試論機(jī)械工程的可靠性優(yōu)化設(shè)計

孫全芳

摘 要：改革開放以來，我國的機(jī)械制造業(yè)取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，機(jī)械工程在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各種領(lǐng)域中占有十分重要的地位和作用，是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱。在機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械工程的可靠性優(yōu)化設(shè)計顯得尤為重要。探討了在機(jī)械設(shè)計中的可靠性優(yōu)化設(shè)計，從幾個方面研究了可靠性優(yōu)化設(shè)計應(yīng)當(dāng)注意的一些問題及我國在可靠性研究方面所存在的不足之處。

關(guān)鍵詞：機(jī)械工程；可靠性

一、產(chǎn)品可靠性設(shè)計的現(xiàn)狀和研究背景

1.產(chǎn)品可靠性設(shè)計的現(xiàn)狀

由于各種歷史原因，我國機(jī)械制造業(yè)相對西方國家相對落后，而在可靠性方面的研究更是相對滯后。直到上個世紀(jì)80年代，我國在可靠性方面的研究才有了一些成效，個別行業(yè)還有了專門研究可靠性的組織機(jī)構(gòu)，并培養(yǎng)了一批可靠性方面的技術(shù)性人才，制定了一系列的可靠性標(biāo)準(zhǔn)。但從整體上來看，這些可靠性的研究都偏向理論，在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)用較少，與制造業(yè)發(fā)達(dá)的西方國家相比還存在很多的不足之處。

2.產(chǎn)品可靠性設(shè)計的研究背景

當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度越來越快，人們不僅擁有了更多的選擇產(chǎn)品的權(quán)利，而且現(xiàn)在人們更多追求產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性，所以自然出現(xiàn)了一種有關(guān)產(chǎn)品可靠性的設(shè)計，并得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，制造出來的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)也往越來越復(fù)雜的方向發(fā)展，由于高新技術(shù)不斷運(yùn)用在產(chǎn)品制造當(dāng)中及產(chǎn)品復(fù)雜性的逐漸提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度也大大超越以往。我們在設(shè)計一種產(chǎn)品的時候，需要有一個不斷深化認(rèn)識、逐步改進(jìn)和完善的過程。剛開始生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在投入使用中有一個試驗(yàn)的前提，也就是說初始產(chǎn)品必須經(jīng)過初試后才能投入市場，這是因?yàn)槌跏籍a(chǎn)品很多存在不可靠性，存在許多設(shè)計和工藝方面的缺陷。因此，一個生產(chǎn)產(chǎn)商在某種產(chǎn)品生產(chǎn)初期必須通過對產(chǎn)品設(shè)計和工藝規(guī)程進(jìn)行有計劃的改進(jìn)設(shè)計，以達(dá)到把故障問題根除在萌芽狀態(tài)的目的，從而提高產(chǎn)品的可靠性水平，逐步達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，于是一種可靠性設(shè)計研究便應(yīng)運(yùn)而生了。

在研究可靠性設(shè)計技術(shù)之前，我們必須先對產(chǎn)品的可靠性的含義有一定的了解?？煽啃钥梢赃@么定義：“產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。”定義中的“產(chǎn)品”范圍較廣，可以把某個元件當(dāng)著試驗(yàn)對象，也可以是器件、設(shè)備或系統(tǒng)，這里面甚至可以包括人的作用。

在可靠性設(shè)計當(dāng)中，在滿足功能、花費(fèi)、時間的前提下，使設(shè)計的產(chǎn)品的可靠性達(dá)到足夠的滿意程度，這就是產(chǎn)品的可靠性設(shè)計。可靠性設(shè)計涉及范圍極廣，不僅包括了一些傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，還與系統(tǒng)工程、環(huán)境工程、質(zhì)量控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等有著很大的關(guān)聯(lián)。因此，它是一個集多方面學(xué)科技術(shù)于一體的現(xiàn)代化新興技術(shù)。它不但在產(chǎn)品的設(shè)計過程中有運(yùn)用，而且在初產(chǎn)品到成品的各個工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有涉及。因，可靠性設(shè)計技術(shù)在軍事、航天、電子、機(jī)械等一些重要領(lǐng)域都應(yīng)用的極為廣泛，具有極為重要的作用。

二、可靠性的發(fā)展過程

從人們開始進(jìn)行可靠性技術(shù)研究起，至今已經(jīng)有將近70年的歷史。研究其發(fā)展過程，可歸納為早期研究、過程發(fā)展和國際化三個階段。

1.早期研究階段：在第二次世界大戰(zhàn)當(dāng)中，英美的戰(zhàn)斗機(jī)和軍艦等一些軍事上重要的裝備在戰(zhàn)場上頻繁出現(xiàn)機(jī)械故障，導(dǎo)致戰(zhàn)爭上的被動，這就引起了人們開始思考機(jī)械設(shè)備的可靠性問題，于是有關(guān)機(jī)械可靠性的研究開始了籌劃階段，以用來減少戰(zhàn)爭中的那些機(jī)械故障問題。接著英美德等國家針對不同軍事裝備提出了相應(yīng)的可靠性指標(biāo)。1942年，美國麻省理工學(xué)院在真空管的可靠性研究上取得了相當(dāng)大的成效。上述這些都表明我國在機(jī)械制造可靠性研究上已經(jīng)進(jìn)入初期研究階段，并取得了一定的成效。

2.過程發(fā)展階段：當(dāng)機(jī)械工程可靠性研究由早期的研究階段開始進(jìn)入了一個相對成熟的研究過程階段，我們把這個過程稱為過程發(fā)展階段。在這個階段中，制造業(yè)相對發(fā)達(dá)的一些國家，如美國、前蘇聯(lián)、德國、日本等對可靠性開始進(jìn)行了一些較為深入的研究工作，并在研究中獲得了很大的成功，這使得可靠性研究的未來發(fā)展方向得到了保證，使可靠性研究進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。在這一過程中，可靠性研究的很多方面都得到了良好的發(fā)展和完善，例如：研究范圍已經(jīng)從原來的機(jī)械產(chǎn)品過渡到電子產(chǎn)品，且范圍還在不斷的擴(kuò)大；理論研究不斷深入，已經(jīng)從原來的較為簡單的產(chǎn)品研究往更復(fù)雜多變的產(chǎn)品研究階段深入，為可靠性設(shè)計技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3.國際化階段：可靠性研究在經(jīng)過了最初的簡單研究到進(jìn)一步深入的過程發(fā)展階段，可靠性技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，它所展現(xiàn)的一些優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)逐漸被世界各國所關(guān)注，許多國家已經(jīng)陸續(xù)在這方面開展了研究工作并在人力物力上作出了很大的投入，使得可靠性研究開始了國際化進(jìn)程?？煽啃约夹g(shù)的國際化主要體現(xiàn)在各種國際學(xué)術(shù)組織的確立、國際可靠性和可維護(hù)性技術(shù)委員會的成立。

三、可靠性設(shè)計在機(jī)械中的應(yīng)用

產(chǎn)品的可靠性在產(chǎn)品的設(shè)計和使用周期內(nèi)的各個環(huán)節(jié)中都具有重要的作用，這些環(huán)節(jié)包括：產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品使用、售后維修等等。

在設(shè)計環(huán)節(jié)中可靠性設(shè)計的應(yīng)用。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計包括整體裝配設(shè)計及組裝零件設(shè)計。對整機(jī)產(chǎn)品可將其作為一個整體進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計主要分為兩種方式：（1）先對整個系統(tǒng)有一個大致了解，分析各個零部件的可靠性程度，并推斷整體可靠性程度，這就是整體設(shè)計的可靠性預(yù)測，預(yù)測結(jié)果必須滿足設(shè)計指標(biāo)；（2）把整體所要求的可靠性程度指標(biāo)分配到各個零件設(shè)計上，只要各個零件滿足可靠性要求即可，可靠性分配方法主要有四種：等分配法、再分配法、比例分配法、綜合評分分配法。在進(jìn)行單個零件設(shè)計過程中，我們挑選的零件盡可能采用國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)件或已經(jīng)在生產(chǎn)中大量使用的零件，并對重要性不同的零件分別用不同的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，一些關(guān)鍵部件必須進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。對產(chǎn)品的可靠性應(yīng)當(dāng)進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證和修改，直到滿足可靠性設(shè)計要求為止。另外，還要進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計，這方面主要包括操作舒適性和適應(yīng)性設(shè)計。