摘 要：新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢對工程機(jī)械的可用性提出了更高的要求，而機(jī)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(jī)械可靠性與維修性的整合設(shè)計進(jìn)行研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過對機(jī)械可靠性與維修性的整合設(shè)計及其在工程機(jī)械實(shí)踐工作中的應(yīng)用進(jìn)行研究，提出工程機(jī)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(jī)械產(chǎn)品的可靠性和維修性，從而改善當(dāng)前國內(nèi)工程機(jī)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(jī)械 可靠性 維修性 整合設(shè)計

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

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，工程機(jī)械在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的地位越來越重要。在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中地位的日益提高對工程機(jī)械的可靠性和維修性提出了更高的要求。而工程機(jī)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(jī)械產(chǎn)品上了。所以對機(jī)械可靠性與維修性整合優(yōu)化設(shè)計方法進(jìn)行研究，就是從設(shè)計環(huán)節(jié)保證工程機(jī)械的可用性，提高工程機(jī)械的質(zhì)量，延長工程機(jī)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(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品的可靠度。可靠度設(shè)計最初應(yīng)用于軍工方面，興起于20世紀(jì)50年代的美國，于60年代進(jìn)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(jì)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(fèi)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?、比例分配法和影響因素分析法；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(jī)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(jī)械產(chǎn)品，需要采用“應(yīng)力—強(qiáng)度干涉模型”進(jìn)行分析，這一模型的基本原理是機(jī)械部件危險斷面的最小強(qiáng)度應(yīng)大于等于最大的應(yīng)力。當(dāng)最小強(qiáng)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(jī)械可靠性維修性整合設(shè)計方法及實(shí)踐

工程機(jī)械的質(zhì)量和性能很大程度上取決于工程機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械可靠性維修性整合設(shè)計的根本任務(wù)，而工程機(jī)械可靠性維修性整合設(shè)計方法的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用也將提高工程機(jī)械產(chǎn)品的可靠性和維修性。

2.1 機(jī)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(jìn)行及時的設(shè)計目標(biāo)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(jìn)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(biāo)比較、產(chǎn)品實(shí)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(jìn)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(dá)到預(yù)期的產(chǎn)品可靠度和維修度。[3]

2.2 機(jī)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(jī)械設(shè)備的可靠性。一般來講，機(jī)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(jī)械系統(tǒng)，其性能只決定于機(jī)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(jī)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(jī)械產(chǎn)品的可用度。

從產(chǎn)品壽命和使用費(fèi)用的角度來講，建立于全生命周期投資—— 效益準(zhǔn)則的工程機(jī)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(zhǔn)則認(rèn)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(fèi)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(fèi)用與產(chǎn)品可靠性維修性之間的關(guān)系進(jìn)行考慮，并基于產(chǎn)品可靠性與維修性建立數(shù)學(xué)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(fèi)用的函數(shù)關(guān)系。在實(shí)際設(shè)計過程中，首先需要確定產(chǎn)品需要達(dá)到的可用度目標(biāo)，然后基于全生命周期投資—— 效益準(zhǔn)則建立起來的優(yōu)化模型對可靠度及維修度進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到產(chǎn)品生命周期費(fèi)用最低這一目標(biāo)函數(shù)，達(dá)到最大的效益。[4]

3 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和市場競爭的加劇，消費(fèi)者對于工程機(jī)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(jī)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(zhǔn)則的工程機(jī)械可靠性維修性整合設(shè)計優(yōu)化模型進(jìn)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(dāng)前國內(nèi)工程機(jī)械產(chǎn)品可靠性維修性較低的現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)

[1]王軍保.機(jī)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(jī)械可靠性維修性優(yōu)化設(shè)計方法及其在工程機(jī)械中的應(yīng)用[D].山東大學(xué)，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(jī)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）.