黃仁聰

【摘 要】隨著科技的發(fā)展，機械產(chǎn)品的設(shè)計中越來越多的運用到了高新技術(shù)，但在對高新技術(shù)運用的同時其產(chǎn)品的可靠性也要有保障，因此這就需要對產(chǎn)品可靠性設(shè)計進行分析。產(chǎn)品可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)是建立在故障物理學(xué)研究理論基礎(chǔ)之上，同時結(jié)合了產(chǎn)品可靠性實驗對故障系數(shù)進行分析，提供實際數(shù)據(jù)以保證產(chǎn)品質(zhì)量的方法。本文就針對這一問題，對機械可靠性設(shè)計的內(nèi)涵與遞進進行了分析。

【關(guān)鍵詞】機械；可靠性設(shè)計；內(nèi)涵；遞進

1.可靠性設(shè)計內(nèi)涵

現(xiàn)代化機械生產(chǎn)經(jīng)驗告我我們，在進行機械的設(shè)計、制造以及使用這三個過程當(dāng)中，機械的設(shè)計直接決定了其產(chǎn)品的可靠性水平?？煽啃栽囼灥臄?shù)據(jù)是機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計的基礎(chǔ)，但是試驗并不能提高機械的可靠性，只能將其得到的數(shù)據(jù)進行分析，找出產(chǎn)品的不足，對其進行改善設(shè)計才能提高產(chǎn)品的固有可靠性。

機械產(chǎn)品和可靠性的關(guān)系圖

機械振動將會嚴重影響到其機械產(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，研究機械動態(tài)可靠性可以有效的實現(xiàn)大型復(fù)雜設(shè)備機械的安全可靠運轉(zhuǎn)功能，因此緊密聯(lián)系到國家重大戰(zhàn)略需求是進行機械動態(tài)可靠性研究的關(guān)鍵。傳統(tǒng)常用的動態(tài)可靠性設(shè)計理論并不能有效的對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)進行充分的考慮，為了彌補這樣的不足就需要進行動態(tài)可靠性的研究。動態(tài)可靠性的研究所強調(diào)的事實主要有三點：一是機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的演變過程是動態(tài)行為的結(jié)果；二是機械損傷會直接影響到結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動力學(xué)特性；三是動力學(xué)行為必然會影響機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性以及失效率。從以上強調(diào)的事實中可以看出：如果在進行機械可靠性設(shè)計時，沒有考慮到動態(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，機械動態(tài)的漸變可靠性理論是傳統(tǒng)可靠性理論的升華過程，是充分將機械動力學(xué)和機械可靠性有機的結(jié)合在一起，對機械動態(tài)可靠性進行充分研究的方法，這種方法擺脫了傳統(tǒng)方法用的固定、靜止的觀點進行設(shè)計的陳舊框架局面，使得設(shè)計的工作更加深入，準(zhǔn)確，更能符合當(dāng)前機械產(chǎn)品的實際情況，以便滿足社會對機械產(chǎn)品質(zhì)量日益提高的需求。

2.機械可靠性的遞進分析

2.1可靠性設(shè)計的優(yōu)化

機械可靠性優(yōu)化設(shè)計一般包含三方面的優(yōu)化，即是質(zhì)量優(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，將會產(chǎn)生與產(chǎn)品合理安全性相互協(xié)調(diào)的平衡設(shè)計，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。

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

2.2可靠性靈敏度的設(shè)計

在進行機械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)模型修改、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的識別以及對機械可靠性的估計變化趨勢中，靈敏度的分析已經(jīng)成為了不可或缺的設(shè)計工具。在進行實際工程的設(shè)計方案時，一般都需要進行相應(yīng)的測試試驗分析，如果方案有所變動，那么就需要重新進行一次，這樣將極大的消耗人力以及財力。

機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相對于復(fù)雜的產(chǎn)品其物理參數(shù)和幾何參數(shù)是很多的，對這些機械產(chǎn)品的特性參數(shù)進行靈敏度研究設(shè)計，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，延長其使用壽命，降低工作的成本，增加經(jīng)濟效益，所以靈敏度分析是機械產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)。靈敏度分析最初在進行對機械控制系統(tǒng)的參數(shù)變化效果估計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)、動力學(xué)等多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。為了實現(xiàn)最佳的機械產(chǎn)品設(shè)計，充分發(fā)揮出設(shè)計者的經(jīng)驗和能力，實現(xiàn)有效的人機交互輔助控制靈敏度設(shè)計是具有極大現(xiàn)實意義的。

2.3可靠性穩(wěn)健設(shè)計

機械產(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)量是指用戶在實際使用過程中感受到、接觸到的產(chǎn)品優(yōu)劣的質(zhì)量特性；技術(shù)質(zhì)量主要是指機械產(chǎn)品在優(yōu)良的設(shè)計以及制造質(zhì)量下達到的最理想的工作穩(wěn)健性。穩(wěn)健設(shè)計作為一種成本較低質(zhì)量較高的設(shè)計方法，不僅可以提高產(chǎn)品的實際質(zhì)量，還可以降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

機械產(chǎn)品穩(wěn)健設(shè)計的有效實用途徑是通過極小化靈敏度來實現(xiàn)的，其主要過程是在設(shè)計階段通過進行產(chǎn)品的靈敏度分析，控制產(chǎn)品的質(zhì)量對不確定因素的敏感度最小，達到產(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)計是在可靠性設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計和靈敏度設(shè)計的基礎(chǔ)上進行的，將可靠性靈敏度設(shè)計有效的與優(yōu)化設(shè)計相融合，將可靠性穩(wěn)健設(shè)計歸納為滿足可靠性要求的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計問題當(dāng)中來，使其機械產(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)

機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計越來越受到各行各業(yè)的重視，其發(fā)展的速度也變得更加的迅猛。在機械可靠性設(shè)計技術(shù)突飛猛進的當(dāng)今，只有認真做好其可靠性設(shè)計工作，發(fā)現(xiàn)其中的問題，對其進行相應(yīng)的改進才有助于機械行業(yè)的發(fā)展，才能積極推進國家經(jīng)濟的發(fā)展，促進社會的進程，做出相應(yīng)的貢獻。

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