值來體現(xiàn)的，比值越大，那么用戶受到的損失就越多，這也就表明產(chǎn)品質(zhì)量存在著很大問題。通過穩(wěn)健性設計能夠通過改善材料以及提高生產(chǎn)工藝來改善機械產(chǎn)品的質(zhì)量。不過任何設計方式都存在著缺陷，該種方法就存在著經(jīng)濟性差的缺陷，而且要求較高的技術水平。隨著科學技術的快速發(fā)展，該種方法已經(jīng)得到了改良和完善，能夠一定程度上的提升產(chǎn)品的可靠性。穩(wěn)健性好的機械產(chǎn)品，其可靠性自然就高。

1.3 降額設計法

所謂降額設計法指的就是在零部件生產(chǎn)的過程中通過降低其應力或者是提高其整體強度來達到額定應力的一種方法。零部件是機械設備中的基本構成要素，其應力大小直接關系到設備的使用有效性，通過大量的工程實踐證明，如果零部件能夠長期在低于額定應力的情況下工作，就能夠減少故障發(fā)生率，進而提高設備的可靠性。不同的零部件額定應力是不同的，所以需要通過大量的工程試驗來獲得額定值。如果機械設備中的某些零部件長期承受某個范圍內(nèi)的荷載應力，并呈現(xiàn)出不確定分布的情況，那么就可以通過提高零部件的強度，降低額定應力來提高設備的可靠性。

1.4 預防故障設計法

該方法主要是通過大量的工程實踐以及行業(yè)內(nèi)的相關信息，總結(jié)出機械設備可能出現(xiàn)的各種故障，并提前最好應對措施，控制機械設備發(fā)生故障的幾率，進一步提高設備的可靠性。工作人員在長期生產(chǎn)機械設備的過程中，往往會面臨各種故障問題，通過總結(jié)這些經(jīng)驗，并結(jié)合機械產(chǎn)品設計的相關規(guī)范，運用可靠性方法來做好機械產(chǎn)品故障預防設計工作。該種方法也是當前保證機械產(chǎn)品可靠性的有效途徑之一。例如，為了提高某種機械產(chǎn)品的可靠性，可以通過優(yōu)化機械產(chǎn)品中零部件的性能，在設計過程中考慮到將來使用中可能出現(xiàn)的問題，以及產(chǎn)生這些問題的原因，提前做好預防措施，同時根據(jù)機械產(chǎn)品種類以及用途的不同，設計出幾種方案，通過對比選擇最佳的設計方案。

2 機械工程的可靠性優(yōu)化設計研究

隨著信息時代的到來，計算機技術在機械工程中的應用，提高了機械工程的可靠性，進一步優(yōu)化了機械工程的設計工作。機械工程優(yōu)化設計作為一門新興學科，其主要目的就是通過減少生產(chǎn)消耗，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)機械產(chǎn)品結(jié)構的最優(yōu)性能，最高可靠性，這也符合當前市場經(jīng)濟發(fā)展的實際需求。通過提高機械產(chǎn)品的可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)機械產(chǎn)品中的任何一個零部件，任何一個環(huán)節(jié)都達到協(xié)調(diào)狀態(tài)。設計人員可以根據(jù)機械產(chǎn)品設計的實際需求，選擇最為合適的設計方法。其實不斷優(yōu)化機械產(chǎn)品可靠性的設計方法就是希望能夠提供設計理論上的創(chuàng)新來提高機械產(chǎn)品的可靠性，使產(chǎn)品能夠滿足相關行業(yè)的需求。機械產(chǎn)品設計離不開數(shù)學，把可靠性理論與數(shù)學知識相結(jié)合，也就是將設計參數(shù)設置為隨機變量，并把機械產(chǎn)品可靠度作為目標函數(shù)，從而獲得最合適的設計計算方法。該種方法彌補了傳統(tǒng)設計方法的不足，并能夠滿足當前不斷變化的機械產(chǎn)品市場。此外，通過優(yōu)化機械產(chǎn)品可靠性設計還能夠提高機械產(chǎn)品的利用價值，延長機械產(chǎn)品的使用年限，為企業(yè)節(jié)省了資金，提高了生產(chǎn)效率。

3 結(jié)束語

通過對機械工程可靠性設計的優(yōu)化，能夠促進機械工程設計工作的發(fā)展，并進一步提高了機械設備的整體質(zhì)量。

參考文獻

[1]陸榮，陸達.摩擦換向抽油機中擺線針輪傳動的可靠性優(yōu)化設計[A].2011年全國機械行業(yè)可靠性技術學術交流會暨第四屆可靠性工程分會第三次全體委員大會論文集[C].2011（8）.

[2]覃嶺，謝君生，梁東城.液壓自動車床V帶傳動可靠性優(yōu)化設計[A].中國機械工程學會傳動分會2008年風力發(fā)電論壇論文集[C].

2008（7）.

[3]李浩陽，曹謝東.混合遺傳算法在機械零件性能可靠性優(yōu)化設計中的應用[A].2009全國先進制造裝備與機器人技術高峰論壇論文集[C].2009（6）.

[4]孫占全，李海濱，張旭，等.基于遺傳算法的圓柱齒輪傳動模糊可靠性優(yōu)化設計[A].2011年中國機械工程學會年會暨第九屆全國特種加工學術年會論文集[C].2011（10）.

[5]劉羽.模糊可靠性優(yōu)化方法在錐齒輪傳動設計中的應用[A].全國機械可靠性技術學術交流會暨第四屆可靠性工程分會成立大會論文集[C].2009（7）.