機(jī)械工程的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械工程設(shè)計(jì)已經(jīng)得到了很大進(jìn)步，并形成了一個(gè)十分復(fù)雜的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。由于當(dāng)前機(jī)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(qiáng)機(jī)械工程的可靠性設(shè)計(jì)。雖然機(jī)械工程可靠性的設(shè)計(jì)方法有很多，但是每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需要選擇最佳的設(shè)計(jì)方法，保證不斷優(yōu)化機(jī)械工程的可靠性設(shè)計(jì)。文章主要針對(duì)當(dāng)前我國(guó)機(jī)械工程的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)的具體方法進(jìn)行分析，希望能夠促進(jìn)我國(guó)機(jī)械工程的快速發(fā)展，同時(shí)也為相關(guān)人士提供一定的借鑒性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；機(jī)械產(chǎn)品；設(shè)計(jì)方法；可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

機(jī)械工程設(shè)計(jì)的可靠性直接關(guān)系到機(jī)械設(shè)備的整體質(zhì)量，所以必須不斷優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)，使機(jī)械工程的可靠性滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，為各行各業(yè)的使用提供保障。

1 機(jī)械工程可靠性設(shè)計(jì)的常用方法

1.1 概率設(shè)計(jì)法

這是一種應(yīng)用概率設(shè)計(jì)理論進(jìn)行機(jī)械零部件及構(gòu)件設(shè)計(jì)的方法，它的基本原理是將原材料性能、荷載、強(qiáng)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(jì)量，并以通用的廣義應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型作為基本運(yùn)算公式，然而運(yùn)用機(jī)械零部件傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)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(yīng)壽命。該方法的設(shè)計(jì)核心是將設(shè)計(jì)變量當(dāng)做隨機(jī)變量，并借助應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型來(lái)確保設(shè)計(jì)出來(lái)的零部件達(dá)到指定的可靠度指標(biāo)要求。這種設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)的以安全系數(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法相比，其具有以下優(yōu)越性：其一，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法通常都是取最小強(qiáng)度大于最大應(yīng)力的指標(biāo)，然而機(jī)械產(chǎn)品的強(qiáng)度和應(yīng)力卻并非固定不變的，所以這種設(shè)計(jì)在可靠度方面相對(duì)較差，而概率設(shè)計(jì)法則是以概率的分布來(lái)對(duì)零部件的應(yīng)力和強(qiáng)度進(jìn)行描述的，故此更貼合實(shí)際情況，可靠度也相對(duì)更高；其二，在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中并沒(méi)有與定量可靠度相關(guān)聯(lián)，致使設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品無(wú)法滿足定量可靠度要求，而概率設(shè)計(jì)法承認(rèn)所有設(shè)計(jì)的零部件都或多或少地存在一定的故障可能性，同時(shí)可以定量回答出故障的概率和可靠度；其三，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法很少經(jīng)過(guò)理論分析，多數(shù)時(shí)候憑借的都是經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，這種設(shè)計(jì)的主觀隨意性和盲目性相對(duì)較大，而概率設(shè)計(jì)法則是按照應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣能夠使原材料的固有性能獲得充分發(fā)揮，進(jìn)而達(dá)到更精確、更合理的設(shè)計(jì)目標(biāo)。采用概率設(shè)計(jì)法對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)必須具有大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和建模經(jīng)驗(yàn)，正因?yàn)榛A(chǔ)數(shù)據(jù)的缺乏，使得該方法的應(yīng)用并未獲得大范圍推廣普及，僅在極少數(shù)機(jī)械工程設(shè)計(jì)中有所應(yīng)用。

1.2 穩(wěn)健性設(shè)計(jì)法

由于機(jī)械設(shè)備會(huì)被應(yīng)用在各種環(huán)境下，做好產(chǎn)品穩(wěn)健性設(shè)計(jì)也是提高機(jī)械產(chǎn)品可靠性的重要方式。該種設(shè)計(jì)方法主要是保證在產(chǎn)品制造過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橥獠凯h(huán)境的變化而變得過(guò)于敏感，雖然設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)了變化但仍然能繼續(xù)工作。這種設(shè)計(jì)方法的基本原理是通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析來(lái)得出產(chǎn)品質(zhì)量可用性對(duì)用戶(hù)造成的損失，這種損失主要是通過(guò)產(chǎn)品功能性和產(chǎn)品目標(biāo)之間的比值來(lái)體現(xiàn)的，比值越大，那么用戶(hù)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(wèn)題。通過(guò)穩(wěn)健性設(shè)計(jì)能夠通過(guò)改善材料以及提高生產(chǎn)工藝來(lái)改善機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。不過(guò)任何設(shè)計(jì)方式都存在著缺陷，該種方法就存在著經(jīng)濟(jì)性差的缺陷，而且要求較高的技術(shù)水平。隨著科學(xué)技術(shù)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(jī)械產(chǎn)品，其可靠性自然就高。

1.3 降額設(shè)計(jì)法

所謂降額設(shè)計(jì)法指的就是在零部件生產(chǎn)的過(guò)程中通過(guò)降低其應(yīng)力或者是提高其整體強(qiáng)度來(lái)達(dá)到額定應(yīng)力的一種方法。零部件是機(jī)械設(shè)備中的基本構(gòu)成要素，其應(yīng)力大小直接關(guān)系到設(shè)備的使用有效性，通過(guò)大量的工程實(shí)踐證明，如果零部件能夠長(zhǎng)期在低于額定應(yīng)力的情況下工作，就能夠減少故障發(fā)生率，進(jìn)而提高設(shè)備的可靠性。不同的零部件額定應(yīng)力是不同的，所以需要通過(guò)大量的工程試驗(yàn)來(lái)獲得額定值。如果機(jī)械設(shè)備中的某些零部件長(zhǎng)期承受某個(gè)范圍內(nèi)的荷載應(yīng)力，并呈現(xiàn)出不確定分布的情況，那么就可以通過(guò)提高零部件的強(qiáng)度，降低額定應(yīng)力來(lái)提高設(shè)備的可靠性。

1.4 預(yù)防故障設(shè)計(jì)法

該方法主要是通過(guò)大量的工程實(shí)踐以及行業(yè)內(nèi)的相關(guān)信息，總結(jié)出機(jī)械設(shè)備可能出現(xiàn)的各種故障，并提前最好應(yīng)對(duì)措施，控制機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障的幾率，進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性。工作人員在長(zhǎng)期生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的過(guò)程中，往往會(huì)面臨各種故障問(wèn)題，通過(guò)總結(jié)這些經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范，運(yùn)用可靠性方法來(lái)做好機(jī)械產(chǎn)品故障預(yù)防設(shè)計(jì)工作。該種方法也是當(dāng)前保證機(jī)械產(chǎn)品可靠性的有效途徑之一。例如，為了提高某種機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，可以通過(guò)優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品中零部件的性能，在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到將來(lái)使用中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，以及產(chǎn)生這些問(wèn)題的原因，提前做好預(yù)防措施，同時(shí)根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品種類(lèi)以及用途的不同，設(shè)計(jì)出幾種方案，通過(guò)對(duì)比選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。

2 機(jī)械工程的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)研究

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用，提高了機(jī)械工程的可靠性，進(jìn)一步優(yōu)化了機(jī)械工程的設(shè)計(jì)工作。機(jī)械工程優(yōu)化設(shè)計(jì)作為一門(mén)新興學(xué)科，其主要目的就是通過(guò)減少生產(chǎn)消耗，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的最優(yōu)性能，最高可靠性，這也符合當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際需求。通過(guò)提高機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品中的任何一個(gè)零部件，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都達(dá)到協(xié)調(diào)狀態(tài)。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，選擇最為合適的設(shè)計(jì)方法。其實(shí)不斷優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品可靠性的設(shè)計(jì)方法就是希望能夠提供設(shè)計(jì)理論上的創(chuàng)新來(lái)提高機(jī)械產(chǎn)品的可靠性，使產(chǎn)品能夠滿足相關(guān)行業(yè)的需求。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)離不開(kāi)數(shù)學(xué)，把可靠性理論與數(shù)學(xué)知識(shí)相結(jié)合，也就是將設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置為隨機(jī)變量，并把機(jī)械產(chǎn)品可靠度作為目標(biāo)函數(shù)，從而獲得最合適的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。該種方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的不足，并能夠滿足當(dāng)前不斷變化的機(jī)械產(chǎn)品市場(chǎng)。此外，通過(guò)優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)還能夠提高機(jī)械產(chǎn)品的利用價(jià)值，延長(zhǎng)機(jī)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(yǔ)

通過(guò)對(duì)機(jī)械工程可靠性設(shè)計(jì)的優(yōu)化，能夠促進(jìn)機(jī)械工程設(shè)計(jì)工作的發(fā)展，并進(jìn)一步提高了機(jī)械設(shè)備的整體質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]陸榮，陸達(dá).摩擦換向抽油機(jī)中擺線針輪傳動(dòng)的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)[A].2011年全國(guó)機(jī)械行業(yè)可靠性技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)暨第四屆可靠性工程分會(huì)第三次全體委員大會(huì)論文集[C].2011（8）.

[2]覃嶺，謝君生，梁東城.液壓自動(dòng)車(chē)床V帶傳動(dòng)可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)[A].中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)傳動(dòng)分會(huì)2008年風(fēng)力發(fā)電論壇論文集[C].

2008（7）.

[3]李浩陽(yáng)，曹謝東.混合遺傳算法在機(jī)械零件性能可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[A].2009全國(guó)先進(jìn)制造裝備與機(jī)器人技術(shù)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(dòng)模糊可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)[A].2011年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì)暨第九屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2011（10）.

[5]劉羽.模糊可靠性?xún)?yōu)化方法在錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[A].全國(guó)機(jī)械可靠性技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)暨第四屆可靠性工程分會(huì)成立大會(huì)論文集[C].2009（7）.