實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

李昊 董永杰

摘 要：伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械工程設(shè)計(jì)已經(jīng)得到了很大進(jìn)步，并形成了一個(gè)十分復(fù)雜的專業(yè)領(lǐng)域。由于當(dāng)前機(jī)械產(chǎn)品品種多樣，而且任何產(chǎn)品都需要保證可靠性，所以必須加強(qiáng)機(jī)械工程的可靠性設(shè)計(jì)。雖然機(jī)械工程可靠性的設(shè)計(jì)方法有很多，但是每種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需要選擇最佳的設(shè)計(jì)方法，保證不斷優(yōu)化機(jī)械工程的可靠性設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程;機(jī)械產(chǎn)品;設(shè)計(jì)方法;可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，人們不僅對(duì)多功能產(chǎn)品有強(qiáng)烈的需求，也需要多功能產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)其應(yīng)具備的功能。產(chǎn)品的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)是以產(chǎn)品功能的可靠性使用為目的而應(yīng)運(yùn)而生的產(chǎn)物，從產(chǎn)生開(kāi)始到現(xiàn)在，已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展與廣泛地使用[1]。在進(jìn)行機(jī)械工程的產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，將可靠性理論與技術(shù)應(yīng)用于其中，并根據(jù)需要與可能，將產(chǎn)品的可靠性使用作為優(yōu)先考慮的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;在滿足時(shí)間、費(fèi)用及性能的基礎(chǔ)上，讓設(shè)計(jì)出的機(jī)械工程產(chǎn)品符合可靠性的要求。可靠性的設(shè)計(jì)問(wèn)題在涉及傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)的同時(shí)，也與價(jià)值工程、系統(tǒng)工程、環(huán)境工程及質(zhì)量控制工程等有著密切的關(guān)系。因此，可靠性設(shè)計(jì)是多學(xué)科與多技術(shù)相互交叉融合的一種新興技術(shù)。

1 關(guān)于可靠性設(shè)計(jì)

要想對(duì)該設(shè)計(jì)技術(shù)有一定的掌握，第一要明白的就是何為可靠性。具體的說(shuō)，它是指產(chǎn)品在要求的背景下，完成其特定功效的水平。此處講到的產(chǎn)品是指的研究和測(cè)試中的所有的零件或是體系或是裝置等等。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)用可靠性的理論和技術(shù)、根據(jù)需要和可能、優(yōu)先考慮可靠性要求。在合乎性能以及時(shí)間等的背景下，確保設(shè)計(jì)得到的產(chǎn)品有著較高的可靠性規(guī)定，即我們此處講到的可靠性設(shè)計(jì)。它不單單牽扯到平時(shí)我們應(yīng)用的設(shè)計(jì)內(nèi)容，同時(shí)還和體系工程以及品質(zhì)控制科技等等內(nèi)容有著非常緊密的關(guān)聯(lián)。所以，其實(shí)一個(gè)綜合性的技術(shù)。其不單單用到設(shè)計(jì)步驟中，還用到產(chǎn)品生產(chǎn)以及測(cè)試等等的多個(gè)步驟里。目前該項(xiàng)技術(shù)被大量的應(yīng)用到工業(yè)活動(dòng)中。

1.1 關(guān)于可靠性

從最初開(kāi)始探索到至今差不多用了六十多年的時(shí)間。通過(guò)分析它的發(fā)展步驟可以將其概括為三個(gè)階段。

1.1.1 初期研究階段（20 世紀(jì) 30～40 年代）：二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，美國(guó)參戰(zhàn)的飛機(jī)、軍艦等重要軍事裝備常因故障貽誤戰(zhàn)機(jī)，為此軍事裝備的可靠性問(wèn)題逐漸引起了人們的關(guān)注，開(kāi)始著手研究如何避免和減少這些“意外”事故的發(fā)生并最早提出了產(chǎn)品的定量可靠性問(wèn)題。接著美國(guó)、德國(guó)的專家針對(duì)飛機(jī)、V-Ⅱ火箭誘導(dǎo)裝置的可靠性又提出了相應(yīng)的指標(biāo)。1942 年美國(guó)麻省理工學(xué)院的一個(gè)研究室對(duì)真空管的可靠性進(jìn)行了相當(dāng)深入的研究。所有這些都表明可靠性研究已進(jìn)入了定量研究的初期階段。

1.1.2 形成發(fā)展階段（20 世紀(jì) 50～60 年代）：在這個(gè)階段，國(guó)際上的一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展速率較快的國(guó)家，比如美蘇等都積極的開(kāi)始了可靠性方面的研究工作，而且獲取了非常顯著的成就，大體上明確了該項(xiàng)探索工作的理論基礎(chǔ)以及探索趨勢(shì)，由此而使得該項(xiàng)研究工作發(fā)展到一個(gè)全新的時(shí)期。這一時(shí)期，研究范圍不斷擴(kuò)大，從電子產(chǎn)品擴(kuò)展到機(jī)械產(chǎn)品，從軍工產(chǎn)品擴(kuò)展到民用產(chǎn)品，可靠性技術(shù)進(jìn)一步完善，理論研究不斷深入，為可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)一步國(guó)際化奠定了基礎(chǔ)。

1.1.3 國(guó)際化階段（20 世紀(jì) 70 年代后）：隨著可靠性技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，其優(yōu)越性越來(lái)越受到世界各國(guó)的高度重視，并相繼投入了大量的人力物力開(kāi)展這項(xiàng)研究工作。各種國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的召開(kāi)、國(guó)際可靠性和可維護(hù)性技術(shù)委員會(huì)的成立，標(biāo)志著可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了國(guó)際化時(shí)代。

1.2 關(guān)于我國(guó)在該方面的探索狀況簡(jiǎn)述

該項(xiàng)探索活動(dòng)在我們國(guó)家開(kāi)始的比較晚，一直到上個(gè)世紀(jì)末期的時(shí)候才開(kāi)始快速的發(fā)展，一些領(lǐng)域還專門(mén)的設(shè)置了研究組織，不斷的培養(yǎng)人才。不過(guò)從總的發(fā)展態(tài)勢(shì)來(lái)看，目前的理論方面的知識(shí)比較充足，但是具體的應(yīng)用卻是少之又少，和一些發(fā)達(dá)國(guó)家比對(duì)來(lái)看還是有距離的。

2 關(guān)于可靠性設(shè)計(jì)的發(fā)展方向

可靠性存在于產(chǎn)品的整個(gè)使用階段，如今的該項(xiàng)設(shè)計(jì)主要是用到產(chǎn)品最初設(shè)計(jì)以及后續(xù)生產(chǎn)和隨后的維護(hù)等層面中。

2.1 機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)

該項(xiàng)設(shè)計(jì)涵蓋了整機(jī)以及部件兩類設(shè)計(jì)。對(duì)于前者來(lái)講，可以把它當(dāng)成是一個(gè)總的體系來(lái)設(shè)計(jì)，其方式有如下的兩個(gè)類型。首先是結(jié)合部件的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)內(nèi)容，分析體系的穩(wěn)定性指標(biāo)，即我們講到的可靠性預(yù)測(cè)，只有結(jié)局合乎指標(biāo)的規(guī)定就行，假如無(wú)法合乎規(guī)定的話就要按照第二類措施來(lái)開(kāi)展工作。這種措施是對(duì)零件進(jìn)行分配，也就是說(shuō)把體系指標(biāo)均攤到所有的零件上，可靠性分配方法主要有等分配法、再分配法、比例分配法和綜合評(píng)分分配法四種。在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要使用標(biāo)準(zhǔn)件，通常的零件可以按照類比措施來(lái)設(shè)計(jì)，關(guān)鍵的部件則要按照概率措施來(lái)設(shè)計(jì)。要對(duì)可靠性多次的評(píng)審，一直到其合乎規(guī)定才可以。除此之外，還應(yīng)該開(kāi)展人機(jī)體系設(shè)計(jì)工作。

2.2 生產(chǎn)過(guò)程中的可靠性設(shè)計(jì)

該時(shí)期的設(shè)計(jì)是確保產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)秀的重點(diǎn)，除了要選取穩(wěn)定性優(yōu)秀的設(shè)備之外，還要注重方案以及步驟的設(shè)計(jì)工作。工藝步驟本身就可被看成是一個(gè)體系，所有的方案工序都可被當(dāng)成是一個(gè)小的體系。在進(jìn)行這些小體系的設(shè)計(jì)的時(shí)候要全方位的分析到機(jī)械以及工藝物質(zhì)和工作者的素養(yǎng)等等方面的要素，明確出可靠性指標(biāo)，進(jìn)而結(jié)合體系間的關(guān)聯(lián)得到預(yù)測(cè)可靠度（如自動(dòng)線、流水線等的設(shè)計(jì)）。

2.3 使用維修的可靠性設(shè)計(jì)

產(chǎn)品以可靠性為中心維修應(yīng)采用邏輯分析決斷法，科學(xué)地制定維修內(nèi)容和優(yōu)選維修方式，合理確定使用期，以控制機(jī)械設(shè)備使用的可靠性。機(jī)械產(chǎn)品的可維修性與可靠性一樣，其是機(jī)械設(shè)備本身的一個(gè)可靠性指標(biāo)。在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮其維修性，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在使用過(guò)程中做到故障易發(fā)現(xiàn)、易檢查、易修復(fù)，力求防患于未然。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)時(shí)要以最低的費(fèi)用來(lái)維護(hù)和提高設(shè)備的可靠性水平，盡量減少排除故障所用的維修時(shí)間。因此，要在可靠性理論的基礎(chǔ)上制定合理、經(jīng)濟(jì)的維修規(guī)則，采用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)和合理的維修方式（如視情維修方法、監(jiān)控事后維修方法），使用標(biāo)準(zhǔn)的維修工具及設(shè)備，提高維修人員的技術(shù)水平，使機(jī)械維修工作進(jìn)一步走向科學(xué)化和現(xiàn)代化。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著機(jī)械工程前沿技術(shù)的發(fā)展以及光伏系統(tǒng)的日趨多樣化，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，更多其他前沿技術(shù)的應(yīng)用也必將極大促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展帶來(lái)革命性的變化。機(jī)械工程智能化發(fā)展對(duì)于國(guó)民生產(chǎn)、生活以及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等方面都具有重大意義，但影響機(jī)械工程智能化發(fā)展的因素復(fù)雜，改善措施多樣。我們都知道，在之前使用的一般的設(shè)計(jì)方法中，沒(méi)有認(rèn)真的分析到可靠性內(nèi)容，所以它們是不能夠精準(zhǔn)的體現(xiàn)產(chǎn)品本身的運(yùn)作狀態(tài)的。文章中講述的這個(gè)可靠性的設(shè)計(jì)措施在設(shè)置的時(shí)候沒(méi)有將成本以及規(guī)模等要素放到設(shè)計(jì)內(nèi)容中。對(duì)于一些設(shè)計(jì)，假如只是使用優(yōu)化方法或是僅僅的使用文章講述的該項(xiàng)設(shè)計(jì)措施的話，都是無(wú)法獲取完美的設(shè)計(jì)意義的，因此要想獲取較好的效果就要將兩個(gè)措施有效的融合統(tǒng)一到一起，只有這樣才可以彌補(bǔ)本身的缺陷。由于機(jī)械產(chǎn)品如今不斷的朝著大規(guī)模，繁瑣化的方向發(fā)展，此時(shí)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在機(jī)械工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)

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[2]萬(wàn)耀青，等.機(jī)電工程現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1994.