探讨机械工程的可靠性优化设计

探讨机械工程的可靠性优化设计

探讨机械工程的可靠性优化设计1产品可靠性设计的现状和研究背景

1.1产品可靠性设计的现状

由于各种历史原因，我国机械制造业相对西方国家相对落后，而在可靠性方面的研究更是相对滞后。直到上个世纪80年代，我国在可靠性方面的研究才有了一些成效，个别行业还有了专门研究可靠性的组织机构，并培养了一批可靠性方面的技术性人才，制定了一系列的可靠性标准。但从整体上来看，这些可靠性的研究都偏向理论，在实际生产中运用较少，与制造业发达的西方国家相比还存在很多的不足之处。

1.2产品可靠性设计的研究背景

当今社会，科学技术发展日新月异，产品的更新换代速度越来越快，人们不仅拥有了更多的选择产品的权利，而且现在人们更多追求产品的质量和产品的可靠性，所以自然出现了一种有关产品可靠性的设计，并得到迅速发展和广泛应用。

随着科学技术的高速发展，制造出来的产品结构也往越来越复杂的方向发展，由于高新技术不断运用在产品制造当中及产品复杂性的逐渐提高，产品更新换代速度也大大超越以往。我们在设计一种产品的时候，需要有一个不断深化认识、逐步改进和完善的过程。刚开始生产出来的产品在投入使用中有一个试验的前提，也就是说初始产品必须经过初试后才能投入市场，这是因为初始产品很多存在不可靠性，存在许多设计和工艺方面的缺陷。因此，一个生产产商在某种产品生产初期必须通过对产品设计和工艺规程进行有计划的改进设计，以达到把故障问题根除在萌芽状态的目的，从而提高产品的可靠性水平，逐步达到预期的目标，于是一种可靠性设计研究便应运而生了

在研究可靠性设计技术之前，我们必须先对产品的可靠性的含义有一定的了解。可靠性可以这么定义：“产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。”定义中的“产品”范围较广，可以把某个元件当着试验对象，也可以是器件、设备或系统，这里面甚至可以包括人的作用。

在可靠性设计当中，在满足功能、花费、时间的前提下，使设计的产品的可靠性达到足够的满意程度，这就是产品的可靠性设计。可靠性设计涉及范围极广，不仅包括了一些传统设计技术，还与系统工程、环境工程、质量控制技术和计算机技术等有着很大的关联。因此，它是一个集多方面学科技术于一体的现代化新兴技术。它不但在产品的设计过程中有运用，而且在初产品到成品的各个工艺生产环节都有涉及。因，可靠性设计技术在军事、航天、电子、机械等一些重要领域都应用的极为广泛，具有极为重要的作用。

2可靠性的发展过程

从人们开始进行可靠性技术研究起，至今已经有将近70年的历史。研究其发展过程，可归纳为早期研究、过程发展和国际化三个阶段。

(1)早期研究阶段：在第二次世界大战当中，英美的战斗机和军舰等一些军事上重要的装备在战场上频繁出现机械故障，导致战争上的被动，这就引起了人们开始思考机械设备的可靠性问题，于是有关机械可靠性的研究开始了筹划阶段，以用来减少战争中的那些机械故障问题。接着英美德等国家针对不同军事装备提出了相应的可靠性指标。1942年，美国麻省理工学院在真空管的可靠性研究上取得了相当大的成效。上述这些都表明我国在机械制造可靠性研究上已经进入初期研究阶段，并取得了一定的成效。

(2)过程发展阶段：当机械工程可靠性研究由早期的研究阶段开始进入了一个相对成熟的研究过程阶段，我们把这个过程称为过程发展阶段。在这个阶段中，制造业相对发达的一些国家，如美国、前苏联、德国、日本等对可靠性开始进行了一些较为深入的研究工作，并在研究中获得了很大的成功，这使得可靠性研究的未来发展方向得到了保证，使可靠性研究进入了一个新的发展阶段。在这一过程中，可靠性研究的很多方面都得到了良好的发展和完善，例如：研究范围已经从原来的机械产品过渡到电子产品，且范围还在不断的扩大；理论研究不断深入，已经从原来的较为简单的产品研究往更复杂多变的产品研究阶段深入，为可靠性设计技术的进一步发展打下了坚实的基础。

3)国际化阶段：可靠性研究在经过了最初的简单研究到进一步深入的过程发展阶段，可靠性技术的应用已经越来越广泛，它所展现的一些优点已经逐渐被世界各国所关注，许多国家已经陆续在这方面开展了研究工作并在人力物力上作出了很大的投入，使得可靠性研究开始了国际化进程。可靠性技术的国际化主要体现在各种国际学术组织的确立、国际可靠性和可维护性技术委员会的成立。

3可靠性设计在机械中的应用

产品的可靠性在产品的设计和使用周期内的各个环节中都具有重要的作用，这些环节包括：产品设计、产品制造、产品使用、售后维修等等。

3.1设计环节的可靠性设计

机械产品设计包括整体装配设计及组装零件设计。对整机产品可将其作为一个整体进行设计，设计主要分为两种方式：(1)先对整个系统有一个大致了解，分析各个零部件的可靠性程度，并推断整体可靠性程度，这就是整体设计的可靠性预测，预测结果必须满足设计指标；(2)把整体所要求的可靠性程度指标分配到各个零件设计上，只要各个零件满足可靠性要求即可，可靠性分配方法主要有四种：等分配法、再分配法、比例分配法、综合评分分配法。在进行单个零件设计过程中，我们挑选的零件尽可能采用国家规定的标准件或已经在生产中大量使用的零件，并对重要性不同的零件分别用不同的设计方法进行设计，一些关键部件必须进行可靠性试验。对产品的可靠性应当进行反复验证和修改，直到满足可靠性设计要求为止。另外，还要进行人机系统的设计，这方面主要包括操作舒适性和适应性设计。3.2制造过程的可靠性设计

一个产品，如果要保证其质量，那么制造环节是最大的关键，所以制造过程的可靠性设计便显得尤其重要，这里我们不仅要保证加工设备上的可靠性，更重要的是加工工艺和工艺流程上的选择。如果把产品的工艺流程看成是一个系统，那么其中任何一个工艺方案或工序相当于一个子系统。每一个子系统的可靠性设计都要考虑到各方面因素，例如：加工设备、工艺装备、加工材料及工作人员的素质等等，这样才能确定出合理的子系统可靠性指标，最后通过对这些子系统指标进行整合分析，最终经过合理手段统计出整个系统的可靠性指标。

3.3使用及维修的可靠性设计

维修在一个产品的寿命周期中占有举足轻重的作用，一个在售后上有着良好口碑的公司必然有着光明的前景，所以公司在产品整个周期内必须认真的对待售后维修问题，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，制定出合理的使用寿命周期。

机械产品的可维修性与可靠性具有很大的相似性，可维修性也是产品的可靠性指标之一。产品的维修性能必须在对产品进行可靠性设计的时候就应当考虑到，以使得设计出的产品达到故障容易发现、故障零件易于更换的目的。产品在进行维修性设计时必须考虑到维修费用问题，设计者在设计中应当考虑到以最低费用换取更高的可靠性水平，尽可能减少故障发现时间。因此，基于可靠性理论的维修性显得尤其重要，一个合理、经济的维修规则的制定在产品设计的科学化和现代化进程中具有巨大的意义。不仅如此，在进行维修可靠性过程中，还应当考虑到标准化工具的使用、维修人员的素质、维修设备的先进性等等问题。

4我国机械工程可靠性研究目前所存在的不足

可靠性发展史，就是不可靠教训史。当今社会人们对产品要求越来越高，于是产品的可靠性便显得越加重要，如今的产品可靠性设计水平已经到达了一个很高的层次，发展观念也不断更新，这是一个产品制造的全新的阶段。可靠性设计迅猛的发展，这是当前主流，但也有存在一些不足之处：一方面可靠性尚未得到我国国内企业的足够重视，很多企业觉得可靠性研究无关紧要，不影响产品的生产制造，于是造成企业内部研究可靠性设计的人才很少、管理比较混乱、对可靠性认识不够清晰等，这些存在的问题对可靠性的发展极其不利；另一方面国内教育部门在可靠性研究方面设置的课程很少，可靠性设计研究还没形成一个独立的学科。因此，可靠性研究在发展过程中出现的问题，必须引起有关部门给予高度重视。

4.1国内教育部门大多未设置可靠性研究方面的课程

经调查分析，我国目前只有为数很少的高等院校有设置可靠性研究方面的课程，绝大多数院校都没有这方面的相关课程，这就造成了我国可靠性研究人才的大量缺乏。可靠性研究在现代制造业中具有很重要的作用，它不仅应当是一门系统科学，而且应当作为一门独立式学科。目前，很多企业开始寻求可靠性研究方面人才，但却很难招募到这方面的人才，所以这应当引起当今教育界的足够重视，及时设立一些可靠性研究方面的课程，聘请一些专家教授进行授课，为我国未来的工业发展做出应有的贡献。

4.2国内企业对可靠性研究不够重视

目前，我国国内很多企业对可靠性研究并未足够重视，觉得可靠性研究可有可无，对整个生产制造产生不了多大影响。但是，一些国际上的发达国家都把可靠性研究作为生产上的重要部分，如果我们国内企业还对可靠性研究不够重视，势必会导致在未来的竞争上输给对手，从而彻底丧失与之竞争的能力。可靠性是个系统工程，它涉及广泛且较为复杂，没有一个机构来统筹考虑和贯彻实施，是无法使产品可靠性得到保障。因此，我国企业不仅要开始重视可靠性研究，而且应当成立相关独立研究部门，进行专门的产品可靠性设计研究及可靠性试验，从而确保产品在各环节上的可靠性，使得产品质量往更高的水平发展，从而可以在国际上占有足够的竞争优势。为了企业的未来，国内企业应该开始足够的重视起产品的可靠性研究，才能加厚自身竞争资本，这是时代的呼唤，也是历史的强音。

5总结

可靠性指标在一般的优化设计中是没有考虑的，所以不足以反映产品的真实性及可靠性，而可靠性设计方法在设计