实现机械工程的可靠性优化设计

李昊 董永杰

摘 要：伴随着科学技术的快速发展，机械工程设计已经得到了很大进步，并形成了一个十分复杂的专业领域。由于当前机械产品品种多样，而且任何产品都需要保证可靠性，所以必须加强机械工程的可靠性设计。虽然机械工程可靠性的设计方法有很多，但是每种方法都有优缺点，在实际设计的过程中，应该根据具体的设计需要选择最佳的设计方法，保证不断优化机械工程的可靠性设计。

关键词：机械工程;机械产品;设计方法;可靠性优化设计

当今社会，科学技术飞速发展，人们不仅对多功能产品有强烈的需求，也需要多功能产品可以实现其应具备的功能。产品的可靠性优化设计是以产品功能的可靠性使用为目的而应运而生的产物，从产生开始到现在，已经得到了迅速的发展与广泛地使用[1]。在进行机械工程的产品设计时，将可靠性理论与技术应用于其中，并根据需要与可能，将产品的可靠性使用作为优先考虑的设计准则;在满足时间、费用及性能的基础上，让设计出的机械工程产品符合可靠性的要求。可靠性的设计问题在涉及传统的设计技术的同时，也与价值工程、系统工程、环境工程及质量控制工程等有着密切的关系。因此，可靠性设计是多学科与多技术相互交叉融合的一种新兴技术。

1 关于可靠性设计

要想对该设计技术有一定的掌握，第一要明白的就是何为可靠性。具体的说，它是指产品在要求的背景下，完成其特定功效的水平。此处讲到的产品是指的研究和测试中的所有的零件或是体系或是装置等等。在设计的时候，应用可靠性的理论和技术、根据需要和可能、优先考虑可靠性要求。在合乎性能以及时间等的背景下，确保设计得到的产品有着较高的可靠性规定，即我们此处讲到的可靠性设计。它不单单牵扯到平时我们应用的设计内容，同时还和体系工程以及品质控制科技等等内容有着非常紧密的关联。所以，其实一个综合性的技术。其不单单用到设计步骤中，还用到产品生产以及测试等等的多个步骤里。目前该项技术被大量的应用到工业活动中。

1.1 关于可靠性

从最初开始探索到至今差不多用了六十多年的时间。通过分析它的发展步骤可以将其概括为三个阶段。

1.1.1 初期研究阶段（20 世纪 30～40 年代）：二次世界大战爆发后，美国参战的飞机、军舰等重要军事装备常因故障贻误战机，为此军事装备的可靠性问题逐渐引起了人们的关注，开始着手研究如何避免和减少这些“意外”事故的发生并最早提出了产品的定量可靠性问题。接着美国、德国的专家针对飞机、V-Ⅱ火箭诱导装置的可靠性又提出了相应的指标。1942 年美国麻省理工学院的一个研究室对真空管的可靠性进行了相当深入的研究。所有这些都表明可靠性研究已进入了定量研究的初期阶段。

1.1.2 形成发展阶段（20 世纪 50～60 年代）：在这个阶段，国际上的一些经济发展速率较快的国家，比如美苏等都积极的开始了可靠性方面的研究工作，而且获取了非常显著的成就，大体上明確了该项探索工作的理论基础以及探索趋势，由此而使得该项研究工作发展到一个全新的时期。这一时期，研究范围不断扩大，从电子产品扩展到机械产品，从军工产品扩展到民用产品，可靠性技术进一步完善，理论研究不断深入，为可靠性设计技术的进一步国际化奠定了基础。

1.1.3 国际化阶段（20 世纪 70 年代后）：随着可靠性技术的不断发展和广泛应用，其优越性越来越受到世界各国的高度重视，并相继投入了大量的人力物力开展这项研究工作。各种国际学术会议的召开、国际可靠性和可维护性技术委员会的成立，标志着可靠性设计技术已经进入了国际化时代。

1.2 关于我国在该方面的探索状况简述

该项探索活动在我们国家开始的比较晚，一直到上个世纪末期的时候才开始快速的发展，一些领域还专门的设置了研究组织，不断的培养人才。不过从总的发展态势来看，目前的理论方面的知识比较充足，但是具体的应用却是少之又少，和一些发达国家比对来看还是有距离的。

2 关于可靠性设计的发展方向

可靠性存在于产品的整个使用阶段，如今的该项设计主要是用到产品最初设计以及后续生产和随后的维护等层面中。

2.1 机械产品的设计

该项设计涵盖了整机以及部件两类设计。对于前者来讲，可以把它当成是一个总的体系来设计，其方式有如下的两个类型。首先是结合部件的稳定性预测内容，分析体系的稳定性指标，即我们讲到的可靠性预测，只有结局合乎指标的规定就行，假如无法合乎规定的话就要按照第二类措施来开展工作。这种措施是对零件进行分配，也就是说把体系指标均摊到所有的零件上，可靠性分配方法主要有等分配法、再分配法、比例分配法和综合评分分配法四种。在设计的时候，要使用标准件，通常的零件可以按照类比措施来设计，关键的部件则要按照概率措施来设计。要对可靠性多次的评审，一直到其合乎规定才可以。除此之外，还应该开展人机体系设计工作。

2.2 生产过程中的可靠性设计

该时期的设计是确保产品品质优秀的重点，除了要选取稳定性优秀的设备之外，还要注重方案以及步骤的设计工作。工艺步骤本身就可被看成是一个体系，所有的方案工序都可被当成是一个小的体系。在进行这些小体系的设计的时候要全方位的分析到机械以及工艺物质和工作者的素养等等方面的要素，明确出可靠性指标，进而结合体系间的关联得到预测可靠度（如自动线、流水线等的设计）。

2.3 使用维修的可靠性设计

产品以可靠性为中心维修应采用逻辑分析决断法，科学地制定维修内容和优选维修方式，合理确定使用期，以控制机械设备使用的可靠性。机械产品的可维修性与可靠性一样，其是机械设备本身的一个可靠性指标。在对产品进行可靠性设计时就要考虑其维修性，使设计的产品在使用过程中做到故障易发现、易检查、易修复，力求防患于未然。对产品进行维修性设计时要以最低的费用来维护和提高设备的可靠性水平，尽量减少排除故障所用的维修时间。因此，要在可靠性理论的基础上制定合理、经济的维修规则，采用先进的故障诊断技术和合理的维修方式（如视情维修方法、监控事后维修方法），使用标准的维修工具及设备，提高维修人员的技术水平，使机械维修工作进一步走向科学化和现代化。

3 结束语

随着机械工程前沿技术的发展以及光伏系统的日趋多样化，在不远的未来，更多其他前沿技术的应用也必将极大促进该领域的发展带来革命性的变化。机械工程智能化发展对于国民生产、生活以及我国国民经济的发展等方面都具有重大意义，但影响机械工程智能化发展的因素复杂，改善措施多样。我们都知道，在之前使用的一般的设计方法中，没有认真的分析到可靠性内容，所以它们是不能够精准的体现产品本身的运作状态的。文章中讲述的这个可靠性的设计措施在设置的时候没有将成本以及规模等要素放到设计内容中。对于一些设计，假如只是使用优化方法或是仅仅的使用文章讲述的该项设计措施的话，都是无法获取完美的设计意义的，因此要想获取较好的效果就要将两个措施有效的融合统一到一起，只有这样才可以弥补本身的缺陷。由于机械产品如今不断的朝着大规模，繁琐化的方向发展，此时的可靠性优化设计方法在机械工程产品设计中的应用将会越来越广泛。

参考文献

[1]天津工程机械研究所.国外机械工业基本情况[M].北京：机械工业出版社，1990.

[2]万耀青，等.机电工程现代设计方法[M].北京：北京理工大学出版社，1994.