機電一體化產品的可靠性設計分析

摘要：機電一體化產品由于其復雜性和重要性，其可靠性問題越來越受到關注。可靠性設計作為一種現代化的設計手段，將其應用在機電一體化產品的設計中，能夠保證機電系統獲得較高的可靠度。文章首先介紹了可靠性的概念和可靠性的評價指標，然后從可靠性預計和可靠性分配兩個方面對可靠性設計進行了詳細的

介紹。

關鍵詞：機電一體化；可靠性；預計分配

中圖分類號：TH239 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0012-02

1 概述

隨著我國市場化經濟的發展和技術水平的不斷提高，機電一體化產品在我國各個行業、各個領域的應用范圍越來越廣泛，機電一體化的產品結構越來越復雜，其使用條件和應用的環境也更加嚴格，由此產生的產品可靠性問題必然增多。可靠性是衡量產品質量的一項重要指標，早在20世紀50年代，國外就興起了對技術可靠性的廣泛研究。

可靠性是產品或系統的重要指標屬性，要提高系統的使用壽命、應用的穩定、計算的準確，降低長期使用的損耗費用，產品質量的時間起到關鍵作用。可靠性分析，目前已經成為產品安全性預測、質量保障及維修計劃制定等工作不可或缺的手段。尤其是在現代生活中，不論是復雜的飛機，還是日常生活中簡單的計算機等，都是應用大量復雜的機電一體化產品與系統的典型代表，與此同時，可靠性工程應用其中，并取得了成功。

2 可靠性

機電一體化產品的可靠性是利用時間作為標準對產品質量指標進行描述，機電產品在規定的條件和時間內完成規定功能的能力。它包含五個要素，分別是：對象、規定的工作時間、規定的工作條件、正常運行的功能以及

概率。

機電一體化產品的可靠性研究對象既包括系統，也包括各種單元、組件、零部件等。“規定的工作條件”一般包括：環境條件、動力條件、負載條件以及使用和維護條件。“規定的工作時間”一般指產品的全壽命周期。正常運行的功能是指機電一體化產品完成任務的各參量。而概率是可靠性的數值表征。

可靠性指標是產品可靠性的量化標尺，是進行可靠性分析的依據。可靠度、失效率、平均壽命、平均維修時間等函數都是機電一體化產品常用的可靠性指標。在不同的工作條件下，對于不同的機電系統，應采用不同的可靠性指標來進行可靠性設計。

3 可靠性設計

機電產品的可靠性是設計出來、生產出來的。可靠性設計是一種預先考慮產品或系統可靠性的設計方法，運用可靠性設計可以實現在完成預定功能的前提下，使性能、重量、成本、壽命等各方面相互平衡，設計出可靠性高的產品的目的。其任務就是確定產品質量指標的變化規律，并在其基礎上確定如何以最少的費用來保證應有的工作壽命和可靠度，建立最優的方案，實現產品的設計需求。設計人員必須明確可靠性設計的目的并掌握可靠性設計的方法，因為可靠性設計是機電一體化產品設計中最重要的一環，可靠性設計與機電產品的功能設計同步進行也是必要的。可靠性設計主要包括可靠性預計和可靠性分配兩

部分。

3.1 可靠性預計

可靠性預計是為了估計產品在給定工作條件下的可靠性進行的工作，以以往的工程經驗、故障數據、當前技術水平、元器件的失效率等為依據，預計產品實際可能達到的可靠度。可靠性預計包括可靠性分析和可靠性預測兩個過程。

可靠性分析就是依據機電一體化產品各個組成單元的具體功能特性，繪制反映其物理關系的功能框圖。然后根據功能圖，進行可靠性建模，分別是繪制能夠反映其邏輯關系的可靠性框圖和建立可靠性數學模型。機電一體化產品的可靠性與組成它的各個單元的可靠性之間的定量關系是可靠性數學模型反映的內容。產品系統彼此組合起來的形式和各組成單元本身的可靠性是產品系統的可靠性的兩個決定性因素，也就是在邏輯圖中各個單元之間的連接

方式。

完成可靠性數學建模，把機電系統的可靠性特征量表示成各部分可靠性特征量的函數，再根據已知的各部分的可靠性指標數據計算出系統的可靠性，進行可靠性預測。通過可靠性預測，能實現對機電一體化產品各單元的現有元器件水平和使用條件下能達到的可靠性指標的客觀認識，又能找到系統的可靠性薄弱環節，從而提出對設計方案的修改意見，最后再進行實施。在一般情況下，最終形成一個機電一體化系統，需要進行若干次可靠性預測，并且預測越早越好。

3.2 可靠性分配

技術可靠性分配是技術可靠性設計的基礎，也是系統可靠性設計的重要任務之一。可靠性分配是為了使復雜問題的處理得以簡化并便于檢驗，把系統的可靠性指標按照一定的方法合理地分配給系統、單元、零部件的全過程。它是一個分解的過程：由一個整體到局部、由大到小、由上到下，也是系統可靠性預計與分配貫穿整個設計的過程，而且系統設計初期的可靠性預計與分配對系統可靠性有著十分重要的影響。

4 結語

社會各個領域越來越廣泛地應用機電一體化產品，機電一體化產品的可靠性問題逐漸受到各方的關注。本文以可靠性為出發點，詳細介紹了機電一體化產品的可靠性設計過程，為使用者提供參考，起到提高機電產品可靠性和質量的作用，達到增加機電一體化產品的社會效益、經濟效益的目的。

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作者簡介：王曉燕（1985—），女，河北唐山人，供職于灤南中興電力服務有限公司。