機(jī)械設(shè)計(jì)可靠性分析

徐佳龍 陳鴻珂

摘要：近幾年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，工業(yè)建設(shè)規(guī)模與數(shù)量不斷提升，為進(jìn)一步便捷人們的生產(chǎn)與生活，各類機(jī)械設(shè)備的可靠性設(shè)計(jì)，成為當(dāng)下必須解決的問(wèn)題。這也是人類工業(yè)發(fā)展的基本需求，尤其是在現(xiàn)階段，正處于尖端科技改革發(fā)展的關(guān)鍵階段。因此，對(duì)機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方式研究有著鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì);可靠性;應(yīng)用

一、設(shè)計(jì)原理

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的定義是指借助可靠性試驗(yàn)并且對(duì)可靠性數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行分析，再通過(guò)物理學(xué)方面的研究來(lái)確定試驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)，以達(dá)到提高試驗(yàn)產(chǎn)品的整體品質(zhì)和性能的一種方法。憑借此方法，不僅可以在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的階段就確定好產(chǎn)品需要參照的可靠性指標(biāo)，還可以確定機(jī)械產(chǎn)品的關(guān)鍵零部件的具體性能和具體的使用年限。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法可分為以下2種：機(jī)械可靠性定量設(shè)計(jì)方法、機(jī)械可靠性定性設(shè)計(jì)方法。機(jī)械可靠性定量設(shè)計(jì)方法是指，在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的階段，應(yīng)用合理的概率方法、考慮機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)效概率以及可靠度對(duì)機(jī)械應(yīng)力和機(jī)械強(qiáng)度等隨機(jī)變量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。之后再應(yīng)用計(jì)算出的數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估。機(jī)械可靠性定性設(shè)計(jì)方法是指，在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的階段，為提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，從之前的成功或失敗中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，避免出現(xiàn)之前發(fā)生過(guò)的問(wèn)題。具體來(lái)看，就是在對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的階段，先預(yù)估投入使用這些機(jī)械產(chǎn)品后可能會(huì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題，并且分析考慮會(huì)影響機(jī)械產(chǎn)品的使用過(guò)程因素，再對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理的改進(jìn)，減少影響機(jī)械產(chǎn)品運(yùn)行的不良因素所帶來(lái)的影響。

二、機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方式

1、機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。為應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，以及逐漸提升的質(zhì)量需求，機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理念形成，在融合了數(shù)學(xué)理論知識(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜問(wèn)題的分析與優(yōu)化，對(duì)于提升設(shè)計(jì)水平有著重要意義。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的可靠性而言，將會(huì)對(duì)產(chǎn)品應(yīng)用效果與性能產(chǎn)生影響，做好可靠性設(shè)計(jì)十分必要，也是在最短時(shí)間之內(nèi)，生產(chǎn)最為優(yōu)秀產(chǎn)品的基礎(chǔ)所在。機(jī)械的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：質(zhì)量、成本以及可靠性。對(duì)于可靠性設(shè)計(jì)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)需要持辯證態(tài)度觀看，具體可以分為兩個(gè)角度進(jìn)行看論述：一方面，可靠性設(shè)計(jì)并不等與優(yōu)化設(shè)計(jì)，因?yàn)樵趩我辉O(shè)計(jì)中，可靠性設(shè)計(jì)完成之后，機(jī)械產(chǎn)品內(nèi)部各個(gè)零件的參數(shù)并不一定達(dá)到最佳狀態(tài)。另一方面，優(yōu)化設(shè)計(jì)并不等與可靠性設(shè)計(jì)，同樣在單一設(shè)計(jì)中，優(yōu)化設(shè)計(jì)完成之后，機(jī)械產(chǎn)品內(nèi)部并非可以在任何情況下都保持穩(wěn)定性，也不具備在特定時(shí)間、地點(diǎn)，完成特定功能的效果。因此在機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要考慮到上述問(wèn)題。

2、機(jī)械可靠性靈敏度設(shè)計(jì)。在可靠性設(shè)計(jì)中，將會(huì)對(duì)各類信息進(jìn)行分析，從而得出各個(gè)零件的最優(yōu)狀態(tài)，而這個(gè)最優(yōu)狀態(tài)其實(shí)就是靈敏度，一個(gè)設(shè)備靈敏度較高，則可靠性就較為明顯，之所以引入靈敏度概念，是因?yàn)榭梢蕴嵘黝悈?shù)分析的效率與質(zhì)量，常見的靈敏度分析方法有以下幾種：例如直接分析法、伴隨變量法以及函數(shù)法等。機(jī)械可靠性靈敏度設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是在可靠性基礎(chǔ)上的靈敏度設(shè)計(jì)，通過(guò)靈敏度分析結(jié)果來(lái)確定一個(gè)具體的參數(shù)，從而提升產(chǎn)品的整體性能。機(jī)械可靠性靈敏度設(shè)計(jì)對(duì)于可靠性設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)意義重大，能夠有效地降低機(jī)械產(chǎn)品參數(shù)分析復(fù)雜程度。在分析過(guò)程中，如果部分因素的靈敏度較低，對(duì)機(jī)械可靠性影響較為明顯，需要在制造過(guò)程中重點(diǎn)控制。如果部分因素的靈敏度較高，對(duì)機(jī)械可靠性影響并不明顯，則可以將其作為確定量值進(jìn)行處理。

三、機(jī)械設(shè)計(jì)可靠性應(yīng)用分析

1、計(jì)劃期的可靠性分析。計(jì)劃期的工作設(shè)計(jì)人員需要依據(jù)市場(chǎng)需求的程度和客戶訂單的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)確的市場(chǎng)分析和相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，制定可行的設(shè)計(jì)技術(shù)方案。在這個(gè)過(guò)程中，需要對(duì)不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合分析其優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)需要考慮相關(guān)的可靠性、適用性和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等指標(biāo)，制定出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)。在此工作階段，可靠性分析工作實(shí)際上是產(chǎn)品可靠性前景預(yù)估。這項(xiàng)工作有兩個(gè)目的。一是確定產(chǎn)品中可能存在的薄弱環(huán)節(jié)，并為下一個(gè)技術(shù)設(shè)計(jì)階段提供糾正指導(dǎo)。第二是找到一個(gè)值得改進(jìn)的方向，使重新開發(fā)產(chǎn)品成為可能?？煽啃哉雇绻瓿芍笜?biāo)的分配，則需要根據(jù)產(chǎn)品自身的功能和客戶的實(shí)際要求，完成相應(yīng)的指標(biāo)數(shù)據(jù)值，如壽命，可靠性和故障率。然后，根據(jù)具體的方法原則，進(jìn)一步分配可靠的指標(biāo)。

2、技術(shù)期的可靠性分析。在機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)期，其主要的目標(biāo)完成設(shè)計(jì)總裝配圖以及不同機(jī)械部件的裝配圖，通過(guò)確定不同零件的外形與基本尺寸完成草圖的設(shè)計(jì)，同時(shí)，明確不同部件的聯(lián)接方法，確定機(jī)械部件的尺寸等。最后對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的總裝配圖、分部件裝配圖、工作流程圖等進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這個(gè)過(guò)程中，還需要對(duì)機(jī)械動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上，不僅需要完成機(jī)械部件設(shè)計(jì)工作，還需要對(duì)零部件與機(jī)械機(jī)構(gòu)重點(diǎn)部件開展相關(guān)工作性能校驗(yàn)，然后對(duì)機(jī)械系統(tǒng)分部裝配草圖和總裝配草圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，在所有相關(guān)設(shè)計(jì)草圖完成后，還需要進(jìn)行相關(guān)精確性準(zhǔn)確性驗(yàn)證。在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工作中，技術(shù)期是最為關(guān)鍵的時(shí)期，在這個(gè)階段需要進(jìn)行的可靠性分析工作較多。

3、基于產(chǎn)品使用需求的可靠性分析?；诋a(chǎn)品使用需求的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)際是針對(duì)機(jī)械工程產(chǎn)品的制造過(guò)程采取必要的優(yōu)化措施，降低工藝技術(shù)等方面的負(fù)面影響。在機(jī)械工程產(chǎn)品制造加工過(guò)程中，會(huì)因多方面影響因素對(duì)產(chǎn)品可靠性造成影響，包括零部件質(zhì)量、加工精度、工藝流程合理性等。因此，在機(jī)械工程產(chǎn)品可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，也需要充分考慮制造加工過(guò)程的影響因素，提前制定有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。同時(shí)應(yīng)通過(guò)工藝技術(shù)創(chuàng)新，提高機(jī)械工程產(chǎn)品制造水平，確保可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)措施能夠得以實(shí)現(xiàn)。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要對(duì)實(shí)際制造環(huán)境進(jìn)行考察，分析各個(gè)子系統(tǒng)的綜合性能，可采用模型分析方法，對(duì)機(jī)械制造工藝的具體影響因素進(jìn)行分析，并對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行改良，從而保證產(chǎn)品制造過(guò)程的可靠性。通過(guò)提高產(chǎn)品制造工藝水平，能夠確保產(chǎn)品實(shí)際加工質(zhì)量符合使用需求。

4、基于產(chǎn)品維護(hù)檢修的可靠性分析。最后，在機(jī)械工程產(chǎn)品的可靠性優(yōu)化過(guò)程中，也需要考慮產(chǎn)品在實(shí)際使用過(guò)程中的維護(hù)檢修問(wèn)題。產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)要求是在產(chǎn)品正常使用壽命內(nèi)的可靠運(yùn)行。但是隨著機(jī)械工程產(chǎn)品使用時(shí)間的推移，其各方面功能性能水平難免會(huì)出現(xiàn)下降，此時(shí)就需要采用合適的維護(hù)檢修方法，恢復(fù)產(chǎn)品正常運(yùn)行，減少故障隱患。因此，在機(jī)械工程產(chǎn)品的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)中，還需要突出產(chǎn)品特點(diǎn)，提前制定維護(hù)檢修辦法，為產(chǎn)品使用提供指導(dǎo)。同時(shí)應(yīng)合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品使用周期，明確產(chǎn)品報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，避免存在較高故障隱患的產(chǎn)品仍然繼續(xù)使用，引發(fā)安全事故。產(chǎn)品維護(hù)檢修及保養(yǎng)措施應(yīng)在設(shè)計(jì)文件和說(shuō)明性文件中明確標(biāo)注，在制定維修方案時(shí)，也需要考慮成本方面的問(wèn)題，避免因運(yùn)行維護(hù)成本過(guò)高，影響產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)基于以上幾方面的考慮，對(duì)機(jī)械工程產(chǎn)品可靠性作出多層次的優(yōu)化，可有效提升產(chǎn)品可靠性水平。

總結(jié)

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)是一種能夠達(dá)到提高試驗(yàn)產(chǎn)品的整體品質(zhì)和性能的方法。為了保證機(jī)械產(chǎn)品的正常運(yùn)行，在設(shè)計(jì)機(jī)械零件時(shí)一定要計(jì)算其可靠性指標(biāo)，才能保證機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量。本文分析了機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方式的原理、機(jī)械可靠性的具體設(shè)計(jì)方式以及機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方式的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方式廣泛應(yīng)用，有助于相關(guān)企業(yè)更好地在市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]? 劉向，張瑜.探討機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與遞進(jìn)[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018（20）：95.

（作者單位：浙江師范大學(xué)行知學(xué)院）