探討機械工程的可靠性優化設計

沈惠

摘 要：改革開放以來，我國的機械制造業取得了突飛猛進的進展，機械工程在我國經濟建設的各種領域中占有十分重要的地位和作用，是國民經濟的重要支柱。在機械制造業中，機械工程的可靠性優化設計顯得尤為重要。探討了在機械設計中的可靠性優化設計，從幾個方面研究了可靠性優化設計應當注意的一些問題及我國在可靠性研究方面所存在的不足之處。

關鍵詞：機械工程 可靠性 優化設計

1、可靠性的發展過程

從人們開始進行可靠性技術研究起，至今已經有將近 70年的歷史。研究其發展過程，可歸納為早期研究、過程發展和國際化三個階段。

（1）早期研究階段：在第二次世界大戰當中，英美的戰斗機和軍艦等一些軍事上重要的裝備在戰場上頻繁出現機械故障，導致戰爭上的被動，這就引起了人們開始思考機械設備的可靠性問題，于是有關機械可靠性的研究開始了籌劃階段，以用來減少戰爭中的那些機械故障問題。接著英美德等國家針對不同軍事裝備提出了相應的可靠性指標。1942 年，美國麻省理工學院在真空管的可靠性研究上取得了相當大的成效。上述這些都表明我國在機械制造可靠性研究上已經進入初期研究階段，并取得了一定的成效。

（2） 過程發展階段：當機械工程可靠性研究由早期的研究階段開始進入了一個相對成熟的研究過程階段，我們把這個過程稱為過程發展階段。在這個階段中，制造業相對發達的一些國家，如美國、前蘇聯、德國、日本等對可靠性開始進行了一些較為深入的研究工作，并在研究中獲得了很大的成功，這使得可靠性研究的未來發展方向得到了保證，使可靠性研究進入了一個新的發展階段。在這一過程中，可靠性研究的很多方面都得到了良好的發展和完善，例如：研究范圍已經從原來的機械產品過渡到電子產品，且范圍還在不斷的擴大；理論研究不斷深入，已經從原來的較為簡單的產品研究往更復雜多變的產品研究階段深入，為可靠性設計技術的進一步發展打下了堅實的基礎。

（3） 國際化階段：可靠性研究在經過了最初的簡單研究到進一步深入的過程發展階段，可靠性技術的應用已經越來越廣泛，它所展現的一些優點已經逐漸被世界各國所關注，許多國家已經陸續在這方面開展了研究工作并在人力物力上作出了很大的投入，使得可靠性研究開始了國際化進程。可靠性技術的國際化主要體現在各種國際學術組織的確立、國際可靠性和可維護性技術委員會的成立。

2、可靠性設計在機械中的應用

2.1 設計環節的可靠性設計

機械產品設計包括整體裝配設計及組裝零件設計。對整機產品可將其作為一個整體進行設計，設計主要分為兩種方式：（1）先對整個系統有一個大致了解，分析各個零部件的可靠性程度，并推斷整體可靠性程度，這就是整體設計的可靠性預測，預測結果必須滿足設計指標；（2）把整體所要求的可靠性程度指標分配到各個零件設計上，只要各個零件滿足可靠性要求即可，可靠性分配方法主要有四種：等分配法、再分配法、比例分配法、綜合評分分配法。在進行單個零件設計過程中，我們挑選的零件盡可能采用國家規定的標準件或已經在生產中大量使用的零件，并對重要性不同的零件分別用不同的設計方法進行設計，一些關鍵部件必須進行可靠性試驗。對產品的可靠性應當進行反復驗證和修改，直到滿足可靠性設計要求為止。另外，還要進行人機系統的設計，這方面主要包括操作舒適性和適應性設計。

2.2 制造過程的可靠性設計

一個產品，如果要保證其質量，那么制造環節是最大的關鍵，所以制造過程的可靠性設計便顯得尤其重要，這里我們不僅要保證加工設備上的可靠性，更重要的是加工工藝和工藝流程上的選擇。如果把產品的工藝流程看成是一個系統，那么其中任何一個工藝方案或工序相當于一個子系統。每一個子系統的可靠性設計都要考慮到各方面因素，例如：加工設備、工藝裝備、加工材料及工作人員的素質等等，這樣才能確定出合理的子系統可靠性指標，最后通過對這些子系統指標進行整合分析，最終經過合理手段統計出整個系統的可靠性指標。

2.3 使用及維修的可靠性設計

維修在一個產品的壽命周期中占有舉足輕重的作用，一個在售后上有著良好口碑的公司必然有著光明的前景，所以公司在產品整個周期內必須認真的對待售后維修問題，采用邏輯分析決斷法，科學地制定維修內容和優選維修方式，制定出合理的使用壽命周期。

機械產品的可維修性與可靠性具有很大的相似性，可維修性也是產品的可靠性指標之一。產品的維修性能必須在對產品進行可靠性設計的時候就應當考慮到，以使得設計出的產品達到故障容易發現、故障零件易于更換的目的。產品在進行維修性設計時必須考慮到維修費用問題，設計者在設計中應當考慮到以最低費用換取更高的可靠性水平，盡可能減少故障發現時間。因此，基于可靠性理論的維修性顯得尤其重要，一個合理、經濟的維修規則的制定在產品設計的科學化和現代化進程中具有巨大的意義。不僅如此，在進行維修可靠性過程中，還應當考慮到標準化工具的使用、維修人員的素質、維修設備的先進性等等問題。

3、我國機械工程可靠性研究目前所存在的不足

可靠性發展史，就是不可靠教訓史。當今社會人們對產品要求越來越高，于是產品的可靠性便顯得越加重要，如今的產品可靠性設計水平已經到達了一個很高的層次，發展觀念也不斷更新，這是一個產品制造的全新的階段。可靠性設計迅猛的發展，這是當前主流，但也有存在一些不足之處：一方面可靠性尚未得到我國國內企業的足夠重視，很多企業覺得可靠性研究無關緊要，不影響產品的生產制造，于是造成企業內部研究可靠性設計的人才很少、管理比較混亂、對可靠性認識不夠清晰等，這些存在的問題對可靠性的發展極其不利；另一方面國內教育部門在可靠性研究方面設置的課程很少，可靠性設計研究還沒形成一個獨立的學科。因此，可靠性研究在發展過程中出現的問題，必須引起有關部門給予高度重視。

3.1 國內教育部門大多未設置可靠性研究方面的課程

經調查分析，我國目前只有為數很少的高等院校有設置可靠性研究方面的課程，絕大多數院校都沒有這方面的相關課程，這就造成了我國可靠性研究人才的大量缺乏。可靠性研究在現代制造業中具有很重要的作用，它不僅應當是一門系統科學，而且應當作為一門獨立式學科。目前，很多企業開始尋求可靠性研究方面人才，但卻很難招募到這方面的人才，所以這應當引起當今教育界的足夠重視，及時設立一些可靠性研究方面的課程，聘請一些專家教授進行授課，為我國未來的工業發展做出應有的貢獻。

3.2國內企業對可靠性研究不夠重視

目前，我國國內很多企業對可靠性研究并未足夠重視，覺得可靠性研究可有可無，對整個生產制造產生不了多大影響。但是，一些國際上的發達國家都把可靠性研究作為生產上的重要部分，如果我們國內企業還對可靠性研究不夠重視，勢必會導致在未來的競爭上輸給對手，從而徹底喪失與之競爭的能力。可靠性是個系統工程，它涉及廣泛且較為復雜，沒有一個機構來統籌考慮和貫徹實施，是無法使產品可靠性得到保障。因此，我國企業不僅要開始重視可靠性研究，而且應當成立相關獨立研究部門，進行專門的產品可靠性設計研究及可靠性試驗，從而確保產品在各環節上的可靠性，使得產品質量往更高的水平發展，從而可以在國際上占有足夠的競爭優勢。為了企業的未來，國內企業應該開始足夠的重視起產品的可靠性研究，才能加厚自身競爭資本，這是時代的呼喚，也是歷史的強音。

4、總結

隨著我國經濟建設腳步不斷加快，機械制造業也日趨強大，并朝著更復雜、更深度的方向發展，對產品進行可靠性優化設計將會變得越來越頻繁，使用也將越來越廣泛，這是我們樂意看到的，也是現代企業發展的必然趨勢。

參考文獻

[1] 崔健.錨固工程設計與應用[J].鐵道建筑，2006，（01）

[2] 宋琳，周小鋒.機械設計中的人機工程[J].機械，2003，（S1）.