機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全可靠性分析

孫垂?jié)?/p>

（濰坊市應(yīng)急救援指揮中心，山東濰坊 261061）

在各類產(chǎn)品與機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，大眾一直應(yīng)用可靠性設(shè)計(jì)，對(duì)不同產(chǎn)品與機(jī)械安全、可靠性設(shè)計(jì)加以分析。但是，在最初安全、可靠性分析過程中，并沒有全面評(píng)價(jià)規(guī)范，為可靠性、提供理論依據(jù)。傳統(tǒng)可靠性分析，難以真正地實(shí)現(xiàn)“可靠性”。由傳統(tǒng)安全、可靠性分析，逐漸過渡為非概率可靠性，最終到當(dāng)前混合可靠分析。此種可靠性分析，所包含因素諸多，并在發(fā)展中逐步完善，被廣泛應(yīng)用于當(dāng)前機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，更是影響機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量主要因素。因此，應(yīng)給予這一問題充分重視，并做好研究工作。

1 可靠性的基本概論

對(duì)當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)工作加以分析，在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要建立在可靠性設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，并在具體設(shè)計(jì)工作中，結(jié)合數(shù)學(xué)模型，在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建相應(yīng)功能好函數(shù)。并在功能性函數(shù)構(gòu)建完成后，結(jié)合傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)化當(dāng)前設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)與理論，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主動(dòng)結(jié)合靈敏度以及各項(xiàng)參數(shù)，構(gòu)建變量參數(shù)公式。只有在機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，給予上述工作充分重視，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行機(jī)械零部件外形、尺寸設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)不同設(shè)計(jì)參數(shù)，能夠得到機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)使用期限。而借助功能函數(shù)模型，得到設(shè)計(jì)最優(yōu)值，有利于求得機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全、可靠性參數(shù)，能直接進(jìn)行零部件生產(chǎn)，提升機(jī)械零部件生產(chǎn)效率。應(yīng)用此種方式，做好機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，不僅能提升生產(chǎn)效率，更能提高生產(chǎn)安全性，此種設(shè)計(jì)方式，已經(jīng)被應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，如汽車、飛機(jī)與航空好航天事業(yè)，取得顯著成果。

2 機(jī)械安全可靠性與工作主要特征

2.1 機(jī)械可靠性特征

對(duì)當(dāng)前機(jī)械運(yùn)行加以分析，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，一旦在運(yùn)行過程中，受到機(jī)械結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定影響，很容易出現(xiàn)多種事故問題，并對(duì)企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。嚴(yán)重時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，甚至?xí)?dǎo)致安全事故出現(xiàn)，不利于維護(hù)企業(yè)穩(wěn)定運(yùn)行，為大眾構(gòu)建良好環(huán)境。但是，在實(shí)際機(jī)械運(yùn)行過程中，由于機(jī)械零件使用時(shí)間較長(zhǎng)，且在使用過程中，極易遇到摩擦與損耗等問題，因此，在企業(yè)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行過程中，一定要確保機(jī)械整體運(yùn)行穩(wěn)定性，并從源頭處理好這一問題，做好機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。高度重視機(jī)械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，對(duì)機(jī)械進(jìn)行分析。機(jī)械由多種零部件組合而來(lái)，這些部件中，含有多種非標(biāo)準(zhǔn)零部件。非標(biāo)準(zhǔn)零部件實(shí)效統(tǒng)計(jì)值相對(duì)分散，不僅增大統(tǒng)計(jì)難度，更在一定程度上影響機(jī)械產(chǎn)品穩(wěn)定性，難以進(jìn)行可靠分析與統(tǒng)計(jì)。所以，在分析機(jī)械可靠性時(shí)，一定要結(jié)合實(shí)際情況，并做好失效部分統(tǒng)計(jì)工作，從而得到近似結(jié)果。

2.2 機(jī)械可靠性工作特征

要想對(duì)當(dāng)前機(jī)械零件結(jié)構(gòu)安全、可靠性加以分析，在實(shí)際機(jī)械零部件設(shè)計(jì)工作中，一定要對(duì)零部件各部分可靠性加以研究，并在可靠性研究過程中，合理應(yīng)用失效模式并結(jié)合相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，得到更為精準(zhǔn)可靠性設(shè)計(jì)與結(jié)論，從而將這些結(jié)構(gòu)與經(jīng)驗(yàn)提供給機(jī)械零部件設(shè)計(jì)部分。要想進(jìn)一步提升機(jī)械安全、可靠性設(shè)計(jì)能力，避免在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中出現(xiàn)失效問題。

（1）應(yīng)針對(duì)失效模式進(jìn)行分析與研究，并在可靠性工作研究過程中，對(duì)機(jī)械關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分重視，做好關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)工作。

（2）應(yīng)結(jié)合不同機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)要點(diǎn)與操作點(diǎn)，根據(jù)不同機(jī)械產(chǎn)品特征，制定出機(jī)械具體維修說(shuō)明，使機(jī)械結(jié)構(gòu)維修得到保障。

3 機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性設(shè)計(jì)分析

3.1 安全、可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

對(duì)機(jī)械零部件安全、可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以分析，在這一設(shè)計(jì)過程中優(yōu)化，在原本設(shè)計(jì)方式與環(huán)境中，對(duì)現(xiàn)行機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性設(shè)計(jì)加以優(yōu)化，調(diào)整機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)。只有這樣，才能使機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為高質(zhì)、高效完成。在當(dāng)前機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性設(shè)計(jì)工作中，要想進(jìn)一步做好優(yōu)化工作，勢(shì)必要結(jié)合機(jī)械零部件設(shè)計(jì)要求，分析機(jī)械零部件強(qiáng)度、剛度，并根據(jù)現(xiàn)有參數(shù)，將各項(xiàng)參數(shù)輸入到功能性函數(shù)模型中，并做好計(jì)算工作。此外，應(yīng)結(jié)合功能性函數(shù)得到的計(jì)算結(jié)果，將優(yōu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入，并將多次輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與對(duì)比，最終確定更為精準(zhǔn)優(yōu)化參數(shù)，做好機(jī)械零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

3.2 安全、可靠性靈敏度設(shè)計(jì)分析

要想進(jìn)一步提升機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)機(jī)械產(chǎn)品使用期限，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械零部件靈敏度設(shè)計(jì)。對(duì)機(jī)械靈敏度設(shè)計(jì)深入研究中，應(yīng)結(jié)合不同靈敏度參數(shù)，計(jì)算出機(jī)械零部件失效影響數(shù)值，并在計(jì)算完成后，找到影響機(jī)械安全、可靠性較大靈敏度數(shù)值。得到較大的影響值后，結(jié)合靈敏度變量，做好全新評(píng)估與設(shè)計(jì)工作，從而做好機(jī)械安全、可靠性設(shè)計(jì)調(diào)整工作。為了防止機(jī)械零部件運(yùn)行過程中受到內(nèi)外因素影響，因此，在當(dāng)前機(jī)械零部件設(shè)計(jì)具體工作中，一定要結(jié)合機(jī)械零部件靈敏度公式，計(jì)算出機(jī)械零部件最佳數(shù)值，結(jié)合機(jī)械零部件靈敏度最佳數(shù)值，計(jì)算出最佳機(jī)械產(chǎn)品，最大限度地提升機(jī)械靈敏度，降低其他因素對(duì)機(jī)械產(chǎn)品安全、可靠性帶來(lái)的影響，使機(jī)械零部件設(shè)計(jì)工作得到保障。

3.3 安全、可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)分析

更為安全、可靠性的穩(wěn)健設(shè)計(jì)，不僅能降低外在因素對(duì)機(jī)械零部件帶來(lái)的影響，更能減少機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，維護(hù)各類機(jī)械安全、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在當(dāng)前機(jī)械零件設(shè)計(jì)工作中，一定要做好穩(wěn)健設(shè)計(jì)工作，并對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)工作進(jìn)行分析與優(yōu)化。只有這樣，才能最大限度降低意外率，維護(hù)機(jī)械穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。就機(jī)械本身運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，受到多種因素影響，極易出現(xiàn)故障問題。要想維護(hù)機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，一定要優(yōu)化機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計(jì)，確保機(jī)械零部件保持穩(wěn)健狀態(tài)，最大限度避免外在因素，對(duì)機(jī)械運(yùn)行帶來(lái)的影響，使機(jī)械性能得到最大發(fā)揮。

3.4 安全、可靠性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析

在機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)零部件結(jié)構(gòu)整體分析，并借助實(shí)驗(yàn)方式深入研究機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)。只有這樣，才能最大限度保障機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免機(jī)械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不安全、不可靠問題。因此，在實(shí)際機(jī)械安全、可靠性實(shí)驗(yàn)工作中，需要收集多種數(shù)據(jù)，并在這一過程中，采集不同數(shù)據(jù)，對(duì)不同數(shù)據(jù)下的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。與此同時(shí)，應(yīng)結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品各項(xiàng)數(shù)據(jù)，不斷尋找產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在的不足之處，并針對(duì)問題，維護(hù)與保養(yǎng)機(jī)械產(chǎn)品零部件。只有借助實(shí)驗(yàn)方式，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)安全、可靠性進(jìn)行分析與研究，才能不斷延長(zhǎng)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品使用期限，使機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。此外，如果在機(jī)械產(chǎn)品安全、可靠性實(shí)驗(yàn)分析中，出現(xiàn)故障問題，應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)存在的故障現(xiàn)象進(jìn)行全面分析，并做好研究工作，針對(duì)不同故障問題進(jìn)行研究，找到出現(xiàn)故障的根源。在找到機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)故障根源后，應(yīng)制定科學(xué)、有效處理方式。如果處理方式不正確，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)安全、可靠性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更改。實(shí)驗(yàn)更改影響較小，但是，對(duì)機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響較大，不僅需要重新設(shè)計(jì)機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)，甚至?xí)霈F(xiàn)資金與資源浪費(fèi)問題。為了提升機(jī)械安全、可靠性設(shè)計(jì)，可以先進(jìn)性模擬實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中，將機(jī)械參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)，確保機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作具有合理性，更好地應(yīng)用機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資金與資源。

4 機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性分析方式

4.1 響應(yīng)面法安全、可靠性分析

在機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性分析方式中，主要應(yīng)用概率分析方式。雖然，此種分析方式相對(duì)傳統(tǒng)，但是，其分析結(jié)果較為精準(zhǔn)，具有較高應(yīng)用價(jià)值。對(duì)概率分析方式進(jìn)行研究，概率分析方式。

（1）為響應(yīng)面分析方式。在此種分析方式中，主要應(yīng)用近似函數(shù)或是數(shù)函數(shù)不斷交換。例如，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)以機(jī)械某一結(jié)構(gòu)為例，并在機(jī)械結(jié)構(gòu)選定完成后，借助曲面方式將機(jī)械結(jié)構(gòu)加以呈現(xiàn)，并得到精準(zhǔn)機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

（2）這一結(jié)果能夠在功能性函數(shù)中進(jìn)行計(jì)算，基本上能夠保障此種安全、可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式無(wú)誤。為進(jìn)一步提升響應(yīng)面法結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確度，最大限度降低待定系數(shù)，提升計(jì)算速度，可以結(jié)合機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，選擇更適合函數(shù)公式。

4.2 蒙卡洛法安全、可靠性分析

研究蒙卡洛法分析方式，需要借助計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并收集模擬實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。軟件計(jì)算方式，其可靠程度更高，降低了人工計(jì)算帶來(lái)的誤差。因此，完成蒙卡洛法模擬實(shí)驗(yàn)后，整理可靠數(shù)值。此種分析方式結(jié)果精準(zhǔn)度，會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)次數(shù)增加不斷提升，此種分析方式結(jié)果較為精準(zhǔn)，分析過程較為便捷，有利于得到精準(zhǔn)機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)參數(shù)，確保機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作更為順利。

4.3 一次二階矩法安全、可靠性分析

一次二階矩法安全、可靠分析方式，相對(duì)于前兩種方式更為實(shí)用且簡(jiǎn)單。對(duì)一次二階矩分析方式分析，，主要應(yīng)用兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，一項(xiàng)數(shù)據(jù)為一節(jié)變量矩；另一項(xiàng)數(shù)據(jù)為二階矩。根據(jù)上述兩項(xiàng)數(shù)據(jù)，能夠構(gòu)建機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)函數(shù)，并得到更為精準(zhǔn)數(shù)據(jù)結(jié)果。此外，在應(yīng)用此類分析方式中，還應(yīng)借助其他兩種輔助方式，在不斷配合中，得到更為精準(zhǔn)正態(tài)分布方式，最終對(duì)函數(shù)類型或是函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到更為科學(xué)機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，提升機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)安全性與可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

要想提升機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行能力，一定要重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，并在零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中，充分考量機(jī)械結(jié)構(gòu)安全性與穩(wěn)定性，并以此為基礎(chǔ)，合理采用分析方式，不斷完善國(guó)內(nèi)機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式與精準(zhǔn)度。只有這樣，才能最大限度降低機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)運(yùn)行故障，維護(hù)機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，推動(dòng)工業(yè)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。