機械系統(tǒng)設計中的可靠性問題分析

機械系統(tǒng)設計中的可靠性問題分析機械可靠性的提高是當前機械行業(yè)普遍關注的話題，而設計、制造、管理則是提高可靠性的關鍵要素。文章對機械可靠性進行了介紹，并在此基礎上對機械可靠性的優(yōu)化設計、穩(wěn)健設計進行了深入的分析和探討。標簽：機械可靠性設計；發(fā)展沿革；優(yōu)化設計；穩(wěn)健設計引言可靠性研究最早開始于四十年代針對電子產(chǎn)品故障的研究，經(jīng)過多年的積累與發(fā)展，電子產(chǎn)品可靠性技術體系已獲得完善并逐漸成熟起來。電子產(chǎn)品的可靠性水平日益提高，并具備豐富的工程經(jīng)驗和巨大的數(shù)據(jù)資源。近些年來，可靠性技術也逐漸應用于機械領域，并發(fā)揮著重要的作用。機械系統(tǒng)越來越復雜，對于其可靠性的要求也逐步提高，尤其是在軍用裝備和航空領域，對于機械可靠性的要求更加嚴格，并成為系統(tǒng)可靠性中較為薄弱的環(huán)節(jié)。為此，非常有必要研究機械的可靠性，從而推動科技的進步與發(fā)展。對于復雜機械產(chǎn)品來說，其可靠性受到多種因素的影響，如使用條件、使用環(huán)境、維修方法、人為因素等等，屬于可修復的人機系統(tǒng)。1機械可靠性設計的概述作為最主要和最重要的技術指標，可靠性是評判產(chǎn)品質量好壞的關鍵因素，并逐漸成為工程領域普遍關注的焦點。機械可靠性貫穿于從產(chǎn)品的設計研發(fā)到裝配調(diào)試的各個環(huán)節(jié)，可靠性是在概率統(tǒng)計的理論基礎上發(fā)展起來的，加強機械可靠性設計的推廣和應用，對于提高產(chǎn)品質量、降低成本有著非常重要的意義。隨著可靠性技術的創(chuàng)新與發(fā)展，其設計方式也越來越豐富，呈多樣化的趨勢發(fā)展。數(shù)學模型法是在可靠性設計中應用得較為廣泛的一種方式，基于實驗所獲得的數(shù)據(jù)，并充分利用了概率統(tǒng)計的原理。數(shù)學模型法可以劃分為兩部分，其中一部分所涉及的量在時間范疇內(nèi)具有可靠性質，換句話說，即所涉及的量是遵循一定的規(guī)律的，隨著時間的變動，其疲勞壽命和損耗也將在一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生變動。另外一部分為偶然因素所引發(fā)的事件結果的可靠性，偶然因素所導致的波動是不定期出現(xiàn)的，具有不確定性，一般來說，需要利用概率可靠性來對隨機事件進行計算。2可靠性優(yōu)化設計2.1可靠性優(yōu)化設計的基本理論任何機械產(chǎn)品，從最初的產(chǎn)品設計、方案的確定，到付諸于生產(chǎn)制造、產(chǎn)品檢驗，都需要一個周期。先進科學技術廣泛應用于機械領域，以及新材料、新工藝、新設備的采用，機械產(chǎn)品的設計和制造無論從產(chǎn)品質量還是生產(chǎn)周期上都產(chǎn)生了質的飛躍。新知識、新思路、新理念的應用，為機械設計注入了新鮮的血液，也使得滿足人們對于產(chǎn)品的日益提高的要求成為可能。隨著時代的發(fā)展，社會的進步，人們對于產(chǎn)品的質量、性能、服務的要求日益提升，傳統(tǒng)的設計方法和設計理念已不能適應現(xiàn)實的要求。同時，出于經(jīng)濟的考慮，所要求的產(chǎn)品設計周期也逐漸縮短，設計強度加大，在這種形勢下，提高設計的質量，實現(xiàn)可靠性優(yōu)化設計變得更加重要。在進行機械設計時，必須綜合考慮各種影響因素，如產(chǎn)品的使用價值、力學性能、生產(chǎn)成本等。此外，生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力和管理水平也是不容忽視的會影響到產(chǎn)品質量的因素之一。當前，如何提高設計質量、發(fā)展設計理論、提升設計水平、縮短設計周期，已經(jīng)成為機械設計領域中廣大設計人員共同面對的課題。上個世紀60年代，機械優(yōu)化設計獲得了最廣闊的發(fā)展。在這一時期，計算機技術和數(shù)學規(guī)劃有機的結合起來，推動了機械優(yōu)化設計向更高的層次發(fā)展。優(yōu)化設計的方法被廣泛應用于工程設計領域，并伴隨著計算機技術的飛速發(fā)展和數(shù)學規(guī)劃理念的不斷成熟，發(fā)揮著越來越重要的作用，取得了令人矚目的成果。具體來講，所謂可靠性優(yōu)化設計主要包含三個方面，即產(chǎn)品的質量、成本和可靠度?？煽啃詢?yōu)化設計從系統(tǒng)的、整體的角度對產(chǎn)品的可靠度進行分析，并對其性能進行約束與優(yōu)化，在確保產(chǎn)品性能和質量的前提下，將產(chǎn)品的合理性和安全性有機結合，從而使得產(chǎn)品的可靠度實現(xiàn)最大化。通過可靠性優(yōu)化設計，在滿足產(chǎn)品可靠性的同時，還使得能源以及資源獲得充分的利用，避免了能源和資源的不合理使用及浪費現(xiàn)象。采用可靠性優(yōu)化設計所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，具有體積小、質量輕的特點，并使用節(jié)能材料，順應當前可持續(xù)發(fā)展和保護環(huán)境的趨勢。對機械產(chǎn)品進行優(yōu)化設計的根本宗旨，即為了滿足安全的需要或者為了實現(xiàn)特定的預期點，通過最優(yōu)化的方式，對產(chǎn)品進行處理。在進行優(yōu)化設計時，需要考慮多種因素給產(chǎn)品性能帶來的影響，其中需要注意的兩點即結構參數(shù)以及各種載荷的隨機性。2.2近年來可靠性優(yōu)化設計發(fā)展近年來，高新科技不斷融入機械設計領域，許多現(xiàn)代化的設計方法和設計理念應運而生，可靠性設計和優(yōu)化設計也獲得了飛速的發(fā)展。然而從設計的角度來看，可靠性設計和優(yōu)化設計是設計的兩個不同方面，而對于機械產(chǎn)品的設計來說，如果單純的考慮其中的一個方面是無法達到設計要求的。這就需要在實際的設計工作中，將兩者相結合，從而發(fā)揮其潛在的巨大作用?？煽啃栽O計不同于優(yōu)化設計，可靠性設計是以產(chǎn)品的可靠性為設計宗旨的，因此設計的結果并非其工作性能或參數(shù)的最佳點。此外，優(yōu)化設計有別于可靠性設計，優(yōu)化設計并不考慮產(chǎn)品的可靠性，因此有可能導致事故，造成經(jīng)濟損失。另外，單純的優(yōu)化設計也無法保證產(chǎn)品在特定的時間和條件下達到預期的功能或目的。機械產(chǎn)品的結構通常都比較復雜，所涉及到的設計參數(shù)也非常多，而單純的可靠性設計并不十分適用于多個設計參數(shù)的系統(tǒng)設計。因此，在進行可靠性優(yōu)化設計時，要分清設計的重點以及明確設計的步驟，在保證機械產(chǎn)品可靠性的前提下，實現(xiàn)產(chǎn)品工作性能和設計參數(shù)的最優(yōu)化，只有這樣，才能設計出既滿足可靠性又符合最優(yōu)化性能的機械產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品性能與成本的統(tǒng)一。2.3關于可靠性的穩(wěn)健設計產(chǎn)品質量是企業(yè)贏得用戶的關鍵因素。任何一種產(chǎn)品，它的總體質量一般可分為用戶質量和技術質量。前者是指用戶所能感受到、見到、觸到或聽到的體現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)劣的一些質量特性；后者是指產(chǎn)品在優(yōu)良的設計和制造質量下達到理想功能的穩(wěn)健性。穩(wěn)健設計作為一種低成本和高質量的設計思想和方法，對產(chǎn)品性能、質量和成本綜合考慮，選擇出最佳設計，不僅可以提高產(chǎn)品的質量，而且可以降低成本。在機械產(chǎn)品設計中，正確地應用穩(wěn)健設計的理論與方法可以使產(chǎn)品在制造和使用中，或是在規(guī)定的壽命期間內(nèi)當設計因素發(fā)生微小變化時都能保證產(chǎn)品質量的穩(wěn)定。3結束語綜上所述，在進行機械設計時，設計人員應根據(jù)實際情況在滿足機械可靠性的前提下，實現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)化的目標。充分發(fā)揮可靠性設計和優(yōu)化設計的巨大潛力，達到產(chǎn)品最佳點以及最可靠點?？煽啃詢?yōu)化設計具有先進性和實用性的特點，在機械設計領域的應用也越來越廣泛，在提升產(chǎn)品質量的同時還帶來了巨大的經(jīng)濟效益，其發(fā)展的前景十分廣闊。參考文獻[1]謝里陽，何雪法，李佳.機電系統(tǒng)可靠性與安全性設計[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2006.[2]閻楚良，楊方飛.機械數(shù)字化設計新技術[M]