機械系統可靠性研究

摘要 機械的使用過程，同時也是使用維修方法適應機械結構的過程，而機械的設計過程，又應該是使機械去適應使用與維修條件的過程，兩者是相互依存，相互統一的。機械可靠性雖是設計出來的，制造出來的，管理出來的，但使用對機械可靠性具有巨大的反饋作用。本文從機械系統的特點分析入手，對機械可靠性的研究中存在的問題及研究的目的和意義進行了詳細的分析為機械使用可靠性的研究奠定了必要的理論基礎。

關鍵詞 機械系統 可靠性

一、機械系統的特點及對可靠性的要求

可靠性研究最初是從四十年代研究電子產品故障開始的。經過四十多年的發展，電子產品可靠性技術體系已經比較完善和成熟，工程經驗和數據資源比較豐富，電子產品的可靠性水平已有了很大提高。但隨著系統的復雜程度和可靠性要求的日益提高，機械產品的可靠性問題越來越突出，特別是航空產品和軍用裝備，機械可靠性已成為全系統可靠性的薄弱環節，因此必須對機械可靠性進行研究。復雜機械產品都屬于可修復人機系統，實際應用中其可靠性受環境條件、使用條件、維修方法和人的因素等的影響較大；同時，由于機械系統在故障理、模式、特性以及裝配聯接等方面不同于電子產品，導致機械產品可靠性具有以下特點：

1、機械產品種類多、功能復雜，各種設備都有其固有的要求，大多數零部件要分別進行設計，通用性差。在進行可靠性設計或可靠性預計時，往往沒有現成的可靠性數據可以利用，而必須通過試驗才能得到。

2、機械零件的加工過程多，大多數零件是單件加工，零件的質量因工藝過程、加工設備、操作者的技能等因素的變化而異，這勢必給統計零件的故障率帶來嚴重的困難。缺少“相似”設備，可靠性預計缺乏可借鑒的相似數據。

3、在機械產品實際工作過程中，由于產品的載荷、溫度、壓力和系統的工作條件的經常變化造成其失效模式多種多樣，甚至同一種產品用在不同的地方所造成的失效模式也不同。因此，不能簡單地用一種數學模型來處理。

4、機械產品，尤其是航空機械產品，其結構復雜，環境條件和工作條件變化范圍大，在進行可靠性試驗時，很難模擬產品的實際使用情況對產品施加綜合應力。因此，通過場內試驗求得的可靠性指標與外場使用可靠性值差別很大。

5、機械產品的失效類型多種多樣，不能象電子產品那樣，一般假定為指數分布，在目前人員水平還比較低的情況下，要把試驗、使用數據處理成有用的數據，具有一定的困難。

6、變形、腐蝕、老化、磨損與疲勞構成了機械產品主要的失效機理，一般具有耗損特性。產品的這種失效機理是與產品的結構、材料、加工過程、工作條件和環境條件等綜合因素密切相關的，往往不容易采用簡單定量方法描述。

二、機械可靠性研究中存在的問題

現階段在研究系統可靠性方面存在許多問題，概括起來主要有下述幾點：傳統的可靠性方法與理論主要是研究硬件的，因此人們能夠準確地掌握有關系統硬件問題，而且已經形成了較為完善的、系統性較強的一整套的規范標準及技術方法，雖然這些成果通過對硬件的研究所取得的，并且這些研究成果還存在不完善不健全的地方，但是也已經過了幾十年的發展歷程，算是相對成熟了。硬件的控制與操作所作的程序與說明就是軟件，它有著和硬件根本不同的物理特性。軟件的可靠性、硬件的可靠性以及人的可靠性很大程度上都取決于環境。現階段，人們已經掌握了系統可靠性與環境的極端值之間的關系，但對于系統可靠性與環境變化率之間關系的研究還尚處于初級階段，還有待進一步研究。現階段，我國的可靠性基礎性工作尚未成熟，設計中所使用的指標過于抽象和綜合，使機械可靠性和實際情況發生脫節。為解決這一問題，我們應當強化基礎性的管理，充分考慮工程使用因素，走密切聯系工程實踐的可靠性道路。

三、研究機械使用可靠性的目的與意義

開展針對使用階段可靠性的研究工作，具有十分重要的意義：第一，雖然在機械的設計、生產階段就已經形成了機械的結構，但作為設計生產延續的使用階段才是重點，為提高機械的可靠性，減少故障的發生率，我們必須重視對試用階段可靠性的研究。第二，機械的使用、

維修條件是與其所處的環境密切相關的，而并非是一成不變的。我們只有通過對使用階段可靠性的研究，才能促進維修結構及周期的不斷優化。第三，機械設計中的不足是難以避免的。為提高機械的可靠性，我們必須重視機械的使用過程，強化對使用階段可靠性的研究。對機械使用階段的可靠性的研究意義深遠：首先，有利于科學測定機械使用階段的可靠性水平，以完成對機械設計可靠性的驗證；其次，有利于研究機械可靠性與使用方法與條件的關系，以便制定科學的使用標準；第三，有利于提高機械的利用率，延長機械的使用年限；最后，對機械使用階段的可靠性研究所獲取的數據能促進機械的改進。

（作者單位：遼東學院）

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