机械工程的可靠性优化设计分析

刘峰　王庆鑫　赵秉祝

摘    要：随着我国经济技术的快速发展，人们对机械工程提出了更高的要求，机械工程产品应用广泛，对产品可靠性有较高要求，需要从多角度出发，对产品可靠性进行优化设计。首先对机械工程产品可靠性设计现状进行分析，探讨机械工程产品可靠性设计存在的不足。在此基础上，研究机械工程产品可靠性优化设计要点，提出几点具体的优化方法，以期促进其产品质量水平的提升。

关键词：机械工程;产品可靠性;优化设计

1  引言

我国机械工程制造业发展较快，产品质量水平不断提升，已经进入良性发展期。但是在机械工程产品设计中，由于未能处理好产品功能扩展与可靠性要求的关系，导致产品可靠性存在不足，容易对产品使用安全造成一定影响。针对这种问题，应在提升产品可靠性设计重视度的基础上，采取有效的优化措施，为产品可靠性提供保障。

2  机械工程可靠性优化的现状

我国机械工程制造业发展的起步较晚，在上世纪80年代时，才在产品可靠性设计方面取得一定突破。随着国内机械工程产品可靠性研究组织机构的相继成立，加快了我国产品可靠性设计的标准化进程，对于推动机械工程制造业发展做出了重要贡献。但客观而言，我国机械工程产品可靠性研究仍落后与西方发达国家，现有研究成果也偏重于理论，在实际生产领域的应用较少。从机械工程实践情况来看，由于缺少产品可靠性的优化设计经验，难以根据机械工程产品的实际用途、功能性能特点，对产品可靠性作出有效优化。或因产品可靠性优化设计周期较长，影响了实际工程进程。再加上成本等方面的客观限制条件，导致部分产品可靠性不足，容易影响机械工程产品的运行安全性和稳定性。针对这种状况，必须提高对机械工程产品可靠性设计的重视，同时应明确机械工程产品可靠性设计优化应贯穿于工程实践的全过程中，与产品制造、安装、使用及维修紧密结合起来，不断积累经验，提高机械工程产品可靠性设计水平。

3  机械工程的可靠性优化设计原理

3.1  机械可靠性定量设计方法

机械可靠性设计的定义是指借助可靠性试验并且对可靠性数据的结果进行分析，再通過物理学方面的研究来确定试验产品的设计参数，以达到提高试验产品的整体品质和性能的一种方法。凭借此方法，不仅可以在对产品进行设计的阶段就确定好产品需要参照的可靠性指标，还可以确定机械产品的关键零部件的具体性能和具体的使用年限。机械可靠性定量设计方法是指，在对机械产品进行设计的阶段，应用合理的概率方法、考虑机械产品的实效概率以及可靠度对机械应力和机械强度等随机变量数据进行计算。之后再应用计算出的数据对机械的可靠性设计进行评估。

3.2  机械可靠性定性设计方法

在对机械产品进行设计的阶段，为提高设计质量，从之前的成功或失败中吸取经验教训，避免出现之前发生过的问题。具体来看，就是在对机械产品进行设计的阶段，先预估投入使用这些机械产品后可能会出现的各种问题，并且分析考虑会影响机械产品的使用过程因素，再对设计方案进行合理的改进，减少影响机械产品运行的不良因素所带来的影响。

3.3  机械工程的可靠性优化设计基本理论

在工程实践中，设计人员发现在随机性之外，模糊信息对于工程而言也是至关重要的。故而，在以往的可靠性理念中，概率论和模糊理论是对不确定问题的最好阐释。但是以上方式如果要追求精准性，就必须要有足够庞大的数据支撑，计算量极为庞大。在各项优化的基础上，研究人员提出了结构概率，模糊，非概率混合可靠性模型，这是对现有信息的一种综合，可以更加系统、全面地表征真实的安全情况，为以后的设计做好充分的准备打下坚实的基础。

4  机械工程中可靠性优化设计的应用

4.1  产品设计环节

在机械工程产品的设计工程中，最为关键的环节就在于对产品的整体组配和零部件的组装。机械产品由于本身系统非常精密，因此需要具备足够高的可靠性能，对于机械产品的优化主要在以下几个方面：①先大致了解并且具体掌握机械制造的完整流程，同时对于每一个零部件进行可靠性分析，进而推断出整体机械工程产品的可靠性能，并且以推测结果为基础进行指标设计。②进行指标分配，为了满足各个部件之间可靠性指标的要求，需要将机械制造的产品整体性能都分配到各个零部件之中。可靠性分配环节一般而言有再分配、比例分配以及等分配等多样的评分方法。对于单个零部件的设计过程，为了确保该零部件能够满足国家制定的标准规格，需要进行严格的比对和审查，确保机械工程的整体可靠性能。可靠性实验也是相当必要的，尤其是关键部位的零部件需要对其进行可靠性检测试验。对于可能出现问题的地方需要进行调整，直到其能够满足可靠性能的优化设计要求。

4.2  产品制造环节

机械工程产品的整体质量要想获得提升，就需要从制造环节进行控制，机械产品的制造环节需要投入足够的重视，尤其是在可靠性能优化这一方面。在加工工艺中，需要选择比较高的技术水平，提升技术规格，这样就可以有效地提高机械制造的整体水平。机械产品制造的每一个流程都相当关键，可靠性优化的设计需要兼顾加工材料以及设备等方面，在全面考虑的基础上才可以制定出一套真正行之有效的优化设计指标。

4.3  使用维修阶段

机械制造产品有一些属于损耗品，所有的产品都具备使用寿命，使用寿命不仅与产品的本身设计有关，同时还与产品的后期使用以及保养情况有关，如果后期在机械产品的维修阶段采取了正确的维修方式，那么就可以有效地延长设备的使用寿命，这就相当于大幅度增加了对资源的利用率。而要想达到这一点就需要相关的工作人员从实际情况出发，通过自己的思维和逻辑判断明确产品需要维修的部位和具体的维修方法。经验丰富的维修人员可以通过优秀的维修手段大幅度提升一些产品的使用寿命。因此，在机械工程维修的可靠性优化设计过程中，不仅要控制维修的费用，同时也要考虑到可靠性维修的准确性。这样产品如果发生故障，问题点也会很快被发现并且及时得到纠正，这样就可以达到延长机械产品使用寿命的要求。

4.4 传统设计方法与可靠性相结合设计

当前的可靠性设计理论不仅缺少数据支撑，而且即便是一个小的结构，它也存在多种失效模式，因此对于简单零件是不建议使用可靠性概率设计的;以往的安全系数法纵然有着多项不足，但是相对而言更加直观、便捷。并且，在多种工况下都能保障产品可靠性，有着一定的运用价值。现在使用概率设计法来完善安全系数法，使用各项成熟的设计方法进行产品设计计算，然后将理论计算值与实际试验结果进行对比，总结相关设计经验，建立可靠性设计数据库，为今后设计带来参考。

5  结束语

综上所述，机械可靠性设计是一种能够达到提高试验产品的整体品质和性能的方法。为了保证机械产品的正常运行，在设计机械零件时一定要计算其可靠性指标，才能保证机械产品的质量。本文分析了机械可靠性设计方式的原理、机械可靠性的具体设计方式以及机械可靠性设计方式的实际应用。对机械可靠性设计方式广泛应用，有助于相关企业更好地在市场上竞争。

参考文献：

[1] 张永.浅谈机械可靠性设计的内涵与发展[J].中国新技术新产品，2017（7）：60～61.

[2] 冉朝光，杨杰，李萌.机械可靠性设计方法的发展与研究现状[J].现代制造技术与装备，2015（5）：177～178.

[3] 孙华岩.机械工程产品可靠性优化设计要点分析[J].中国新技术新产品，2017（15）：36～37.

[4] 高金梅.确保机械工程产品可靠性的优化设计研究[J].黑龙江科技信息，2015（10）：111.