機械工程的可靠性優(yōu)化設計分析

王林飛

摘要：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(fā)，對產品可靠性進行優(yōu)化設計。所以，為了更好地滿足這個行業(yè)的發(fā)展需求，借此提高機械工程所帶來的社會效益和經(jīng)濟效益，機械工程的可靠性就需要加強，不斷優(yōu)化以促進該行業(yè)的發(fā)展水平不斷提升，今后為人們帶來更好的產品。

關鍵詞：機械工程;可靠性;優(yōu)化設計

隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及科技的進步，人們對于機械產品的要求也越來越高。所以機械產品在滿足功能性和多樣性的同時，更需要滿足可靠性的要求，所以本文針對機械產品的可靠性設計方面加以闡述分析。

一、機械工程產品可靠性設計現(xiàn)狀

我國機械工程制造業(yè)發(fā)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(yè)發(fā)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(fā)達國家，現(xiàn)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(yōu)化設計經(jīng)驗，難以根據(jù)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(yōu)化。或因產品可靠性優(yōu)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(wěn)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(yōu)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(jīng)驗，提高機械工程產品可靠性設計水平。

二、可靠性設計方法

可靠性優(yōu)化設計主要采用的方法有魯棒設計法和降額設計法

1.魯棒設計法

魯棒設計法，是由日本的機械設計師田口玄一首次提出，以統(tǒng)計分析為基礎，主要是根據(jù)產品的不可用性為用戶產生的損失來評判設計的可靠性。其中的損失指的是流失的可用性與合格可用性的比值，流失的可用性越大則可靠性越差，即產品合格性越差，說明產品質量不合格。因此，降低流失可用性是關鍵因素，也是提升產品質量的重點，可以通過嚴格審核產品設計、加強生產材料質量檢驗，優(yōu)化生產加工工藝、強化產品調試試驗等提升產品可靠性。任何一種機械產品都具有不同程度的敏感性，這是因為，機械產品設計功能的實現(xiàn)受到制造因素、使用環(huán)境因素以及使用年限等因素的影響。產品在制造過程中如溫度等可變因素有很多，使用過程中環(huán)境中的粉塵、煙霧、高溫等可變因素也很多，由于產品使用的時間變長，產品的結構會發(fā)生變化，某些參數(shù)可能會發(fā)生改變，系統(tǒng)不可避免地會老化，以上種種因素都會使得產品變得敏感，這種設計方法正是以降低這種敏感性為主要目的。當然，這種方法同樣也具有很多的不足之處，這種方法是將多種方法融合在一起，技術難度較大，耗資較多。在經(jīng)過長時間的努力實踐，人們已經(jīng)提出了該方法實現(xiàn)的最主要途徑，那就是提升產品的抗干擾能力。

2.降額設計

跟蹤機械產品的應用過程，獲悉大量的數(shù)據(jù)，分析表明故障率較低的產品在使用時的實際工作壓力都小于額定工作壓力。所以為了獲取最佳的降額方法，需要在反復的實踐過程中，將產品以及內部的各個零件的平均應力減小，將盡可能多的零件的強度提高。這樣就可以提高機械產品的可靠性。總而言之，降額設計的宗旨就是首先確保產品的所有零部件實際承受的應力都在額定的范圍之內，然后再進一步降低所有零部件的應力以提高產品的質量。

三、機械工程可靠性優(yōu)化設計

1.產品設計環(huán)節(jié)

在機械工程產品的設計工程中，最為關鍵的環(huán)節(jié)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(tǒng)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(yōu)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(huán)節(jié)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(guī)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(xiàn)問題的地方需要進行調整，直到其能夠滿足可靠性能的優(yōu)化設計要求。

2.制造過程的可靠性設計

設計給了機械產品一個構架，制造才真正給了機械產品一個完整性的實體，所以制造在形成機械產品的過程中具有關鍵性的地位，也是保證機械產品的可靠性非常重要的一個環(huán)節(jié)。為了保證機械產品的可靠性，首先，需要在考慮產品零部件裝配過程中出現(xiàn)的各種問題，提出有效的解決辦法。其次，需要針對不同的機械產品選擇合適的工藝流程。機械產品加工過程中的任何一個工藝或者流程都會影響到系統(tǒng)整體的可靠性。所以，機械產品制造過程的可靠性設計需要把握住機械零部件的裝配和工藝流程的選擇兩個重要環(huán)節(jié)，保證整個產品的可靠性滿足最優(yōu)化要求。

3.基于產品維護檢修的可靠性優(yōu)化

在機械工程產品的可靠性優(yōu)化過程中，也需要考慮產品在實際使用過程中的維護檢修問題。產品可靠性設計要求是在產品正常使用壽命內的可靠運行。但是隨著機械工程產品使用時間的推移，其各方面功能性能水平難免會出現(xiàn)下降，此時就需要采用合適的維護檢修方法，恢復產品正常運行，減少故障隱患。因此，在機械工程產品的可靠性優(yōu)化設計中，還需要突出產品特點，提前制定維護檢修辦法，為產品使用提供指導。同時應合理設計產品使用周期，明確產品報廢標準，避免存在較高故障隱患的產品仍然繼續(xù)使用，引發(fā)安全事故。產品維護檢修及保養(yǎng)措施應在設計文件和說明性文件中明確標注，在制定維修方案時，也需要考慮成本方面的問題，避免因運行維護成本過高，影響產品競爭力。通過基于以上幾方面的考慮，對機械工程產品可靠性作出多層次的優(yōu)化，可有效提升產品可靠性水平。

4.產品制造環(huán)節(jié)

機械工程產品的整體質量要想獲得提升，就需要從制造環(huán)節(jié)進行控制，機械產品的制造環(huán)節(jié)需要投入足夠的重視，尤其是在可靠性能優(yōu)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(guī)格，這樣就可以有效地提高機械制造的整體水平。

結語

機械工程產品可靠性設計在產品設計中占有重要地位，是機械工程產品必須滿足的設計要求。這時就需要相關人員以及工程制造企業(yè)對于產品設計的可靠性優(yōu)化指標設計投入足夠的重視，在產品設計、產品制造和后期的產品使用、維修環(huán)節(jié)都加以重視，及時地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，用最低的成本同時選擇最有效的維修方法將發(fā)現(xiàn)的故障及時排除，這樣機械產品本身的使用壽命就可以得到有效的延長，這不僅意味著機械產品作為一個資源可以得到更好的利用，更重要的意義在于產品本身的質量，即機械工程的可靠性也得到了大幅的提高。

參考文獻：

[1]馮忠緒，周保剛.工程機械可靠性的思考（上）[J].工程機械，2011.

[2]沈政，牛從民，鄧連喜.FMEA在工程機械系統(tǒng)可靠性設計中的應用[J].工程機械，2012.