機械可靠性與維修性的整合設(shè)計及在工程機械中的實踐探索

摘 要：新的經(jīng)濟發(fā)展形勢對工程機械的可用性提出了更高的要求，而機械產(chǎn)品的可靠性和維修性共同決定著產(chǎn)品的可用性。因此，對機械可靠性與維修性的整合設(shè)計進行研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文通過對機械可靠性與維修性的整合設(shè)計及其在工程機械實踐工作中的應(yīng)用進行研究，提出工程機械可靠性與維修度整合設(shè)計的相關(guān)方法，以便從設(shè)計環(huán)節(jié)提高工程機械產(chǎn)品的可靠性和維修性，從而改善當前國內(nèi)工程機械產(chǎn)品可靠性維修性較低這一現(xiàn)狀，保證其在使用過程中的可用性。

關(guān)鍵詞：工程機械 可靠性 維修性 整合設(shè)計

中圖分類號：TH122-4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0078-01

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和經(jīng)濟水平的不斷提高，工程機械在國民經(jīng)濟發(fā)展的地位越來越重要。在國民經(jīng)濟發(fā)展中地位的日益提高對工程機械的可靠性和維修性提出了更高的要求。而工程機械的可靠性和維修性作為其決定產(chǎn)品可用性的固有屬性，在設(shè)計時就被賦予在機械產(chǎn)品上了。所以對機械可靠性與維修性整合優(yōu)化設(shè)計方法進行研究，就是從設(shè)計環(huán)節(jié)保證工程機械的可用性，提高工程機械的質(zhì)量，延長工程機械的使用壽命。[1]

1 可靠性與維修性設(shè)計

所謂產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在一定的時間內(nèi)和規(guī)定的使用條件下所能夠完成規(guī)定功能的能力或者性質(zhì)，其衡量標準是產(chǎn)品的可靠度?？煽慷仍O(shè)計最初應(yīng)用于軍工方面，興起于20世紀50年代的美國，于60年代進入全面發(fā)展階段，80年代逐漸步入成熟階段，可靠性設(shè)計系統(tǒng)開始形成，也開始從軍工方面向其他方面的應(yīng)用發(fā)展。

所謂產(chǎn)品的維修性是指產(chǎn)品于規(guī)定條件和時間內(nèi)，依照規(guī)定程序及方法維修所能夠保持或回復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力，其以維修度為其概率度量。維修性設(shè)計方法興起于20世紀50年代后期，到60年代發(fā)展為定量度量，70年代發(fā)展到了故障自檢測，80年代發(fā)展成了人工智能，主要應(yīng)用于工作量大且費用高的軍用電子設(shè)備維修方面。[2]

可靠性維修性設(shè)計主要包括可靠性分配、維修性分配、可靠性維修性分析等三大內(nèi)容?？煽啃苑峙涞某Ｓ梅椒ㄓ械确峙浞ā⒈壤峙浞ê陀绊懸蛩胤治龇?；維修性分配傳統(tǒng)方法為等值分配法、按故障率分配法、按結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜性分配法等。關(guān)于可靠性維修性分析，不同的產(chǎn)品需要用不同的分析方法，例如分析電子產(chǎn)品的可靠性維修性需要使用指數(shù)分布模型，機電產(chǎn)品的可靠性維修性設(shè)計則需要采用Wellbull分布模型。具體到機械產(chǎn)品，需要采用“應(yīng)力—強度干涉模型”進行分析，這一模型的基本原理是機械部件危險斷面的最小強度應(yīng)大于等于最大的應(yīng)力。當最小強度小于最大的應(yīng)力，這一原理得不到滿足，部件就會失效。

2 工程機械可靠性維修性整合設(shè)計方法及實踐

工程機械的質(zhì)量和性能很大程度上取決于工程機械設(shè)計環(huán)節(jié)中可靠性維修性的保證?？煽啃栽O(shè)計能夠保證機械產(chǎn)品故障較少并在其規(guī)定的使用時間內(nèi)保持功能；維修性設(shè)計能夠保證機械設(shè)備在出現(xiàn)故障時及時維修好甚至在故障出現(xiàn)之前便解決可能導(dǎo)致故障的隱患，從而保證機械產(chǎn)品維修的有效性。產(chǎn)品的可靠性與維修性緊密相聯(lián)，而這兩個性能的保證都需要通過工程機械可靠性維修性整合設(shè)計的根本任務(wù)，而工程機械可靠性維修性整合設(shè)計方法的實現(xiàn)和應(yīng)用也將提高工程機械產(chǎn)品的可靠性和維修性。

2.1 機械產(chǎn)品可靠性維修性整合設(shè)計流程

可靠性、維修性整合設(shè)計流程應(yīng)該是一個閉環(huán)系統(tǒng)，如果設(shè)計結(jié)果不能夠滿足設(shè)計要求，就必須通過多次的反饋程序不斷地進行及時的設(shè)計目標和參數(shù)調(diào)整，直到設(shè)計結(jié)果與設(shè)計要求想?yún)f(xié)調(diào)，才可以進入下一個程序。設(shè)計流程主要包括產(chǎn)品方案設(shè)計、可靠性維修性優(yōu)化分配、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、可靠性維修性預(yù)估、與設(shè)計目標比較、產(chǎn)品實現(xiàn)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、產(chǎn)品可靠度維修度計算、可靠度維修度比較優(yōu)化等多個環(huán)節(jié)，而預(yù)估、比較及優(yōu)化便是這一包括多個程序的設(shè)計流程中的反饋環(huán)節(jié)。這些反饋環(huán)節(jié)的存在能夠促使設(shè)計過程中各種參數(shù)不斷進行調(diào)整和優(yōu)化，從而保證設(shè)計結(jié)果滿足設(shè)計要求，保證設(shè)計的質(zhì)量達到預(yù)期的產(chǎn)品可靠度和維修度。[3]

2.2 機械產(chǎn)品可靠性維修性整合優(yōu)化設(shè)計方法

從可修復(fù)系統(tǒng)的可用度方面來考慮，縮短修復(fù)時間可以提高設(shè)備的維修性，延長平均故障的出現(xiàn)周期可以提高機械設(shè)備的可靠性。一般來講，機械設(shè)備的零部件可以分為可修復(fù)和不可修復(fù)兩種。對于不可修復(fù)系統(tǒng)的機械系統(tǒng)，其性能只決定于機械產(chǎn)品的可靠度，對于可修復(fù)系統(tǒng)的可用度則由可靠性和維修性共同決定?？捎枚扔嬎惴椒ㄊ牵簷C械系統(tǒng)的可用度等于平均無故障時間除以平均無故障時間與平均修復(fù)時間之和，也等于修復(fù)率除以修復(fù)率與失修律之和。從其可修復(fù)系統(tǒng)的可用度計算方法來看，在設(shè)計的時候只需要縮短修復(fù)時間或者提高零部件的平均無故障時間就可以提高機械產(chǎn)品的可用度。

從產(chǎn)品壽命和使用費用的角度來講，建立于全生命周期投資—— 效益準則的工程機械可靠性維修性整合設(shè)計模型將有效地保證所設(shè)計產(chǎn)品的性能。全生命周期投資—— 效益準則認為，如果產(chǎn)品的使用度得以保證，在產(chǎn)品使用周期內(nèi)費用最低者效益最大。在產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)，可以從產(chǎn)品全周期投資費用與產(chǎn)品可靠性維修性之間的關(guān)系進行考慮，并基于產(chǎn)品可靠性與維修性建立數(shù)學模型和函數(shù)關(guān)系。根據(jù)分析，得出產(chǎn)品可靠度、維修度與產(chǎn)品全生命周期費用的函數(shù)關(guān)系。在實際設(shè)計過程中，首先需要確定產(chǎn)品需要達到的可用度目標，然后基于全生命周期投資—— 效益準則建立起來的優(yōu)化模型對可靠度及維修度進行優(yōu)化，從而達到產(chǎn)品生命周期費用最低這一目標函數(shù)，達到最大的效益。[4]

3 結(jié)語

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和市場競爭的加劇，消費者對于工程機械系統(tǒng)的可靠性和維修性提出了更高的要求。而產(chǎn)品的可靠性和維修性主要取決于產(chǎn)品的設(shè)計環(huán)節(jié)。本文對機械可靠性和維修性整合設(shè)計及基于產(chǎn)品全生命周期投資—— 收益準則的工程機械可靠性維修性整合設(shè)計優(yōu)化模型進行研究，旨在從設(shè)計環(huán)節(jié)保證產(chǎn)品的可用度，改善當前國內(nèi)工程機械產(chǎn)品可靠性維修性較低的現(xiàn)狀。

參考文獻

[1]王軍保.機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計思路探討[J].城市建設(shè)理論研究，2012（13）.

[2]王玉玲.機械可靠性維修性優(yōu)化設(shè)計方法及其在工程機械中的應(yīng)用[D].山東大學，2007.

[3]陳云翔.可靠性與維修性工程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007（11）.

[4]劉桂泉.淺議機械可靠性維修性優(yōu)化設(shè)計方法與應(yīng)用[J]中國科技博覽，2010（18）.