實現機械工程的可靠性優化設計

李昊 董永杰

摘 要：伴隨著科學技術的快速發展，機械工程設計已經得到了很大進步，并形成了一個十分復雜的專業領域。由于當前機械產品品種多樣，而且任何產品都需要保證可靠性，所以必須加強機械工程的可靠性設計。雖然機械工程可靠性的設計方法有很多，但是每種方法都有優缺點，在實際設計的過程中，應該根據具體的設計需要選擇最佳的設計方法，保證不斷優化機械工程的可靠性設計。

關鍵詞：機械工程;機械產品;設計方法;可靠性優化設計

當今社會，科學技術飛速發展，人們不僅對多功能產品有強烈的需求，也需要多功能產品可以實現其應具備的功能。產品的可靠性優化設計是以產品功能的可靠性使用為目的而應運而生的產物，從產生開始到現在，已經得到了迅速的發展與廣泛地使用[1]。在進行機械工程的產品設計時，將可靠性理論與技術應用于其中，并根據需要與可能，將產品的可靠性使用作為優先考慮的設計準則;在滿足時間、費用及性能的基礎上，讓設計出的機械工程產品符合可靠性的要求?？煽啃缘脑O計問題在涉及傳統的設計技術的同時，也與價值工程、系統工程、環境工程及質量控制工程等有著密切的關系。因此，可靠性設計是多學科與多技術相互交叉融合的一種新興技術。

1 關于可靠性設計

要想對該設計技術有一定的掌握，第一要明白的就是何為可靠性。具體的說，它是指產品在要求的背景下，完成其特定功效的水平。此處講到的產品是指的研究和測試中的所有的零件或是體系或是裝置等等。在設計的時候，應用可靠性的理論和技術、根據需要和可能、優先考慮可靠性要求。在合乎性能以及時間等的背景下，確保設計得到的產品有著較高的可靠性規定，即我們此處講到的可靠性設計。它不單單牽扯到平時我們應用的設計內容，同時還和體系工程以及品質控制科技等等內容有著非常緊密的關聯。所以，其實一個綜合性的技術。其不單單用到設計步驟中，還用到產品生產以及測試等等的多個步驟里。目前該項技術被大量的應用到工業活動中。

1.1 關于可靠性

從最初開始探索到至今差不多用了六十多年的時間。通過分析它的發展步驟可以將其概括為三個階段。

1.1.1 初期研究階段（20 世紀 30～40 年代）：二次世界大戰爆發后，美國參戰的飛機、軍艦等重要軍事裝備常因故障貽誤戰機，為此軍事裝備的可靠性問題逐漸引起了人們的關注，開始著手研究如何避免和減少這些“意外”事故的發生并最早提出了產品的定量可靠性問題。接著美國、德國的專家針對飛機、V-Ⅱ火箭誘導裝置的可靠性又提出了相應的指標。1942 年美國麻省理工學院的一個研究室對真空管的可靠性進行了相當深入的研究。所有這些都表明可靠性研究已進入了定量研究的初期階段。

1.1.2 形成發展階段（20 世紀 50～60 年代）：在這個階段，國際上的一些經濟發展速率較快的國家，比如美蘇等都積極的開始了可靠性方面的研究工作，而且獲取了非常顯著的成就，大體上明確了該項探索工作的理論基礎以及探索趨勢，由此而使得該項研究工作發展到一個全新的時期。這一時期，研究范圍不斷擴大，從電子產品擴展到機械產品，從軍工產品擴展到民用產品，可靠性技術進一步完善，理論研究不斷深入，為可靠性設計技術的進一步國際化奠定了基礎。

1.1.3 國際化階段（20 世紀 70 年代后）：隨著可靠性技術的不斷發展和廣泛應用，其優越性越來越受到世界各國的高度重視，并相繼投入了大量的人力物力開展這項研究工作。各種國際學術會議的召開、國際可靠性和可維護性技術委員會的成立，標志著可靠性設計技術已經進入了國際化時代。

1.2 關于我國在該方面的探索狀況簡述

該項探索活動在我們國家開始的比較晚，一直到上個世紀末期的時候才開始快速的發展，一些領域還專門的設置了研究組織，不斷的培養人才。不過從總的發展態勢來看，目前的理論方面的知識比較充足，但是具體的應用卻是少之又少，和一些發達國家比對來看還是有距離的。

2 關于可靠性設計的發展方向

可靠性存在于產品的整個使用階段，如今的該項設計主要是用到產品最初設計以及后續生產和隨后的維護等層面中。

2.1 機械產品的設計

該項設計涵蓋了整機以及部件兩類設計。對于前者來講，可以把它當成是一個總的體系來設計，其方式有如下的兩個類型。首先是結合部件的穩定性預測內容，分析體系的穩定性指標，即我們講到的可靠性預測，只有結局合乎指標的規定就行，假如無法合乎規定的話就要按照第二類措施來開展工作。這種措施是對零件進行分配，也就是說把體系指標均攤到所有的零件上，可靠性分配方法主要有等分配法、再分配法、比例分配法和綜合評分分配法四種。在設計的時候，要使用標準件，通常的零件可以按照類比措施來設計，關鍵的部件則要按照概率措施來設計。要對可靠性多次的評審，一直到其合乎規定才可以。除此之外，還應該開展人機體系設計工作。

2.2 生產過程中的可靠性設計

該時期的設計是確保產品品質優秀的重點，除了要選取穩定性優秀的設備之外，還要注重方案以及步驟的設計工作。工藝步驟本身就可被看成是一個體系，所有的方案工序都可被當成是一個小的體系。在進行這些小體系的設計的時候要全方位的分析到機械以及工藝物質和工作者的素養等等方面的要素，明確出可靠性指標，進而結合體系間的關聯得到預測可靠度（如自動線、流水線等的設計）。

2.3 使用維修的可靠性設計

產品以可靠性為中心維修應采用邏輯分析決斷法，科學地制定維修內容和優選維修方式，合理確定使用期，以控制機械設備使用的可靠性。機械產品的可維修性與可靠性一樣，其是機械設備本身的一個可靠性指標。在對產品進行可靠性設計時就要考慮其維修性，使設計的產品在使用過程中做到故障易發現、易檢查、易修復，力求防患于未然。對產品進行維修性設計時要以最低的費用來維護和提高設備的可靠性水平，盡量減少排除故障所用的維修時間。因此，要在可靠性理論的基礎上制定合理、經濟的維修規則，采用先進的故障診斷技術和合理的維修方式（如視情維修方法、監控事后維修方法），使用標準的維修工具及設備，提高維修人員的技術水平，使機械維修工作進一步走向科學化和現代化。

3 結束語

隨著機械工程前沿技術的發展以及光伏系統的日趨多樣化，在不遠的未來，更多其他前沿技術的應用也必將極大促進該領域的發展帶來革命性的變化。機械工程智能化發展對于國民生產、生活以及我國國民經濟的發展等方面都具有重大意義，但影響機械工程智能化發展的因素復雜，改善措施多樣。我們都知道，在之前使用的一般的設計方法中，沒有認真的分析到可靠性內容，所以它們是不能夠精準的體現產品本身的運作狀態的。文章中講述的這個可靠性的設計措施在設置的時候沒有將成本以及規模等要素放到設計內容中。對于一些設計，假如只是使用優化方法或是僅僅的使用文章講述的該項設計措施的話，都是無法獲取完美的設計意義的，因此要想獲取較好的效果就要將兩個措施有效的融合統一到一起，只有這樣才可以彌補本身的缺陷。由于機械產品如今不斷的朝著大規模，繁瑣化的方向發展，此時的可靠性優化設計方法在機械工程產品設計中的應用將會越來越廣泛。

參考文獻

[1]天津工程機械研究所.國外機械工業基本情況[M].北京：機械工業出版社，1990.

[2]萬耀青，等.機電工程現代設計方法[M].北京：北京理工大學出版社，1994.