机械可靠性与维修性的整合设计及在工程机械中的实践探索

摘 要：新的经济发展形势对工程机械的可用性提出了更高的要求，而机械产品的可靠性和维修性共同决定着产品的可用性。因此，对机械可靠性与维修性的整合设计进行研究具有非常重要的现实意义。本文通过对机械可靠性与维修性的整合设计及其在工程机械实践工作中的应用进行研究，提出工程机械可靠性与维修度整合设计的相关方法，以便从设计环节提高工程机械产品的可靠性和维修性，从而改善当前国内工程机械产品可靠性维修性较低这一现状，保证其在使用过程中的可用性。

关键词：工程机械 可靠性 维修性 整合设计

中图分类号：TH122-4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0078-01

随着科学技术的不断发展和经济水平的不断提高，工程机械在国民经济发展的地位越来越重要。在国民经济发展中地位的日益提高对工程机械的可靠性和维修性提出了更高的要求。而工程机械的可靠性和维修性作为其决定产品可用性的固有属性，在设计时就被赋予在机械产品上了。所以对机械可靠性与维修性整合优化设计方法进行研究，就是从设计环节保证工程机械的可用性，提高工程机械的质量，延长工程机械的使用寿命。[1]

1 可靠性与维修性设计

所谓产品的可靠性是指产品在一定的时间内和规定的使用条件下所能够完成规定功能的能力或者性质，其衡量标准是产品的可靠度。可靠度设计最初应用于军工方面，兴起于20世纪50年代的美国，于60年代进入全面发展阶段，80年代逐渐步入成熟阶段，可靠性设计系统开始形成，也开始从军工方面向其他方面的应用发展。

所谓产品的维修性是指产品于规定条件和时间内，依照规定程序及方法维修所能够保持或回复到规定状态的能力，其以维修度为其概率度量。维修性设计方法兴起于20世纪50年代后期，到60年代发展为定量度量，70年代发展到了故障自检测，80年代发展成了人工智能，主要应用于工作量大且费用高的军用电子设备维修方面。[2]

可靠性维修性设计主要包括可靠性分配、维修性分配、可靠性维修性分析等三大内容。可靠性分配的常用方法有等分配法、比例分配法和影响因素分析法；维修性分配传统方法为等值分配法、按故障率分配法、按结构相对复杂性分配法等。关于可靠性维修性分析，不同的产品需要用不同的分析方法，例如分析电子产品的可靠性维修性需要使用指数分布模型，机电产品的可靠性维修性设计则需要采用Wellbull分布模型。具体到机械产品，需要采用“应力—强度干涉模型”进行分析，这一模型的基本原理是机械部件危险断面的最小强度应大于等于最大的应力。当最小强度小于最大的应力，这一原理得不到满足，部件就会失效。

2 工程机械可靠性维修性整合设计方法及实践

工程机械的质量和性能很大程度上取决于工程机械设计环节中可靠性维修性的保证。可靠性设计能够保证机械产品故障较少并在其规定的使用时间内保持功能；维修性设计能够保证机械设备在出现故障时及时维修好甚至在故障出现之前便解决可能导致故障的隐患，从而保证机械产品维修的有效性。产品的可靠性与维修性紧密相联，而这两个性能的保证都需要通过工程机械可靠性维修性整合设计的根本任务，而工程机械可靠性维修性整合设计方法的实现和应用也将提高工程机械产品的可靠性和维修性。

2.1 机械产品可靠性维修性整合设计流程

可靠性、维修性整合设计流程应该是一个闭环系统，如果设计结果不能够满足设计要求，就必须通过多次的反馈程序不断地进行及时的设计目标和参数调整，直到设计结果与设计要求想协调，才可以进入下一个程序。设计流程主要包括产品方案设计、可靠性维修性优化分配、产品结构设计、可靠性维修性预估、与设计目标比较、产品实现、数据统计分析、产品可靠度维修度计算、可靠度维修度比较优化等多个环节，而预估、比较及优化便是这一包括多个程序的设计流程中的反馈环节。这些反馈环节的存在能够促使设计过程中各种参数不断进行调整和优化，从而保证设计结果满足设计要求，保证设计的质量达到预期的产品可靠度和维修度。[3]

2.2 机械产品可靠性维修性整合优化设计方法

从可修复系统的可用度方面来考虑，缩短修复时间可以提高设备的维修性，延长平均故障的出现周期可以提高机械设备的可靠性。一般来讲，机械设备的零部件可以分为可修复和不可修复两种。对于不可修复系统的机械系统，其性能只决定于机械产品的可靠度，对于可修复系统的可用度则由可靠性和维修性共同决定。可用度计算方法是：机械系统的可用度等于平均无故障时间除以平均无故障时间与平均修复时间之和，也等于修复率除以修复率与失修律之和。从其可修复系统的可用度计算方法来看，在设计的时候只需要缩短修复时间或者提高零部件的平均无故障时间就可以提高机械产品的可用度。

从产品寿命和使用费用的角度来讲，建立于全生命周期投资—— 效益准则的工程机械可靠性维修性整合设计模型将有效地保证所设计产品的性能。全生命周期投资—— 效益准则认为，如果产品的使用度得以保证，在产品使用周期内费用最低者效益最大。在产品设计环节，可以从产品全周期投资费用与产品可靠性维修性之间的关系进行考虑，并基于产品可靠性与维修性建立数学模型和函数关系。根据分析，得出产品可靠度、维修度与产品全生命周期费用的函数关系。在实际设计过程中，首先需要确定产品需要达到的可用度目标，然后基于全生命周期投资—— 效益准则建立起来的优化模型对可靠度及维修度进行优化，从而达到产品生命周期费用最低这一目标函数，达到最大的效益。[4]

3 结语

随着经济的不断发展和市场竞争的加剧，消费者对于工程机械系统的可靠性和维修性提出了更高的要求。而产品的可靠性和维修性主要取决于产品的设计环节。本文对机械可靠性和维修性整合设计及基于产品全生命周期投资—— 收益准则的工程机械可靠性维修性整合设计优化模型进行研究，旨在从设计环节保证产品的可用度，改善当前国内工程机械产品可靠性维修性较低的现状。

参考文献

[1]王军保.机械产品的可靠性设计思路探讨[J].城市建设理论研究，2012（13）.

[2]王玉玲.机械可靠性维修性优化设计方法及其在工程机械中的应用[D].山东大学，2007.

[3]陈云翔.可靠性与维修性工程[M].北京：国防工业出版社，2007（11）.

[4]刘桂泉.浅议机械可靠性维修性优化设计方法与应用[J]中国科技博览，2010（18）.