机械工程的可靠性优化设计分析

王林飞

摘要：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。所以，为了更好地满足这个行业的发展需求，借此提高机械工程所带来的社会效益和经济效益，机械工程的可靠性就需要加强，不断优化以促进该行业的发展水平不断提升，今后为人们带来更好的产品。

关键词：机械工程;可靠性;优化设计

随着经济的发展以及科技的进步，人们对于机械产品的要求也越来越高。所以机械产品在满足功能性和多样性的同时，更需要满足可靠性的要求，所以本文针对机械产品的可靠性设计方面加以阐述分析。

一、机械工程产品可靠性设计现状

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。

二、可靠性设计方法

可靠性优化设计主要采用的方法有鲁棒设计法和降额设计法

1.鲁棒设计法

鲁棒设计法，是由日本的机械设计师田口玄一首次提出，以统计分析为基础，主要是根据产品的不可用性为用户产生的损失来评判设计的可靠性。其中的损失指的是流失的可用性与合格可用性的比值，流失的可用性越大则可靠性越差，即产品合格性越差，说明产品质量不合格。因此，降低流失可用性是关键因素，也是提升产品质量的重点，可以通过严格审核产品设计、加强生产材料质量检验，优化生产加工工艺、强化产品调试试验等提升产品可靠性。任何一种机械产品都具有不同程度的敏感性，这是因为，机械产品设计功能的实现受到制造因素、使用环境因素以及使用年限等因素的影响。产品在制造过程中如温度等可变因素有很多，使用过程中环境中的粉尘、烟雾、高温等可变因素也很多，由于产品使用的时间变长，产品的结构会发生变化，某些参数可能会发生改变，系统不可避免地会老化，以上种种因素都会使得产品变得敏感，这种设计方法正是以降低这种敏感性为主要目的。当然，这种方法同样也具有很多的不足之处，这种方法是将多种方法融合在一起，技术难度较大，耗资较多。在经过长时间的努力实践，人们已经提出了该方法实现的最主要途径，那就是提升产品的抗干扰能力。

2.降额设计

跟踪机械产品的应用过程，获悉大量的数据，分析表明故障率较低的产品在使用时的实际工作压力都小于额定工作压力。所以为了获取最佳的降额方法，需要在反复的实践过程中，将产品以及内部的各个零件的平均应力减小，将尽可能多的零件的强度提高。这样就可以提高机械产品的可靠性。总而言之，降额设计的宗旨就是首先确保产品的所有零部件实际承受的应力都在额定的范围之内，然后再进一步降低所有零部件的应力以提高产品的质量。

三、机械工程可靠性优化设计

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。

2.制造过程的可靠性设计

設计给了机械产品一个构架，制造才真正给了机械产品一个完整性的实体，所以制造在形成机械产品的过程中具有关键性的地位，也是保证机械产品的可靠性非常重要的一个环节。为了保证机械产品的可靠性，首先，需要在考虑产品零部件装配过程中出现的各种问题，提出有效的解决办法。其次，需要针对不同的机械产品选择合适的工艺流程。机械产品加工过程中的任何一个工艺或者流程都会影响到系统整体的可靠性。所以，机械产品制造过程的可靠性设计需要把握住机械零部件的装配和工艺流程的选择两个重要环节，保证整个产品的可靠性满足最优化要求。

3.基于产品维护检修的可靠性优化

在机械工程产品的可靠性优化过程中，也需要考虑产品在实际使用过程中的维护检修问题。产品可靠性设计要求是在产品正常使用寿命内的可靠运行。但是随着机械工程产品使用时间的推移，其各方面功能性能水平难免会出现下降，此时就需要采用合适的维护检修方法，恢复产品正常运行，减少故障隐患。因此，在机械工程产品的可靠性优化设计中，还需要突出产品特点，提前制定维护检修办法，为产品使用提供指导。同时应合理设计产品使用周期，明确产品报废标准，避免存在较高故障隐患的产品仍然继续使用，引发安全事故。产品维护检修及保养措施应在设计文件和说明性文件中明确标注，在制定维修方案时，也需要考虑成本方面的问题，避免因运行维护成本过高，影响产品竞争力。通过基于以上几方面的考虑，对机械工程产品可靠性作出多层次的优化，可有效提升产品可靠性水平。

4.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。

结语

机械工程产品可靠性设计在产品设计中占有重要地位，是机械工程产品必须满足的设计要求。这时就需要相关人员以及工程制造企业对于产品设计的可靠性优化指标设计投入足够的重视，在产品设计、产品制造和后期的产品使用、维修环节都加以重视，及时地发现问题、解决问题，用最低的成本同时选择最有效的维修方法将发现的故障及时排除，这样机械产品本身的使用寿命就可以得到有效的延长，这不仅意味着机械产品作为一个资源可以得到更好的利用，更重要的意义在于产品本身的质量，即机械工程的可靠性也得到了大幅的提高。

参考文献：

[1]冯忠绪，周保刚.工程机械可靠性的思考（上）[J].工程机械，2011.

[2]沈政，牛从民，邓连喜.FMEA在工程机械系统可靠性设计中的应用[J].工程机械，2012.