机械系统设计中的可靠性问题分析

机械系统设计中的可靠性问题分析机械可靠性的提高是当前机械行业普遍关注的话题，而设计、制造、管理则是提高可靠性的关键要素。文章对机械可靠性进行了介绍，并在此基础上对机械可靠性的优化设计、稳健设计进行了深入的分析和探讨。标签：机械可靠性设计；发展沿革；优化设计；稳健设计引言可靠性研究最早开始于四十年代针对电子产品故障的研究，经过多年的积累与发展，电子产品可靠性技术体系已获得完善并逐渐成熟起来。电子产品的可靠性水平日益提高，并具备丰富的工程经验和巨大的数据资源。近些年来，可靠性技术也逐渐应用于机械领域，并发挥着重要的作用。机械系统越来越复杂，对于其可靠性的要求也逐步提高，尤其是在军用装备和航空领域，对于机械可靠性的要求更加严格，并成为系统可靠性中较为薄弱的环节。为此，非常有必要研究机械的可靠性，从而推动科技的进步与发展。对于复杂机械产品来说，其可靠性受到多种因素的影响，如使用条件、使用环境、维修方法、人为因素等等，属于可修复的人机系统。1机械可靠性设计的概述作为最主要和最重要的技术指标，可靠性是评判产品质量好坏的关键因素，并逐渐成为工程领域普遍关注的焦点。机械可靠性贯穿于从产品的设计研发到装配调试的各个环节，可靠性是在概率统计的理论基础上发展起来的，加强机械可靠性设计的推广和应用，对于提高产品质量、降低成本有着非常重要的意义。随着可靠性技术的创新与发展，其设计方式也越来越丰富，呈多样化的趋势发展。数学模型法是在可靠性设计中应用得较为广泛的一种方式，基于实验所获得的数据，并充分利用了概率统计的原理。数学模型法可以划分为两部分，其中一部分所涉及的量在时间范畴内具有可靠性质，换句话说，即所涉及的量是遵循一定的规律的，随着时间的变动，其疲劳寿命和损耗也将在一定的范围内产生变动。另外一部分为偶然因素所引发的事件结果的可靠性，偶然因素所导致的波动是不定期出现的，具有不确定性，一般来说，需要利用概率可靠性来对随机事件进行计算。2可靠性优化设计2.1可靠性优化设计的基本理论任何机械产品，从最初的产品设计、方案的确定，到付诸于生产制造、产品检验，都需要一个周期。先进科学技术广泛应用于机械领域，以及新材料、新工艺、新设备的采用，机械产品的设计和制造无论从产品质量还是生产周期上都产生了质的飞跃。新知识、新思路、新理念的应用，为机械设计注入了新鲜的血液，也使得满足人们对于产品的日益提高的要求成为可能。随着时代的发展，社会的进步，人们对于产品的质量、性能、服务的要求日益提升，传统的设计方法和设计理念已不能适应现实的要求。同时，出于经济的考虑，所要求的产品设计周期也逐渐缩短，设计强度加大，在这种形势下，提高设计的质量，实现可靠性优化设计变得更加重要。在进行机械设计时，必须综合考虑各种影响因素，如产品的使用价值、力学性能、生产成本等。此外，生产企业的生产能力和管理水平也是不容忽视的会影响到产品质量的因素之一。当前，如何提高设计质量、发展设计理论、提升设计水平、缩短设计周期，已经成为机械设计领域中广大设计人员共同面对的课题。上个世纪60年代，机械优化设计获得了最广阔的发展。在这一时期，计算机技术和数学规划有机的结合起来，推动了机械优化设计向更高的层次发展。优化设计的方法被广泛应用于工程设计领域，并伴随着计算机技术的飞速发展和数学规划理念的不断成熟，发挥着越来越重要的作用，取得了令人瞩目的成果。具体来讲，所谓可靠性优化设计主要包含三个方面，即产品的质量、成本和可靠度。可靠性优化设计从系统的、整体的角度对产品的可靠度进行分析，并对其性能进行约束与优化，在确保产品性能和质量的前提下，将产品的合理性和安全性有机结合，从而使得产品的可靠度实现最大化。通过可靠性优化设计，在满足产品可靠性的同时，还使得能源以及资源获得充分的利用，避免了能源和资源的不合理使用及浪费现象。采用可靠性优化设计所生产出来的产品，具有体积小、质量轻的特点，并使用节能材料，顺应当前可持续发展和保护环境的趋势。对机械产品进行优化设计的根本宗旨，即为了满足安全的需要或者为了实现特定的预期点，通过最优化的方式，对产品进行处理。在进行优化设计时，需要考虑多种因素给产品性能带来的影响，其中需要注意的两点即结构参数以及各种载荷的随机性。2.2近年来可靠性优化设计发展近年来，高新科技不断融入机械设计领域，许多现代化的设计方法和设计理念应运而生，可靠性设计和优化设计也获得了飞速的发展。然而从设计的角度来看，可靠性设计和优化设计是设计的两个不同方面，而对于机械产品的设计来说，如果单纯的考虑其中的一个方面是无法达到设计要求的。这就需要在实际的设计工作中，将两者相结合，从而发挥其潜在的巨大作用。可靠性设计不同于优化设计，可靠性设计是以产品的可靠性为设计宗旨的，因此设计的结果并非其工作性能或参数的最佳点。此外，优化设计有别于可靠性设计，优化设计并不考虑产品的可靠性，因此有可能导致事故，造成经济损失。另外，单纯的优化设计也无法保证产品在特定的时间和条件下达到预期的功能或目的。机械产品的结构通常都比较复杂，所涉及到的设计参数也非常多，而单纯的可靠性设计并不十分适用于多个设计参数的系统设计。因此，在进行可靠性优化设计时，要分清设计的重点以及明确设计的步骤，在保证机械产品可靠性的前提下，实现产品工作性能和设计参数的最优化，只有这样，才能设计出既满足可靠性又符合最优化性能的机械产品，实现产品性能与成本的统一。2.3关于可靠性的稳健设计产品质量是企业赢得用户的关键因素。任何一种产品，它的总体质量一般可分为用户质量和技术质量。前者是指用户所能感受到、见到、触到或听到的体现产品优劣的一些质量特性；后者是指产品在优良的设计和制造质量下达到理想功能的稳健性。稳健设计作为一种低成本和高质量的设计思想和方法，对产品性能、质量和成本综合考虑，选择出最佳设计，不仅可以提高产品的质量，而且可以降低成本。在机械产品设计中，正确地应用稳健设计的理论与方法可以使产品在制造和使用中，或是在规定的寿命期间内当设计因素发生微小变化时都能保证产品质量的稳定。3结束语综上所述，在进行机械设计时，设计人员应根据实际情况在满足机械可靠性的前提下，实现产品最优化的目标。充分发挥可靠性设计和优化设计的巨大潜力，达到产品最佳点以及最可靠点。可靠性优化设计具有先进性和实用性的特点，在机械设计领域的应用也越来越广泛，在提升产品质量的同时还带来了巨大的经济效益，其发展的前景十分广阔。参考文献[1]谢里阳，何雪法，李佳.机电系统可靠性与安全性设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006.[2]阎楚良，杨方飞.机械数字化设计新技术[M]