機械產品可靠性保證體系的設想

張曉輝

摘 要：文章論述了機械產品的可靠性構成，并分別從設計可靠性、制造工藝可靠性及可靠性試驗等方面，論述了產品各階段可靠性工件的內容與難點及其可能的解決途徑，提出了機械產品可靠性保證體系的設想。

關鍵詞：機械產品 可靠性 保證體系；

一、引言

目前，可靠性研究正在走向深入，有關理論正在走向實際應用。產品可靠性變得越來越重要，也越來越迫切地要求解決相關理論與技術的應用問題。同時，機械產品可靠性分析還存在一定的難度。對于我單位的產品相當多的都是小批量、極少批量或單個產品，這些產品又必須在使用前預先知道其可靠度，工程中也不具備開展產品級的可靠性試驗的條件，所以，本文就小批量條件下機械產品的可靠性涉及的幾個問題進行了初步的探討，提出了機械產品的可靠性保證體系的構想，希望與學術同行共同探討。

二、機械產品的可靠性構成

通常，產品的可靠性是指產品在規定期限內、規定條件下完成規定功能的概率。產品的可靠性由組成產品的零部件的可靠性構成。

對于產品可靠性水平，是由設計來賦予、由制造來保證、由試驗來確定的。因此，從這一方面來說，產品的可靠性是由產品設計的固有可靠性、制造的可靠性與產品檢驗可靠性及儲存（含運輸、養護）可靠性、使用可靠性組成，即：

R=RDRMRRRU…………………（1）

這里只限定產品可靠性為產品出廠時的可靠性，即產品可靠度R，

R=RDRMRU………………………（2）

式中，RD、RM、RR、RU分別為產品的設計可靠度（固有可靠度）、制造可靠度、儲存可靠度、使用可靠度。

三、設計可靠性及其保證

機械可靠性設計是機械可靠性工程中研究得最多、較為成熟的一個部分。它包括應力強度干涉理論、系統可靠性分配與預計、FMEA、FMECA、FTA以及可靠性試驗等方面。針對零件或系統的失效模式，可以建立適當的可靠性模型，進行可靠性分析。

通常，機械設計時，零件的可靠性值可以通過類比試驗數據、應力分析求得。因可靠性水平與組成產品的故障模式機理相關，并不是所有的故障模式都能通過分析計算來解決。此時，如何確定小批量條件下的參數及其估計，成為當前至關重要但又未能解決的問題。參考文獻[1]介紹了幾種強度問題中小樣本、極小樣本的工程統計處理方法可供參考。

通常產品的設計可靠性（或稱固有可靠性） 是用戶所需要的。但可靠性設計可靠性應包括兩個層次，即設計產品的可靠性和設計過程的可靠性。產品的設計可靠性應該由可靠的設計過程予以保證。假設某項產品的設計過程可靠性很低，那么由此過程所得的結果——產品的固有可靠性也不會高。影響設計過程可靠性的因素包括：設計數據及其來源、設計程序、采用的方法、設計人員的能力等。因此，通過一系列的設計規范來規范、約束設計過程，建立健全設計過程可靠性保證體系，保證所設計產品的固有可靠性的可信度。

近年來，在貫徹通用可靠性設計標準的基礎上，結合具體產品設計應用需要，我部門已先后發布實施了《產品可靠性通用大綱》、《可靠性工作程序》等頂層管理標準，下發了《XX裝置可靠性設計準則》、《XX裝置維修性設計準則》、《元器件管理大綱》等企業標準，推動了基礎技術發展；結合信息收集的需要，下發了《產品可靠性信息管理規定》等一系列可靠性設計、管理等企業標準，在設計管理方面正逐步建全和完善設計過程的可靠性保證體系，并在設計部門開展了一系列的設計報告模版的貫徹實施，從一定程度上對提高所設計產品的固有可靠性的可信度提供了基礎保證。

四、 制造工藝可靠性

零件制造工藝可靠性（RM）包括工藝方法可靠性、工藝過程可靠性、設備精度及其可靠性等幾個方面。工藝過程可靠性由加工精度、工藝穩定性、工序可靠性構成。RM的影響因素多，有些是無法定量的。原則上，通過工藝管理可以控制工藝的影響以保證工藝可靠性，使得由工序能力指數定量地計算出工藝可靠度成為可能。

工序的可靠度可以用工序能力指數來綜合評價。工序能力指數可以通過一系列的工藝試驗或者正常生產數據來確定。

綜上所述，制造工藝可靠性在很大程度上依賴于制造階段的可靠性管理。包括以下幾個方面：

1）制造工藝的可靠性管理，審查選擇工序、設備、工裝與量具、測量方法等；

2）生產操作的管理。

3）工量卡具及測量儀器的管理。

4）外購件、外協件的管理。

制造階段的可靠性管理與制造質量保證是緊密相連的、相輔相成的，隨著近年來公司精益生產線的不斷增加，小形多樣化的流水生產線覆蓋面已包含從機械加工至產品總裝配的各階段，并先后發布了一系列的工藝制造過程控制標準，這使得產品制造過程的可靠度較以前得以提高。

五、可靠性試驗與數據處理

可靠性工程中，小批量產品可靠性的統計推斷是一個既重要又很難的問題。文獻[1]在結構強度問題的小樣本、極小樣本的試驗結果處理方面作了一些探討，提出了幾種簡便適用且有一定精度的方法，尤其是其同類母體綜合法與計算公式串組法，是兩個物理概念明確、操作性好的方法，值得推廣應用。

隨著小批量產品可靠性應用問題研究的深入及工程問題的增多，有必要針對我單位的典型產品研究相應的小樣本試驗結果處理方法，目前我們通過與高等院校合作等方式，已在開展該方面的應用研究。

六、小批量機械產品可靠性標準體系

總的來說，產品的可靠性是設計人員賦予、制造過程保證、檢測（試驗）評定的。產品從設計開始、到提交用戶使用，其可靠性最終體現是在用戶的使用階段。如前所述，我們不難看出，對于小批量產品，由于樣本數的限制，此時運用常規的機械可靠性工程方法缺乏相應的理論基礎，其結果勢必是可信度低。

解決的方法：一方面，要加強小樣本機械產品可靠性理論與方法的理論學習和研究；另一方面，需要從管理的角度，建立一系列的標準、規則來規范產品的設計、制造、試驗等工作，建立小批量機械產品可靠性標準體系。加強從設計、生產到提付用戶使用全過程的可靠性管理工作，以保證產品的可靠性。這就需要除了一些可靠性管理方法的通用標準、規范、條例外，針對產品的設計、制造過程中的具體問題，訂立相應的標準或條例。如近期研制的采用氣體能源作動中所使用的壓力容器，就需要對其設計中的工況選擇、應力強度分析等建立一些規范與條例。只有這樣才可能把可靠性工作落實到實際工作中去，才能夠從體制、方法、程序等方面保證所要求的產品可靠性。

綜上所述，機械產品可靠性標準體系至少要有三個層次，即通用標準、機械產品基礎標準及特定產品規范。

八、結束語

對于小批量機械產品的可靠性工作，由于其固有的特殊性，不能完全套用一般機械可靠性的理論與方法。需要尋找產品研制各個階段的可靠性工作標準，完善機械產品的可靠性標準體系，通過全過程管理來保障研制產品的可靠性。

參考文獻：

[1]張駿華.結構可靠性設計與分析 北京，宇航出版社，1989238-268；

[2]曾聲奎.可靠性設計與分析 北京，國防工業出版社，2011 6-12 291-307；

[3]王超等.機械可靠性工程 北京，冶金工業出版社，1992 520-521；

[4]楊為民等.可靠性維修性保障性總論 北京，國防工業出版社，1995 294-316；