機械可靠性設計的內涵與發展

鄒騰

摘 要：文章通過對機械的可靠性設計內涵以及可靠性技術的流程簡要闡述，對機械可靠性發展的國內外現狀進行分析，并對其可靠性發展進行探討。

關鍵詞：機械可靠性；內涵；發展

引言

機械的可靠性是通過設計、制造、檢驗等各個步驟共同決定的，每一環節的工作細節都會對機械的可靠性造成一定的影響，只有在確保各環節正常運作的前提下，才能保證制造出來的機械具有可靠性。可靠性設計是機械可靠性的前提、基礎，所以機械的設計環節是保證機械可靠性的重要前提。可靠性設計過程中，除了采用傳統技術，還用到了各種分析預測的手段，以保證可靠性設計的質量。隨著現代科技水平的不斷提高，可靠性設計也正在進軍電子領域。在應用可靠性理論設計產品時，應選用合理的設計方法。

1 機械可靠性內涵

機械的可靠性是指機械產品在規定的使用條件下，在一定時間內能夠使使用效果達到預期的效果。但是由于工程材料的特性以及工程測量、事后加工、安裝誤差等因素影響，使設計出的機械成品的使用能力具有不確定性，這種隨機性的因素對機械可靠性的影響極為重要。可靠性技術理論起源于20世紀20年代，應用于20世紀40年代，最早是應用在二戰末德國V-Ⅱ火箭的誘導裝置上，參加研究的人員提出了利用概率乘積法則，將一個系統的可靠度看成該系統的子系統可靠度乘積的理念，而這也是機械可靠性理論的雛形。可靠性的快速發展是在《結構的安全度》一文發表后開始的，自從該文發表以來，結構可靠性在學術界引起了諸多專業人士的重視。

隨著科技的不斷進步，現代技術的發展對于機械質量的要求越來越高，產品的可靠性成為世界工業領域關注的重點。可靠性的衡量標準是可靠度，在距離可靠性理論提出近半個世紀的今天，可靠性技術已有了很大程度上的提高，諸多電子產品的可靠性已經比較成熟，而機械產品的可靠性設計還有待提高。近幾年，我國已經開始關注機械可靠性的發展問題，并取得了一定的成績，但是由于可靠性涵蓋面太廣、基礎數據很缺乏等問題，導致我國機械的可靠性設計應用并不成熟。

機械可靠性是一門邊緣性的學科，涵蓋面廣，涉及的領域多，可將多門學科的知識緊密結合，融會貫通，形成一門全新的設計方法。考慮到實用性等問題，機械可靠性的設計方法更接近傳統設計模式，這種方法的運用能明顯地提高機械運行的經濟效益，對于我國機械設備的質量提高具有重要作用。

2 國內外機械可靠性設計發展

2.1 國內發展現狀

我國對可靠性理論的研究開始于上個世紀60年代，但是多數精力放在對電子產品的可靠性研究方面，對于機械可靠性研究起步較晚直到80年代才開始發展。機械可靠性在我國開始發展以后，相繼成立了多個可靠性研究協會，制定了相關標準與制度，并取得一定的成績。

我國研究機械可靠性的相關人員先后提出了一些觀點，如趙國藩等建立了廣義隨機空間的概念，分析隨機變量相關性的結構可靠度，擴大了現有可靠度計算方法的適用范圍，還研究了使用原始空間來分析可靠性，由于這種方法自身的特點，適用于隨機變量的概率分布函數不存在顯式時可靠度的計算。此后又同李云貴提出了4階矩法來計算可靠度，這種算法的提出提高了可靠度計算的精確度。

總體而言，可靠度的設計理論多，但是實際運用少，部分研究成果運用的實際效果不佳，與外國取得的成果投入使用水平有較大差距。由于我國機械設計技術本身與外國存在差距，造成了目前我國可靠性研究滯后的現狀。

2.2 國外發展現狀

美國是可靠性研究起步較早的國家之一，其對機械可靠性的研究也處于領先地位。美國亞利桑那大學教授對機械零件可靠性概率設計方法有深入研究，并對機械故障的設計、監測、故障進行研究，對于美國的可靠性數據收集和分析做出了巨大貢獻，并通過總結研究成果，編制可靠性設計手冊。這些手冊和指南的編訂對于其國家研究可靠性設計方案發揮了巨大作用。

日本可靠性設計研究的體系引自美國，但是由于后來日本對可靠性的深入研究，形成了一套與美國完全不同的可靠性研究體系。日本對于機械可靠性的研究重視實際用途，通過現有技術，分析相關理論，并通過不斷的實地實驗，對存在的問題進行分析與改進，不斷地改進可靠性研究設計方案，使得可靠性的實用性得到很大的提升。在工程應用方面，重視可靠性試驗與故障診斷等，并善于從失效產品中總結經驗。

前蘇聯的可靠性理論吸取了美國的部分優點，雖然不及美國可靠性理論體系詳細，卻也彌補了美國的不足之處，加上前蘇聯對于可靠性研究的重視，其可靠性在當時就得到突飛猛進的發展。前蘇聯重視機械產品可靠性和壽命，將其作為科技發展規劃的重點之一，并發布了一系列國家可靠性標準。相關人員認為可靠性技術的主要內容是預測，并在預測規定的條件下使用產品，其可靠性研究的方向主要有兩個，一是靠數學統計和方法和使用信息的統計技術進行處理技術，還要保證復雜系統的可靠性技術；二是適用于機械制造行業，使用多方面的設計技術，以此保證可靠性的工藝發展。

英國對于可靠性的研究，成立了可靠性研究小組，并總結匯編了可靠性指南，從失效模式、使用環境、實驗難度等多個方面說明了可靠性應用的重點，提出可靠性評估方法。其重視可靠性試驗的數據收集，通過歐洲委員會的支持，成立了歐洲可靠性數據庫協會，其數據豐富，協作網遍及歐洲各國。

3 機械可靠性設計的一般流程

眾所周知，可靠性是衡量產品質量的指標，隨著人們對于產品質量的要求越來越高，我國對于可靠性研究越來越重視。近年來，機械可靠性受到工程技術人員的重視。實踐證明，機械可靠性存在于設計、制造和使用三個階段。設計水平決定了產品的可靠性水平，制造和使用是體現產品的可靠性。可靠性設計的流程為：先要進行產品定義，分析收集相似產品的相關技術，擬定載荷譜以及載荷條件，明確維修方案及維修、保障要求等，可靠性定量要求，初步設計，詳細設計，產品耐久性預計，設計綜合檢查，設計結果輸出。

可靠性設計的各個環節環環相扣，任何一個環節出現問題都會影響機械可靠性。只有環環緊扣，才能保證設計出的產品的可靠性。

4 結束語

目前，我國的可靠性設計技術已經越來越受到各行各業的廣泛關注，機械可靠性設計技術也在不斷更新換代。從整體來看，目前我國機械可靠性研究還不成熟，投入實際應用的作用不大，與外國發達國家差異明顯。另一方面，可靠性能使機械產品的性能與預測更接近，提高安全性與經濟性，希望通過作者在文中的討論，讀者們能對目前我國機械可靠性的不足與優點有所認識，也期待我國機械可靠性技術能有更大的發展。

參考文獻

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