機械可靠性與維修性的整合設計及在工程機械中的實踐探索

摘 要：新的經濟發展形勢對工程機械的可用性提出了更高的要求，而機械產品的可靠性和維修性共同決定著產品的可用性。因此，對機械可靠性與維修性的整合設計進行研究具有非常重要的現實意義。本文通過對機械可靠性與維修性的整合設計及其在工程機械實踐工作中的應用進行研究，提出工程機械可靠性與維修度整合設計的相關方法，以便從設計環節提高工程機械產品的可靠性和維修性，從而改善當前國內工程機械產品可靠性維修性較低這一現狀，保證其在使用過程中的可用性。

關鍵詞：工程機械 可靠性 維修性 整合設計

中圖分類號：TH122-4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0078-01

隨著科學技術的不斷發展和經濟水平的不斷提高，工程機械在國民經濟發展的地位越來越重要。在國民經濟發展中地位的日益提高對工程機械的可靠性和維修性提出了更高的要求。而工程機械的可靠性和維修性作為其決定產品可用性的固有屬性，在設計時就被賦予在機械產品上了。所以對機械可靠性與維修性整合優化設計方法進行研究，就是從設計環節保證工程機械的可用性，提高工程機械的質量，延長工程機械的使用壽命。[1]

1 可靠性與維修性設計

所謂產品的可靠性是指產品在一定的時間內和規定的使用條件下所能夠完成規定功能的能力或者性質，其衡量標準是產品的可靠度。可靠度設計最初應用于軍工方面，興起于20世紀50年代的美國，于60年代進入全面發展階段，80年代逐漸步入成熟階段，可靠性設計系統開始形成，也開始從軍工方面向其他方面的應用發展。

所謂產品的維修性是指產品于規定條件和時間內，依照規定程序及方法維修所能夠保持或回復到規定狀態的能力，其以維修度為其概率度量。維修性設計方法興起于20世紀50年代后期，到60年代發展為定量度量，70年代發展到了故障自檢測，80年代發展成了人工智能，主要應用于工作量大且費用高的軍用電子設備維修方面。[2]

可靠性維修性設計主要包括可靠性分配、維修性分配、可靠性維修性分析等三大內容?？煽啃苑峙涞某Ｓ梅椒ㄓ械确峙浞?、比例分配法和影響因素分析法；維修性分配傳統方法為等值分配法、按故障率分配法、按結構相對復雜性分配法等。關于可靠性維修性分析，不同的產品需要用不同的分析方法，例如分析電子產品的可靠性維修性需要使用指數分布模型，機電產品的可靠性維修性設計則需要采用Wellbull分布模型。具體到機械產品，需要采用“應力—強度干涉模型”進行分析，這一模型的基本原理是機械部件危險斷面的最小強度應大于等于最大的應力。當最小強度小于最大的應力，這一原理得不到滿足，部件就會失效。

2 工程機械可靠性維修性整合設計方法及實踐

工程機械的質量和性能很大程度上取決于工程機械設計環節中可靠性維修性的保證?？煽啃栽O計能夠保證機械產品故障較少并在其規定的使用時間內保持功能；維修性設計能夠保證機械設備在出現故障時及時維修好甚至在故障出現之前便解決可能導致故障的隱患，從而保證機械產品維修的有效性。產品的可靠性與維修性緊密相聯，而這兩個性能的保證都需要通過工程機械可靠性維修性整合設計的根本任務，而工程機械可靠性維修性整合設計方法的實現和應用也將提高工程機械產品的可靠性和維修性。

2.1 機械產品可靠性維修性整合設計流程

可靠性、維修性整合設計流程應該是一個閉環系統，如果設計結果不能夠滿足設計要求，就必須通過多次的反饋程序不斷地進行及時的設計目標和參數調整，直到設計結果與設計要求想協調，才可以進入下一個程序。設計流程主要包括產品方案設計、可靠性維修性優化分配、產品結構設計、可靠性維修性預估、與設計目標比較、產品實現、數據統計分析、產品可靠度維修度計算、可靠度維修度比較優化等多個環節，而預估、比較及優化便是這一包括多個程序的設計流程中的反饋環節。這些反饋環節的存在能夠促使設計過程中各種參數不斷進行調整和優化，從而保證設計結果滿足設計要求，保證設計的質量達到預期的產品可靠度和維修度。[3]

2.2 機械產品可靠性維修性整合優化設計方法

從可修復系統的可用度方面來考慮，縮短修復時間可以提高設備的維修性，延長平均故障的出現周期可以提高機械設備的可靠性。一般來講，機械設備的零部件可以分為可修復和不可修復兩種。對于不可修復系統的機械系統，其性能只決定于機械產品的可靠度，對于可修復系統的可用度則由可靠性和維修性共同決定。可用度計算方法是：機械系統的可用度等于平均無故障時間除以平均無故障時間與平均修復時間之和，也等于修復率除以修復率與失修律之和。從其可修復系統的可用度計算方法來看，在設計的時候只需要縮短修復時間或者提高零部件的平均無故障時間就可以提高機械產品的可用度。

從產品壽命和使用費用的角度來講，建立于全生命周期投資—— 效益準則的工程機械可靠性維修性整合設計模型將有效地保證所設計產品的性能。全生命周期投資—— 效益準則認為，如果產品的使用度得以保證，在產品使用周期內費用最低者效益最大。在產品設計環節，可以從產品全周期投資費用與產品可靠性維修性之間的關系進行考慮，并基于產品可靠性與維修性建立數學模型和函數關系。根據分析，得出產品可靠度、維修度與產品全生命周期費用的函數關系。在實際設計過程中，首先需要確定產品需要達到的可用度目標，然后基于全生命周期投資—— 效益準則建立起來的優化模型對可靠度及維修度進行優化，從而達到產品生命周期費用最低這一目標函數，達到最大的效益。[4]

3 結語

隨著經濟的不斷發展和市場競爭的加劇，消費者對于工程機械系統的可靠性和維修性提出了更高的要求。而產品的可靠性和維修性主要取決于產品的設計環節。本文對機械可靠性和維修性整合設計及基于產品全生命周期投資—— 收益準則的工程機械可靠性維修性整合設計優化模型進行研究，旨在從設計環節保證產品的可用度，改善當前國內工程機械產品可靠性維修性較低的現狀。

參考文獻

[1]王軍保.機械產品的可靠性設計思路探討[J].城市建設理論研究，2012（13）.

[2]王玉玲.機械可靠性維修性優化設計方法及其在工程機械中的應用[D].山東大學，2007.

[3]陳云翔.可靠性與維修性工程[M].北京：國防工業出版社，2007（11）.

[4]劉桂泉.淺議機械可靠性維修性優化設計方法與應用[J]中國科技博覽，2010（18）.