機械工程的可靠性優化設計分析

劉峰　王慶鑫　趙秉祝

摘? ? 要：隨著我國經濟技術的快速發展，人們對機械工程提出了更高的要求，機械工程產品應用廣泛，對產品可靠性有較高要求，需要從多角度出發，對產品可靠性進行優化設計。首先對機械工程產品可靠性設計現狀進行分析，探討機械工程產品可靠性設計存在的不足。在此基礎上，研究機械工程產品可靠性優化設計要點，提出幾點具體的優化方法，以期促進其產品質量水平的提升。

關鍵詞：機械工程;產品可靠性;優化設計

1? 引言

我國機械工程制造業發展較快，產品質量水平不斷提升，已經進入良性發展期。但是在機械工程產品設計中，由于未能處理好產品功能擴展與可靠性要求的關系，導致產品可靠性存在不足，容易對產品使用安全造成一定影響。針對這種問題，應在提升產品可靠性設計重視度的基礎上，采取有效的優化措施，為產品可靠性提供保障。

2? 機械工程可靠性優化的現狀

我國機械工程制造業發展的起步較晚，在上世紀80年代時，才在產品可靠性設計方面取得一定突破。隨著國內機械工程產品可靠性研究組織機構的相繼成立，加快了我國產品可靠性設計的標準化進程，對于推動機械工程制造業發展做出了重要貢獻。但客觀而言，我國機械工程產品可靠性研究仍落后與西方發達國家，現有研究成果也偏重于理論，在實際生產領域的應用較少。從機械工程實踐情況來看，由于缺少產品可靠性的優化設計經驗，難以根據機械工程產品的實際用途、功能性能特點，對產品可靠性作出有效優化。或因產品可靠性優化設計周期較長，影響了實際工程進程。再加上成本等方面的客觀限制條件，導致部分產品可靠性不足，容易影響機械工程產品的運行安全性和穩定性。針對這種狀況，必須提高對機械工程產品可靠性設計的重視，同時應明確機械工程產品可靠性設計優化應貫穿于工程實踐的全過程中，與產品制造、安裝、使用及維修緊密結合起來，不斷積累經驗，提高機械工程產品可靠性設計水平。

3? 機械工程的可靠性優化設計原理

3.1? 機械可靠性定量設計方法

機械可靠性設計的定義是指借助可靠性試驗并且對可靠性數據的結果進行分析，再通過物理學方面的研究來確定試驗產品的設計參數，以達到提高試驗產品的整體品質和性能的一種方法。憑借此方法，不僅可以在對產品進行設計的階段就確定好產品需要參照的可靠性指標，還可以確定機械產品的關鍵零部件的具體性能和具體的使用年限。機械可靠性定量設計方法是指，在對機械產品進行設計的階段，應用合理的概率方法、考慮機械產品的實效概率以及可靠度對機械應力和機械強度等隨機變量數據進行計算。之后再應用計算出的數據對機械的可靠性設計進行評估。

3.2? 機械可靠性定性設計方法

在對機械產品進行設計的階段，為提高設計質量，從之前的成功或失敗中吸取經驗教訓，避免出現之前發生過的問題。具體來看，就是在對機械產品進行設計的階段，先預估投入使用這些機械產品后可能會出現的各種問題，并且分析考慮會影響機械產品的使用過程因素，再對設計方案進行合理的改進，減少影響機械產品運行的不良因素所帶來的影響。

3.3? 機械工程的可靠性優化設計基本理論

在工程實踐中，設計人員發現在隨機性之外，模糊信息對于工程而言也是至關重要的。故而，在以往的可靠性理念中，概率論和模糊理論是對不確定問題的最好闡釋。但是以上方式如果要追求精準性，就必須要有足夠龐大的數據支撐，計算量極為龐大。在各項優化的基礎上，研究人員提出了結構概率，模糊，非概率混合可靠性模型，這是對現有信息的一種綜合，可以更加系統、全面地表征真實的安全情況，為以后的設計做好充分的準備打下堅實的基礎。

4? 機械工程中可靠性優化設計的應用

4.1? 產品設計環節

在機械工程產品的設計工程中，最為關鍵的環節就在于對產品的整體組配和零部件的組裝。機械產品由于本身系統非常精密，因此需要具備足夠高的可靠性能，對于機械產品的優化主要在以下幾個方面：①先大致了解并且具體掌握機械制造的完整流程，同時對于每一個零部件進行可靠性分析，進而推斷出整體機械工程產品的可靠性能，并且以推測結果為基礎進行指標設計。②進行指標分配，為了滿足各個部件之間可靠性指標的要求，需要將機械制造的產品整體性能都分配到各個零部件之中。可靠性分配環節一般而言有再分配、比例分配以及等分配等多樣的評分方法。對于單個零部件的設計過程，為了確保該零部件能夠滿足國家制定的標準規格，需要進行嚴格的比對和審查，確保機械工程的整體可靠性能。可靠性實驗也是相當必要的，尤其是關鍵部位的零部件需要對其進行可靠性檢測試驗。對于可能出現問題的地方需要進行調整，直到其能夠滿足可靠性能的優化設計要求。

4.2? 產品制造環節

機械工程產品的整體質量要想獲得提升，就需要從制造環節進行控制，機械產品的制造環節需要投入足夠的重視，尤其是在可靠性能優化這一方面。在加工工藝中，需要選擇比較高的技術水平，提升技術規格，這樣就可以有效地提高機械制造的整體水平。機械產品制造的每一個流程都相當關鍵，可靠性優化的設計需要兼顧加工材料以及設備等方面，在全面考慮的基礎上才可以制定出一套真正行之有效的優化設計指標。

4.3? 使用維修階段

機械制造產品有一些屬于損耗品，所有的產品都具備使用壽命，使用壽命不僅與產品的本身設計有關，同時還與產品的后期使用以及保養情況有關，如果后期在機械產品的維修階段采取了正確的維修方式，那么就可以有效地延長設備的使用壽命，這就相當于大幅度增加了對資源的利用率。而要想達到這一點就需要相關的工作人員從實際情況出發，通過自己的思維和邏輯判斷明確產品需要維修的部位和具體的維修方法。經驗豐富的維修人員可以通過優秀的維修手段大幅度提升一些產品的使用壽命。因此，在機械工程維修的可靠性優化設計過程中，不僅要控制維修的費用，同時也要考慮到可靠性維修的準確性。這樣產品如果發生故障，問題點也會很快被發現并且及時得到糾正，這樣就可以達到延長機械產品使用壽命的要求。

4.4 傳統設計方法與可靠性相結合設計

當前的可靠性設計理論不僅缺少數據支撐，而且即便是一個小的結構，它也存在多種失效模式，因此對于簡單零件是不建議使用可靠性概率設計的;以往的安全系數法縱然有著多項不足，但是相對而言更加直觀、便捷。并且，在多種工況下都能保障產品可靠性，有著一定的運用價值。現在使用概率設計法來完善安全系數法，使用各項成熟的設計方法進行產品設計計算，然后將理論計算值與實際試驗結果進行對比，總結相關設計經驗，建立可靠性設計數據庫，為今后設計帶來參考。

5? 結束語

綜上所述，機械可靠性設計是一種能夠達到提高試驗產品的整體品質和性能的方法。為了保證機械產品的正常運行，在設計機械零件時一定要計算其可靠性指標，才能保證機械產品的質量。本文分析了機械可靠性設計方式的原理、機械可靠性的具體設計方式以及機械可靠性設計方式的實際應用。對機械可靠性設計方式廣泛應用，有助于相關企業更好地在市場上競爭。

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