機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與遞進(jìn)分析

黃仁聰

【摘 要】隨著科技的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中越來(lái)越多的運(yùn)用到了高新技術(shù)，但在對(duì)高新技術(shù)運(yùn)用的同時(shí)其產(chǎn)品的可靠性也要有保障，因此這就需要對(duì)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是建立在故障物理學(xué)研究理論基礎(chǔ)之上，同時(shí)結(jié)合了產(chǎn)品可靠性實(shí)驗(yàn)對(duì)故障系數(shù)進(jìn)行分析，提供實(shí)際數(shù)據(jù)以保證產(chǎn)品質(zhì)量的方法。本文就針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與遞進(jìn)進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械；可靠性設(shè)計(jì)；內(nèi)涵；遞進(jìn)

1.可靠性設(shè)計(jì)內(nèi)涵

現(xiàn)代化機(jī)械生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)告我我們，在進(jìn)行機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造以及使用這三個(gè)過(guò)程當(dāng)中，機(jī)械的設(shè)計(jì)直接決定了其產(chǎn)品的可靠性水平?？煽啃栽囼?yàn)的數(shù)據(jù)是機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但是試驗(yàn)并不能提高機(jī)械的可靠性，只能將其得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出產(chǎn)品的不足，對(duì)其進(jìn)行改善設(shè)計(jì)才能提高產(chǎn)品的固有可靠性。

機(jī)械產(chǎn)品和可靠性的關(guān)系圖

機(jī)械振動(dòng)將會(huì)嚴(yán)重影響到其機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)質(zhì)量與系統(tǒng)的工作精度以及使用壽命等，研究機(jī)械動(dòng)態(tài)可靠性可以有效的實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜設(shè)備機(jī)械的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)功能，因此緊密聯(lián)系到國(guó)家重大戰(zhàn)略需求是進(jìn)行機(jī)械動(dòng)態(tài)可靠性研究的關(guān)鍵。傳統(tǒng)常用的動(dòng)態(tài)可靠性設(shè)計(jì)理論并不能有效的對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行充分的考慮，為了彌補(bǔ)這樣的不足就需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)可靠性的研究。動(dòng)態(tài)可靠性的研究所強(qiáng)調(diào)的事實(shí)主要有三點(diǎn)：一是機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的演變過(guò)程是動(dòng)態(tài)行為的結(jié)果；二是機(jī)械損傷會(huì)直接影響到結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性；三是動(dòng)力學(xué)行為必然會(huì)影響機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性以及失效率。從以上強(qiáng)調(diào)的事實(shí)中可以看出：如果在進(jìn)行機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有考慮到動(dòng)態(tài)特性，將很難準(zhǔn)確有效的得到產(chǎn)品的失效率以及可靠性信息。當(dāng)然，機(jī)械動(dòng)態(tài)的漸變可靠性理論是傳統(tǒng)可靠性理論的升華過(guò)程，是充分將機(jī)械動(dòng)力學(xué)和機(jī)械可靠性有機(jī)的結(jié)合在一起，對(duì)機(jī)械動(dòng)態(tài)可靠性進(jìn)行充分研究的方法，這種方法擺脫了傳統(tǒng)方法用的固定、靜止的觀點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的陳舊框架局面，使得設(shè)計(jì)的工作更加深入，準(zhǔn)確，更能符合當(dāng)前機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際情況，以便滿足社會(huì)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量日益提高的需求。

2.機(jī)械可靠性的遞進(jìn)分析

2.1可靠性設(shè)計(jì)的優(yōu)化

機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)一般包含三方面的優(yōu)化，即是質(zhì)量?jī)?yōu)化、成本優(yōu)化以及可靠度優(yōu)化。把產(chǎn)品的總體可靠度作為性能約束的優(yōu)化，將會(huì)產(chǎn)生與產(chǎn)品合理安全性相互協(xié)調(diào)的平衡設(shè)計(jì)，也就是在給予固定的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品質(zhì)量或者是產(chǎn)品成本的條件下，使產(chǎn)品擁有最大的可靠性。

在近幾十年來(lái)的機(jī)械設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域當(dāng)中，正在逐步出現(xiàn)不少現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方案以及相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)，其可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化在理論基礎(chǔ)和運(yùn)用基礎(chǔ)上都達(dá)到了一定的水平。但是如果單方面的進(jìn)行產(chǎn)品可靠性的設(shè)計(jì)，還是優(yōu)化設(shè)計(jì)，都是不可能將其巨大的潛力完全發(fā)揮出來(lái)的，這是因?yàn)榭煽啃栽O(shè)計(jì)并不等同于優(yōu)化設(shè)計(jì)，而優(yōu)化設(shè)計(jì)也不一定就包含了可靠性設(shè)計(jì)，兩者之間都沒(méi)有一個(gè)絕對(duì)的相互關(guān)聯(lián)性。另外，由于機(jī)械產(chǎn)品十分復(fù)雜，具有眾多的設(shè)計(jì)參數(shù)，想要對(duì)這些參數(shù)同時(shí)進(jìn)行確定設(shè)計(jì)，光靠可靠性設(shè)計(jì)是顯然不可能的，所以同時(shí)還要進(jìn)行可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在既保證機(jī)械產(chǎn)品具有相應(yīng)的可靠性要求的同時(shí)還保證了機(jī)械的最佳工作性能，一舉兩得，只有這樣才能發(fā)揮出可靠性設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的巨大潛力，才能在保證機(jī)械產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)又保證其使用過(guò)程中的安全可靠。

2.2可靠性靈敏度的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)模型修改、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的識(shí)別以及對(duì)機(jī)械可靠性的估計(jì)變化趨勢(shì)中，靈敏度的分析已經(jīng)成為了不可或缺的設(shè)計(jì)工具。在進(jìn)行實(shí)際工程的設(shè)計(jì)方案時(shí)，一般都需要進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試試驗(yàn)分析，如果方案有所變動(dòng)，那么就需要重新進(jìn)行一次，這樣將極大的消耗人力以及財(cái)力。

機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相對(duì)于復(fù)雜的產(chǎn)品其物理參數(shù)和幾何參數(shù)是很多的，對(duì)這些機(jī)械產(chǎn)品的特性參數(shù)進(jìn)行靈敏度研究設(shè)計(jì)，估算出參數(shù)的變化效果，分析出產(chǎn)品參數(shù)的變量，可以有效的優(yōu)化產(chǎn)品的性能，延長(zhǎng)其使用壽命，降低工作的成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，所以靈敏度分析是機(jī)械產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。靈敏度分析最初在進(jìn)行對(duì)機(jī)械控制系統(tǒng)的參數(shù)變化效果估計(jì)中取得了良好的效果，得到了各界的肯定，而現(xiàn)在的靈敏度分析已經(jīng)在生理學(xué)、物理學(xué)、動(dòng)力學(xué)等多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)最佳的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮出設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和能力，實(shí)現(xiàn)有效的人機(jī)交互輔助控制靈敏度設(shè)計(jì)是具有極大現(xiàn)實(shí)意義的。

2.3可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)

機(jī)械產(chǎn)品的總體質(zhì)量一般可以分為用戶質(zhì)量和技術(shù)質(zhì)量。用戶質(zhì)量是指用戶在實(shí)際使用過(guò)程中感受到、接觸到的產(chǎn)品優(yōu)劣的質(zhì)量特性；技術(shù)質(zhì)量主要是指機(jī)械產(chǎn)品在優(yōu)良的設(shè)計(jì)以及制造質(zhì)量下達(dá)到的最理想的工作穩(wěn)健性。穩(wěn)健設(shè)計(jì)作為一種成本較低質(zhì)量較高的設(shè)計(jì)方法，不僅可以提高產(chǎn)品的實(shí)際質(zhì)量，還可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

機(jī)械產(chǎn)品穩(wěn)健設(shè)計(jì)的有效實(shí)用途徑是通過(guò)極小化靈敏度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其主要過(guò)程是在設(shè)計(jì)階段通過(guò)進(jìn)行產(chǎn)品的靈敏度分析，控制產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)不確定因素的敏感度最小，達(dá)到產(chǎn)品具有較高穩(wěn)健性的目的。其產(chǎn)品的可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)是在可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和靈敏度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，將可靠性靈敏度設(shè)計(jì)有效的與優(yōu)化設(shè)計(jì)相融合，將可靠性穩(wěn)健設(shè)計(jì)歸納為滿足可靠性要求的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題當(dāng)中來(lái)，使其機(jī)械產(chǎn)品在各種不確定因素的干擾之下，都可以保持其可靠性的穩(wěn)定，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.總結(jié)

機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)越來(lái)越受到各行各業(yè)的重視，其發(fā)展的速度也變得更加的迅猛。在機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)突飛猛進(jìn)的當(dāng)今，只有認(rèn)真做好其可靠性設(shè)計(jì)工作，發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)才有助于機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，才能積極推進(jìn)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)程，做出相應(yīng)的貢獻(xiàn)。

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